计及应力随机性的中高压电力电缆剩余寿命评估方法技术

本发明专利技术涉及一种计及应力随机性的中高压电力电缆剩余寿命评估方法，包括计及随机性的电力电缆热应力确定、考虑随机性的电力电缆电应力求取以及基于随机模型的电力电缆剩余使用寿命估。计及随机性的电力电缆热应力确定包括求取每一个阶梯步长时间内的电缆热应力；考虑随机性的电力电缆电应力求取包括获取电力电缆呈阶梯状变化的电场强度曲线；基于随机模型的电力电缆剩余使用寿命估包括获取电力电缆在电应力与热应力协同作用下电缆寿命模型和电缆电热退化量随机模型，并估算电力电缆寿命退化累积量的数学期望值与方差。该方法提高了中高压电缆剩余寿命估算的准确性，解决了电缆资产管理中确定电缆剩余寿命并准确制定科学更换方案的技术难题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于电力设备状态监测与评估领域。
技术介绍
随着城市化进程的加快以及城市规模的不断扩大，电力需求呈快速增长的趋势。为了满足大容量电力传输的需求，中、高压电力电缆在城市电网中被广泛使用。考虑到供电安全性、可靠性和美观性，通常城市中采用地下电力电缆，其主要有直埋、埋于电缆沟或导管以及埋于特殊的电缆通道等几种存在形式。电力电缆由线芯导体、绝缘材料和保护层组成，线芯导体由于长期载流发热，并受外界环境的持续影响而导致绝缘材料老化和失效。目前，电网中大量中高压电力电缆的服役时间已经接近或超过20年，按照30-40年的设计寿命，为保证电网供电的连续性、可靠性和安全性，开展电缆剩余使用寿命评估和预测研宄，及时更换老化或即将失效的电缆，具有十分重要的现实技术意义。此外，准确评估和预测电缆剩余使用寿命可以大大降低电缆的运维、检修费用，提高电缆资产管理水平，因此同样具有显著的经济效益。当前，中高压电力电缆使用寿命的估计与预测主要基于物理模型和唯象模型。物理模型是指基于电缆绝缘材料劣化和击穿的机理，给出所施加的特定应力和击穿时间的函数关系；唯象模型基于对电缆寿命实验结果的现象观察，在此基础上确定符合这些结果的合适模型。然而，这两种模型存在局限性，主要因为其并未计及影响电缆寿命因素的随机特性。实际运行的电缆如同空间上连续的复杂开放系统，其内外部的影响带来诸多不确定因素。电缆的老化主要受电、热、机械和环境等因素的单独作用或综合影响。电因素主要包括电缆运行电压、大气过电压、操作过电压等对绝缘材料的影响；热因素主要包括电缆线路运行时因各种损耗产生的热量和外界环境产生的热量对绝缘材料的影响；机械因素主要包括外力破坏、敷设时弯曲半径过小，中间接头和终端施工安装时遗留的缺陷；而环境因素主要包括水分、腐蚀性物质、空气、日照、辐射等影响。上述这些影响因素具有典型的随机特性。现有的模型和方法较难准确估计和预测电缆的剩余使用寿命，亟需一种新的计及随机特性的电缆剩余寿命估算方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种考虑中高压电缆在实际运行过程中所遭受电应力、热应力随机特性的电力电缆剩余使用寿命的评估方法，主要用于对电缆资产管理和更换策略的科学制定提供技术支撑。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是: 一种，其考虑中高压电缆在实际运行过程中所遭受电应力、热应力的随机特性的而用于对电力电缆的剩余使用寿命的进行评估方法，其特征在于:该方法主要包括计及随机性的电力电缆热应力确定、考虑随机性的电力电缆电应力求取以及基于随机模型的电力电缆剩余使用寿命估算三个步骤； (1)所述的计及随机性的电力电缆热应力确定包括: A、获取电力电缆受环境因素变化影响而随时间连续变化的电力负荷； B、将电力电缆的连续变化的电力负荷离散为呈阶梯状变化的负荷曲线； C、获取电力电缆随时间连续变化的运行环境温度； D、根据电力电缆的负荷曲线和运行环境温度求取电力电缆在不同温度时相对应的活化能； E、根据电力电缆在不同温度时相对应的活化能求取每一个阶梯步长时间内的电缆芯运行温度； F、根据每一个阶梯步长时间内的电缆芯运行温度求取每一个阶梯步长时间内的电缆热应力； (2)所述的考虑随机性的电力电缆电应力求取包括:获取电力电缆随时间连续变化的电场强度值，并将其离散为呈阶梯状变化的电场强度曲线； (3)基于随机性模型的电力电缆剩余使用寿命估算包括: ①求取电力电缆热应力与电缆寿命的函数关系； ②求取电力电缆电应力与电缆寿命的函数关系； ③设置电力电缆电应力与热应力协同作用参数； ④获取电力电缆在电应力与热应力协同作用下电缆寿命模型； ⑤根据求取的电缆电应力、热应力，估算每一阶梯步长时间内相应电应力、热应力等级下电力电缆的累积退化量，进而获取任意一个负荷周期内电力电缆寿命累积退化量； ⑥基于概率论，计及每一个负荷周期内电力电缆电热退化量的随机性、环境温度数据的随机性、电场强度数据的随机性，建立考虑随机特性的电缆电热退化量随机模型； ⑦根据电力电缆在电应力与热应力协同作用下电缆寿命模型和电缆电热退化量随机模型，并结合电力电缆在该电应力、热应力等级下运行天数、故障天数数据，估算电力电缆在一段时间内寿命退化累积量的数学期望值与方差，获得电力电缆的寿命数据。进一步的，该方法还包括电力电缆运行数据载入和电力电缆寿命数据存储两个步骤；首先进行所述的电力电缆运行数据载入，再依次进行所述的计及随机性的电力电缆热应力确定、所述的考虑随机性的电力电缆电应力求取、所述的基于随机模型的电力电缆剩余使用寿命估算，最后进行所述的电力电缆寿命数据存储； 所述的电力电缆运行数据载入包括读取本地存储装置所存储的电缆运行环境信息数据； 所述的电力电缆寿命数据存储包括将计算得出的电力电缆寿命数据存储入本地存储装置中。优选的，电力电缆寿命数据以数据库文件的形式的存入本地存储装置中。优选的，该方法还包括对每一个负荷周期内电缆寿命退化累积量数据进行统计分析，并拟合其数学分布函数。优选的，所述的考虑随机性的电力电缆电应力求取还包括:根据电力电缆随时间连续变化的电场强度值，获取电力电缆发生绝缘老化的临界电场强度。优选的，该方法通过电力电缆状态监测和智能评估系统自动实现。本专利技术与现有技术相比具有下列优点:该方法全面考虑了不同季节、不同环境下每一负荷周期内电应力、热应力的随机特性，提高了中高压电缆剩余寿命估算的准确性，解决了电缆资产管理中确定电缆残余寿命并准确制定科学更换方案的技术难题。该在电缆运维管理中更有实际价值，可让严重老化的电缆及时退出运行，有效避免故障发生，变事故后抢修为基于状态的维修，减少非计划性停电，提高电缆运行可靠性，进而提高供电质量。【附图说明】附图1为本专利技术的的流程示意图。附图2为本专利技术的中电缆热应力确定方法流程示意图。附图3为本专利技术的中电缆剩余使用寿命估算方法流程示意图。【具体实施方式】下面结合实施例对本专利技术作进一步描述。实施例一:一种，包括计及随机性的电力电缆热应力确定、考虑随机性的电力电缆电应力求取以及基于随机模型的电力电缆剩余使用寿命估这几个步骤，如附图1所示。由于该方法通过电力电缆状态监测和智能评估系统自动实现，因此其还包括电力电缆运行数据载入和电力电缆寿命数据存储这两步骤。电缆寿命是指电力电缆开始使用为始到失去基本功能为止所经历的时间，电缆剩余寿命指电力电缆在使用过程中某一时刻到失去基本功能为止所经历的时间。1、电力电缆运行数据载入 通常，电缆运行数据载入包括读取以DAT数据库文件形式存储入本地存储装置中的电缆运行环境信息数据。在建立电缆热应力、电应力模型之前，首先要将所存储的内容载入。具体包括:读取包含电缆运行信息的DAT数据库文件并解析该文件。2、计及随机性的电力电缆热应力确定 计及随机性的电力电缆热应力确定如附图2所示，包括: A、获取电力电缆受环境因素变化影响而随时间连续变化的电力负荷； B、将电力电缆的连续变化的电力负荷离散为呈阶梯状变化的负荷曲线，每一个阶梯当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计及应力随机性的中高压电力电缆剩余寿命评估方法，其考虑中高压电缆在实际运行过程中所遭受电应力、热应力的随机特性的而用于对电力电缆的剩余使用寿命的进行评估方法，其特征在于：该方法主要包括计及随机性的电力电缆热应力确定、考虑随机性的电力电缆电应力求取以及基于随机模型的电力电缆剩余使用寿命估算三个步骤；（1）所述的计及随机性的电力电缆热应力确定包括：A、获取电力电缆受环境因素变化影响而随时间连续变化的电力负荷；B、将电力电缆的连续变化的电力负荷离散为呈阶梯状变化的负荷曲线；C、获取电力电缆随时间连续变化的运行环境温度；D、根据电力电缆的负荷曲线和运行环境温度求取电力电缆在不同温度时相对应的活化能；E、根据电力电缆在不同温度时相对应的活化能求取每一个阶梯步长时间内的电缆芯运行温度；F、根据每一个阶梯步长时间内的电缆芯运行温度求取每一个阶梯步长时间内的电缆热应力；（2）所述的考虑随机性的电力电缆电应力求取包括：获取电力电缆随时间连续变化的电场强度值，并将其离散为呈阶梯状变化的电场强度曲线；（3）基于随机性模型的电力电缆剩余使用寿命估算包括：①求取电力电缆热应力与电缆寿命的函数关系；②求取电力电缆电应力与电缆寿命的函数关系；③设置电力电缆电应力与热应力协同作用参数；④获取电力电缆在电应力与热应力协同作用下电缆寿命模型；⑤根据求取的电缆电应力、热应力，估算每一阶梯步长时间内相应电应力、热应力等级下电力电缆的累积退化量，进而获取任意一个负荷周期内电力电缆寿命累积退化量；⑥基于概率论，计及每一个负荷周期内电力电缆电热退化量的随机性、环境温度数据的随机性、电场强度数据的随机性，建立考虑随机特性的电缆电热退化量随机模型；⑦根据电力电缆在电应力与热应力协同作用下电缆寿命模型和电缆电热退化量随机模型，并结合电力电缆在该电应力、热应力等级下运行天数、故障天数数据，估算电力电缆在一段时间内寿命退化累积量的数学期望值与方差，获得电力电缆的寿命数据。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王纯林，张梁，李石，李杨，周承科，周文俊，唐泽洋，周灏，郝乾，
申请(专利权)人：国家电网公司，江苏省电力公司，江苏省电力公司苏州供电公司，武汉大学，北京伏佳安达电气技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11