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對電纜安全性評估分析

文檔作者：薛欣科1 朱文1 李海濤2 劉濤2 徐從容3 邱峰4 文檔來源： 1. 山東科華電力技術有限公司 2. 華能日照電廠 3. 華電萊州發(fā)電有限公司 4. 微山縣供電公司		點擊數：	更新時間： 2025年02月22日
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·231·
電 子 測 試
學術交流 ELECTRONIC TEST
第7期
2013年4月
0　前言
本文將電纜的多個參數綜合起來作為系統(tǒng)安全的評價指
標，提出了一種電纜系統(tǒng)的安全評估模型。通過分析，確定采用基
于模糊理論的多層次模糊評估方法。通過對電纜歷史數據的調查
研究，確定電纜安全評價指標和各項指標分級隸屬函數，從而建
立電力電纜安全評價的多層次模糊評估體系。
1　對電纜安全性的分析與研究
1.1　建立評價指標體系
根據相關規(guī)定和實際系統(tǒng)情況，遵循指標具有獨立的物理
意義，符合科學、可比、可測和簡明的特點原則，選取指標，建立評
價指標體系。
1.2　建立評語集
將指標劃分等級，得到系統(tǒng)的評語集為V={v1，
v2，···vn}，例如V=（優(yōu)秀，良好，合格）。評語集是通過專家經
驗法總結出來的，對各層的每個指標的評估都適用。
1.3　指標權重系數的確定
指標的權重即指體系中各級指標對于評價目標的相對重要
程度。當被評估對象及評估指標都給定時，評估的結果就依賴于
權重系數了。因此，權重系數是綜合評估中的核心問題。
先假設某一指標層的各評估指標的權重系數是
1 2 3 , , , j w w w ?w ?，且 1
1
m
j
i
w
=
Σ = ，將這 m 個權重系數進行比較，比
較的結果寫成矩陣形式即
1 1 1
1 2
2 2 2
1 2 ,
1 2
( )
m
m i j
m m m
m
w w w
w w w
w w w
A w w w A a
w w w
w w w
? ??? ? ? ?
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? ?
? ? ?
用權重向量右乘判斷矩陣A，則得矩陣A 的特征方程：
Aw = sw
式中s 為矩陣A 的特征值的最大值。于是便可通
對電纜安全性評估分析
薛欣科1 朱 文1 李海濤2 劉 濤2 徐從容3 邱 峰4
（1. 山東科華電力技術有限公司 250101 ；2. 華能日照電廠 276826 ；
3. 華電萊州發(fā)電有限公司 250014 ；4. 微山縣供電公司 277600）
摘要：電力電纜作為電力系統(tǒng)中能量傳輸的關鍵設備之一，其運行狀況對電力系統(tǒng)運行的安全可靠性有重大影響。由于電力
電纜敷設于地下，一旦出現(xiàn)故障，尋找十分困難并需要花費大量的人力、物力和時間，且會造成難以估量的停電損失，因此為
防止事故發(fā)生，必須采取預防為主的策略，所以對電力電纜運行狀態(tài)進行安全評估尤為重要。由于影響電力電纜的狀態(tài)參數較
多，選擇一種合適的評估方法成為我們研究的重要方向。
關鍵詞：電力電纜；安全評估；研究；分析
Assessment and analysis to power cable safety
Xue Xinke1 Zhu Wen1 Li Haitao2 Liu Tao2 Xu Congrong3 Qiu Feng4
（1.Shandong Kehua Electrical Technology Co.，Ltd. 250101；
2.Huaneng Rizhao Power Plant 276826；
3.Laizhou power generation company of China Huadian corporation 250014；
4.Weishan Power Supply Company 277600）
Abstract ：Power cable as one of the key equipment of the transmission of energy in the power system
operating conditions have a significant impact on the safety and reliability of the power system operation.
Power cables laid in underground，once the failure to find very difficult and takes a lot of manpower，
material and time，and incalculable power outage loss prevention-oriented strategy，therefore，must be
taken to prevent the accident，and so on power cable running state is particularly important to conduct a
security assessment.Many parameters affect the status of the power cable，select an appropriate assessment
method has become an important direction of our research.
Keywords ：Power cable ；safety assessment ；research ；analysis
·232·
電 子 測 試
過求解特征值問題得出A 的與特征值s 相對應的特征
向量1 2 ( , , , )T
w = w w ? wm ，并 將 其 歸 一 化 即 得 各 重 系 數
( 1, 2, , ) j w j = ? m 。
該方法能夠人們的判斷，對每個層次、元素確定相對重要
性，進行比較排序，最后把各層次定量關系聯(lián)系起來，得到總排序
作為決策依據。
1.4　隸屬度（隸屬函數）的確立
按照定量指標的方法確立隸屬函數，對于評語集中有三個
元素的情況，某一級指標中第i 類指標的隸屬度函數公式如下，
對于指標數值越大越優(yōu)型，求隸屬函數公式如下
1
2
2 1
1 2
2
1
( )
0
i i
i i
A i i i i
i i
i i
c v
f c c v v c v
v v
c v
? ≥
?
? ?
=? < < ? ?
?
? ≤
3
2
2 3
3 2
2
1
( )
0
i i
i i
C i i i i
i i
i i
c v
f c c v v c v
v v
c v
? ≥
?
? ?
=? < < ? ?
?
? ≤
1
1
2 1
1 2
3
3 2
2 3
3
0
( )
0
i i
i i
i i i
i i
B i
i i
i i i
i i
i i
c v
v c v c v
v v
f c
c v v c v
v v
c v
? ≥
?
? ? ? < < ? ? = ? ? ? < <
? ?
?
≤ ??
對于指標數值越小越優(yōu)型，求隸屬函數公式如下
2
2
1 2
2 1
1
0
( )
1
i i
i i
A i i i i
i i
i i
c v
f c v c v c v
v v
c v
? ≥
?
? ?
=? < < ? ?
?
? ≤
3
3
2 3
3 2
1
1 2
2 1
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0
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i i
i i i
i i
B i
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i i i
i i
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v c v c v
v v
f c
c v v c v
v v
c v
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?
? ? ? ≤ < ? ? = ? ? ? < <
? ?
?
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2
2
3 2
1 2
3
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i i
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i i
i i
c v
f c c v v c v
v v
c v
? ≥
?
? ?=? < < ? ?
?
? ≤
Ci 指評價因子實測值，vik （k=1，2，3）指第i 個評價因子
各分級的標準值，fA （ci），fB （ci），fC （ci）為第i 個評價因子對
評語集中各元素的隸屬度。這一指標隸屬向量為 Ri=[fA （ci），fB
（ci），fC （ci）]
1.5　模糊綜合評判
假設評價系統(tǒng)為三層，目標層，一級評價指標，二級評價指
標。對一級指標中的第i 類指標的第j 個因素進行評判，第j 個
因素對評判集中第t 個元素vt 的隸屬程度為rijt （i =1，2，…，
m，j = 1，2，…，n ；t = 1，2，…，k），則一級指標中第i 類
指標的隸屬度矩陣的隸屬度矩陣
1 11 12 1
2 21 22 2
1 2
i i i i k
i i i i k
i
in in in ink
R r r r
R r r r
R
R r r r
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ??
?
?
? ? ? ? ?
?
一級指標的模糊評判向量為
1 2 (, , ) i i i i ik B =W ? R = b b ?b ，其中
1
n
it ij ijt
j
b wr
=
= Σ ，i =1, 2, ?, m ；j =1, 2, ?, n ；t =1, 2, ?, k
Wi 為該級指標的權重向量。
一級模糊綜合評判矩陣為
1
2
m
B
B
B
B
? ?
? ?
= ? ? ? ?
? ?
?? ??
?
一級模糊綜合評判能夠反映出某類指標對評價對象的影
響，得到的矩陣B 作為二級模糊評判的單因素評判矩陣. 按照
單因素評判方法，二級模糊綜合評判向量，綜合考慮所有一級指
標時，目標級的模糊綜合評判向量
1
2
1 2 1 2 ( , , ) ( , , ) k m
m
B
B
E W B e e e w w w
B
? ?
? ?
= ? = = ? ? ? ?
? ?
?? ??
? ?
?
對于評估結果有3 種處理方法，分別是最大隸屬度法，加權
平均法以及模糊分布法. 采用最大隸屬度的原則判斷各指標的
安全等級。
2　電力電纜建模實例
2.1　指標體系
首先建立電力電纜的安全評估模型，結合實際運行情況，本
文將采用三層評估指標體系，建立模型如下圖：
·233·
電 子 測 試
學術交流 ELECTRONIC TEST
第7期
2013年4月
?? 4
????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
????????????????????????????????????????
??
??????????????????????
??????????????????????????????
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??????????????????
11
1 12
13
21
2 22
23
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)
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) )
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N
N N
N
N
N
N N
N
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??
??
???? ????????????????????????????????????????????????????????????
???? ?? ij w?? ??????????
1
n
ij ij
j
w w
??
?? ???? ?? ??
???? ?????? 1 2 ( , , )T
n w?? ?? w?? w?? ??w?? ?????? 1 2 ( , , )T
n w ?? w w ??w ??????
1
/
n
i i i
j
w w w
??
?? ?? ?? ?? ??
???? ???? Aw ??
????
??
n
i
ij ij ij w a a
1
~ /
與電力電纜安全運行有關的因素主要有電纜溫度，局部放
電，接地電流，環(huán)境溫度，環(huán)境濕度，應力大小。建立如圖的狀態(tài)因
素分析集。本系統(tǒng)將指標評價分為三個層次，目標層N，一級評價
指標Ni （i=1，2，3），二級評價指標。目標層安全運行分解為自
身因素、環(huán)境因素2 個評判項目N=（N1，N2）；其中自身因素又可
分解為電纜溫度，局部放電，接地電流三個子項目N1=（N11，N12，，
N13）；環(huán)境因素可分為環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、應力大小三個子項目
N2=（N21，N22，N23）。
2.2　權重系數的確定
最大特征值和特征向量實用算法
用定義計算矩陣的特征值和特征向量相當困難，特別是階
數較高時；因此有必要尋找簡便的近似方法。本文采用和法來近
似計算得出判斷矩陣的最大值以及特征向量
Σ=
=
n
i
ij ij ij w a a
1
~ /
將A 的每一列向量歸一化得，
對ij w? 按行求和得1
n
ij ij
j
w w
=
? =Σ ?
歸一化1 2 ( , , )T
n w? = w? w? ?w? 1 2 ( , , )T
n w = w w ?w 1
/
n
i i i
j
w w w
=
= ? Σ ?
計算Aw
計算
1
1 n ( )
i
i i
Aw
n w
λ
=
= Σ ，最大特征值的近似值。
本文采用層次分析法，通過歷史數據統(tǒng)計，現(xiàn)場調研以及專
家分析，假設構造各層次的判斷矩陣為
1 1/3
3 1
A
? ?
= ? ?
?? ??
1
1 9 5
1/9 1 1/5
1/5 5 1
A
? ?
? ?
= ? ?
? ?
?? ??
2
1 2 1/3
1/2 1 1/4
3 4 1
A
? ?
? ?
= ? ?
? ?
?? ??
以A2 為例，求其最大特征值及特征矩陣
???? ????
1
1 n ( )
i
i i
Aw
n w
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?? ?? ????????????????????????
????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
????????????
1 1/ 3
3 1
A
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???? ????
?????????????????? 1
1 9 5
1/ 9 1 1/ 5
1/ 5 5 1
A
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?? ?? ??
?? ??
???? ????
?????? 2
1 2 1/ 3
1/ 2 1 1/ 4
3 4 1
A
?? ??
?? ??
?? ?? ??
?? ??
???? ????
??
??????????????????????????????????????
2 2
1 2 1/ 3 0.222 0.286 0.211 0.719 0.240
1/ 2 1 1/ 4 0.111 0.143 0.158 0.412 0.137
3 4 1 0.667 0.571 0.632 1.87 0.623
A W
?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???????????? ???????????? ???????????? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???? ???? ???? ???? ?? ?? ?? ??
??????
?????? ???? ??????
??
2
0.722
0.413
1.891
AW
?? ??
?? ?? ?? ?? ??
???? ????
????????
1 (0.722 0.413 1.891) 3.019
3 0.240 0.137 0.623
?? ?? ?? ?? ?? ??
?????????????????????? max s ?????????? 1max s ?????????????????? 2max s ????????????????????
??????????????????????????????
?? max s A ??WA????????????????????????????????????????????????????????????????
2
0.722
0.413
1.891
AW
? ?
= ? ? ? ?
?? ??
1 (0.722 0.413 1.891) 3.019
3 0.240 0.137 0.623
λ = + + =
求解各判斷矩陣的特征值max s = 2，1max s =3.123 ，2max s =
3.019。
由特征值度量判斷矩陣的一致性
由max s A =WA，可求得目標層下一級指標的權重向量 w=
（0.25，0.75）T
同理，1max 1 1 1 s A =W A ，求得第二層中第一類指標下子項目的
權重向量w1=（0.723，0.061.0.216）T
2max 2 2 2 s A =W A ，第二層中第二類指標下子項目的權重向量
w2=（0.240，0.137，0.623）T
2.3　模糊評判
進行一級模糊評判得
1 1 1 B =W ? R
2 2 2 B =W ? R
一級模糊評判矩陣為
1
2
B
B
B
? ?
= ? ?
? ?
目標級的綜合評判向量為
E =W ? B
由最大隸屬度法可判斷出電纜系統(tǒng)當前運行狀況。
3　總結
以上是筆者從實踐出發(fā)，對現(xiàn)今電力電纜安全性等相關知
識，進行了粗略的分析和研究。綜上分析得出，目前我國的電力電
纜技術研究方面，發(fā)展較晚，相比歐洲等發(fā)達國家，部分發(fā)達國家
已經投入并運行400 ～ 500 kV XLPE 電纜。已經有數千千米，所
以，大力發(fā)展與研究電力新技術，從而提高我國城市電網的安全
性與可靠性。
參考文獻
[1]　時翔，電纜及溝井智能檢測技術研究與應用[J]. 電氣技
術.2012 年第09 期.
[2]　張占龍，微波感應式電力線防盜在線檢測系統(tǒng)[J]. 電力系
統(tǒng)自動化.2006 年第22 期.
[3]　苗付貴. 分布式光纖測溫技術在線監(jiān)測電纜溫度[J]. 高
電壓技術.2006 年第08 期.
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年第08 期.
[5]　張磊. 電纜網故障定位關鍵技術的研究[D]. 沈陽工業(yè)大
學.2011 年.
作者簡介
1、薛欣科 男 1982-，本科學歷，山東科華電力技術有限公
司。2、朱文 女 1980-，本科學歷，山東科華電力技術有限公司。3、
李海濤 華能日照電廠。4、劉濤 華能日照電廠。5、徐從容 華
電萊州發(fā)電有限公司。6、邱峰 微山縣供電公司。

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