基于双判据准则的直流输电线路复合绝缘子评估方法与流程

本发明涉及直流输电系统广域设备状态评估技术领域，具体涉及一种基于双判据准则的直流输电线路复合绝缘子评估方法。

背景技术：

输电线路随着电压等级的提高，其技术难度成倍增加，相应的线路难题增多且研究难度增大，特高压直流输电除了会产生电磁干扰等强磁场问题外，对线路的绝缘要求也非常高，对绝缘子的制造工艺、悬挂方式等也都有较高要求，因线路输电等级较高，输送容量巨大，决定了线路停电检修周期长、不灵活，且特高压直流输电线路绝缘子使用量巨大，在进行抽检研究时，既要保证抽检样品具有代表性，又要综合考虑工作量、抽检数量、经济性等因素，对抽检方法要求高。同时特高压直流输电线路具有运行范围广、抽检周期长、输电重要性高等特点，因此有必要对线路运行状态进行合理评估，其评估结果可以为电网运维部门提供参考借鉴，有助于电网公司及时发现运行状态恶劣的线路环节，采取针对性预防措施，保障电网的安全稳定运行。

目前基于状态检修的要求，国内外已经涌现了大量的复合绝缘子状态评估的方法，主要分为两大类：一类是基于现场运维经验和专家知识的主观评价方法，这种方法的优点是实用性强，但是评价结果精度容易受到评估人员主观因素的影响；另一类是基于运维数据和人工智能算法的客观评价方法，这种方法具有全面客观的优点，但是像神经网络、贝叶斯网络等算法需要大量的故障样本数据来驱动，直流输电线路复合绝缘子因投运的时间较短可用于驱动人工智能算法的数据样本规模小，不能满足评价精度要求。虽然对复合绝缘子运行状态评价的方法较多，但目前还没有针对直流输电线路复合绝缘子的运行状态评价方法。

技术实现要素：

针对现有技术中的不足，本发明提供一种一种基于双判据准则的直流输电线路复合绝缘子评估方法，以实现对直流输电线路复合绝缘子状态评进行精确评估。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于双判据准则的直流输电线路复合绝缘子评估方法，其包括以下步骤：

步骤1：根据直流输电线路上的复合绝缘子的结构及运行特点确定需评估的机械性能状态指标量和绝缘性能状态指标量；

步骤2：统计抽样得到复合绝缘子样本的需评估的机械性能的状态指标量和绝缘性能的状态指标量的测量值，并对测量值进行归一化处理得到状态量的归一化状态值；

步骤3：根据复合绝缘子样本确定机械缺陷和绝缘缺陷的相关状态量，并利用状态指标量的测量值求取指标量权重、机械性能失效概率值和绝缘性能缺陷失效概率值。

步骤4：基于机械性能失效和绝缘性能缺陷综合影响下，建立复合绝缘子失效的联合概率函数，根据机械性能失效概率值和绝缘性能缺陷失效概率值得到复合绝缘子的联合失效概率函数；

步骤5：根据联合失效概率对复合绝缘子的运行状态进行评估，并给出相应的运维策略。

如上所述基于双判据准则的直流输电线路复合绝缘子评估方法，进一步地，在步骤2中，当机械性能状态指标量和绝缘性能状态指标量的测量值越大越优时，采用下式确定归一化状态值xi：

当机械性能状态指标量和绝缘性能状态指标量的测量值越小越优时，采用下式确定归一化状态值xi：

其中，xi为指标ci的归一化状态值；ci为该指标测量值，i表示指标层编号；cip表示该指标量的初值；ci0为该指标量的警示值。

如上所述基于双判据准则的直流输电线路复合绝缘子评估方法，进一步地，所述机械缺陷的相关状态量包括密封性能试验、机械负荷试验和机械破坏试验，所述绝缘性能缺陷的相关状态量包括表面憎水性、憎水迁移性、泄露电流工频耐受、陡坡冲击试验和工频干湿闪。

如上所述基于双判据准则的直流输电线路复合绝缘子评估方法，进一步地，所述机械性能失效概率值x的获取步骤如下：依据模糊分界标准和复合绝缘子的机械性能状态指标量的测量值的归一化状态值，求出状态量评价矩阵r＝(rij)n×n，并对状态量评价矩阵的一致性进行检查，若状态量评价矩阵r＝(rij)n×n满足一致性检测，则计算复合绝缘子机械性能指标量权重ωix和机械性能失效概率值x；若不满足一致性检测停止评价；

所述绝缘性能失效概率值y的获取步骤如下：依据模糊分界标准和复合绝缘子的绝缘性能状态指标量的测量值的归一化状态值，求出状态量评价矩阵r＝(rij)n×n，并对状态量评价矩阵的一致性进行检查，若状态量评价矩阵r＝(rij)n×n满足一致性检测，则计算复合绝缘子绝缘性能指标量权重ωiy和绝缘性能失效概率值y；若不满足一致性检测停止评价。

如上所述基于双判据准则的直流输电线路复合绝缘子评估方法，进一步地，所述状态量评价矩阵r＝(rij)n×n的具体形式为

其中，矩阵元素rij的确定方法为：

pi(i＝1,2,…,n)表示在同一统计样本下某故障类型的相关状态量的频数。

如上所述基于双判据准则的直流输电线路复合绝缘子评估方法，进一步地，所述一致性检测采用如下方法进行验证：

模糊层次分析法判断矩阵r＝(rij)n×n的一致性应满足：

有rij＝rik﹣rik+0.5

或满足顺序一致性：对模糊判断矩阵r，若rij>0.5，有rik＞rjk；若rij＝0.5，有rik＝rjk；若rij<0.5，有rik<rjk则称r具有顺序一致性。

如上所述基于双判据准则的直流输电线路复合绝缘子评估方法，进一步地，指标量权重ωi由按以下方法确定：

其中，rij为模糊判断矩阵ra的矩阵元素，a为权重分辨因子，其取值决定了各指标进行明显的分辨效果。

如上所述基于双判据准则的直流输电线路复合绝缘子评估方法，进一步地，所述机械性能失效概率值x为：

式中，ωi为指标i的权重，xix为指标i的归一化状态值，n为机械性能指标个数；

所述绝缘性能缺陷失效概率值y为：

式中，ωi为指标i的权重，xiy为指标i的归一化状态值，m为绝缘性能指标个数；

如上所述基于双判据准则的直流输电线路复合绝缘子评估方法，进一步地，

根据机械性能失效概率值x和绝缘性能失效概率值y求取复合绝缘子失效的联合概率密度函数p(x,y)：

p(x,y)＝(1-0.14x²)[0.3+0.7exp(-0.65x⁶)]-y

则联合概率函数g为：

式中a为(x,y)的取值域；

运行可靠性参数w

w＝1-g。

如上所述基于双判据准则的直流输电线路复合绝缘子评估方法，进一步地，根据运行可靠性参数w对复合绝缘子的运行状态进行评估，并给出相应的运维策略；

当复合绝缘子刚投运时，其状态评估值为1；当发生重大故障而被迫退出运行时，状态评估值为0；

当w∈(0.8,1]时，将其状态等级评定为良好，表明该批次复合绝缘子运行状态良好能继续稳定运行，可按原定计划进行抽样与检修；

当w∈(0.6,0.8]时，将其状态等级评定为一般，表明该批次复合绝缘子运行状态一般，能继续运行，但可能存在个别绝缘子缺陷，应当适量加强原定抽样与检修计划；

当w∈(0.4,0.6]时，将其状态等级评定为异常，表明该批次复合绝缘子运行状态较差，能勉强运行，但可能存在较大数量的绝缘子缺陷，应当加大抽检力度并对部分老化严重地区绝缘子进行更换；

当w∈(0,0.4]时，将其状态等级评定为严重，表明该批次复合绝缘子运行状态很差，应当立即加大抽检力度并重新进行抽检，了解该区域复合绝缘子老化情况后采取相应措施。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

1、本发明将模糊评法运用于直流输电线路复合绝缘子状态评价中，实现了对直流输电线路复合绝缘子健康状态的检测，为其运行与维护提供有力依据。

2、本发明从机械性能失效和绝缘性能失效两个方面建立较全面的直流输电线路复合绝缘子状态评估指标体系，充分体现了直流输电线路复合绝缘子结构和运行特性。

3、本发明以实测数据和运维统计数据为基础，确定直流输电线路复合绝缘子模糊层次分析过程中的权重值，避免了模糊分析过程中主观因素的影响，使评价结果更具客观性。

4、本发明以建立了考虑机械性能失效概率和绝缘性能失效概率的复合绝缘子失效的联合概率密度函数p，提高了复合绝缘子状态评估模型的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图；

图2为联合概率分布函数；

图3为直流输电线路负荷绝缘子状态评估指标体系。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

参见图1至图3，一种基于双判据准则的直流输电线路复合绝缘子评估方法，其包括以下步骤：步骤1：根据直流输电线路上的复合绝缘子的结构及运行特点确定需评估的机械性能状态指标量和绝缘性能状态指标量。直流输电线路复合绝缘子的运行特点为：故障频发的主要部位的次序大致为金具、锌棒、伞套。复合绝缘子评估层次分为状态层、应用层和指标层，应用层包括机械性能和绝缘性能；指标层包括表面憎水性、憎水迁移性、泄露电流工频耐受、陡坡冲击试验、工频干湿闪、密封性能试验、机械负荷试验、机械破坏试验。运维数据包括应用中机械性能和绝缘性能失效的次数，以及发生某种失效后相关指标状态量超标的次数。

步骤2：统计抽样得到复合绝缘子样本的需评估的机械性能的状态指标量和绝缘性能的状态指标量的测量值，并对测量值进行归一化处理得到状态量的归一化状态值；定义实际值在正常范围内相对于正常状态阈值的裕度为该指标的归一化状态值，归一化处理过程为当机械性能状态指标量和绝缘性能状态指标量的测量值越大越优时，采用下式确定归一化状态值xi：

当机械性能状态指标量和绝缘性能状态指标量的测量值越小越优时，采用下式确定归一化状态值xi：

其中，xi为指标ci的归一化状态值；ci为该指标测量值，i表示指标层编号；cip表示该指标量的初值；ci0为该指标量的警示值。

步骤3：根据复合绝缘子样本确定机械缺陷和绝缘缺陷的相关状态量，并利用状态指标量的测量值求取指标量权重、机械性能失效概率值和绝缘性能缺陷失效概率值。所述机械缺陷的相关状态量包括密封性能试验、机械负荷试验和机械破坏试验，所述绝缘性能缺陷的相关状态量包括表面憎水性、憎水迁移性、泄露电流工频耐受、陡坡冲击试验和工频干湿闪。本实施例中，机械性能的相关状态量为机械性能失效时，测量值出现异常的所有指标量，绝缘性能的相关状态量为绝缘性能失效时，测量值出现异常的所有指标量。

所述机械性能失效概率值x的获取步骤如下：依据模糊分界标准和复合绝缘子的机械性能状态指标量的测量值的归一化状态值，求出状态量评价矩阵r＝(rij)n×n，并对状态量评价矩阵的一致性进行检查，若状态量评价矩阵r＝(rij)n×n满足一致性检测，则计算复合绝缘子机械性能指标量权重ωix和机械性能失效概率值x；若不满足一致性检测停止评价；

所述绝缘性能失效概率值y的获取步骤如下：依据模糊分界标准和复合绝缘子的绝缘性能状态指标量的测量值的归一化状态值，求出状态量评价矩阵r＝(rij)n×n，并对状态量评价矩阵的一致性进行检查，若状态量评价矩阵r＝(rij)n×n满足一致性检测，则计算复合绝缘子绝缘性能指标量权重ωiy和绝缘性能失效概率值y；若不满足一致性检测停止评价。

进一步地，所述状态量评价矩阵r＝(rij)n×n的具体形式为

其中，矩阵元素rij的确定方法为：

pi(i＝1,2,…,n)表示在同一统计样本下某故障类型的相关状态量的频数。

进一步地，指标量权重ωi由按以下方法确定：

其中，rij为模糊判断矩阵ra的矩阵元素，a为权重分辨因子，其取值决定了各指标进行明显的分辨效果。

进一步地，所述机械性能失效概率值x为：

式中，ωi为指标i的权重，xix为指标i的归一化状态值，n为机械性能指标个数；

所述绝缘性能缺陷失效概率值y为：

式中，ωi为指标i的权重，xiy为指标i的归一化状态值，m为绝缘性能指标个数。

步骤4：基于机械性能失效和绝缘性能缺陷综合影响下，建立复合绝缘子失效的联合概率函数，根据机械性能失效概率值和绝缘性能缺陷失效概率值得到复合绝缘子的联合失效概率函数；

根据机械性能失效概率值x和绝缘性能失效概率值y求取复合绝缘子失效的联合概率密度函数p(x,y)：

p(x,y)＝(1-0.14x²)[0.3+0.7exp(-0.65x⁶)]-y

则联合概率函数g为：

式中a为(x,y)的取值域，p(x,y)表达式中的常数根据cegbr6第三版选择pd6493:1991第三级评定准则及瑞典规范所采用的通用失效评定曲线。

步骤5：根据联合失效概率对复合绝缘子的运行状态进行评估，并给出相应的运维策略。

当复合绝缘子刚投运时，其状态评估值为1；当发生重大故障而被迫退出运行时，状态评估值为0；

当w∈(0.8,1]时，将其状态等级评定为良好，表明该批次复合绝缘子运行状态良好能继续稳定运行，可按原定计划进行抽样与检修；

当w∈(0.6,0.8]时，将其状态等级评定为一般，表明该批次复合绝缘子运行状态一般，能继续运行，但可能存在个别绝缘子缺陷，应当适量加强原定抽样与检修计划；

当w∈(0.4,0.6]时，将其状态等级评定为异常，表明该批次复合绝缘子运行状态较差，能勉强运行，但可能存在较大数量的绝缘子缺陷，应当加大抽检力度并对部分老化严重地区绝缘子进行更换；

当w∈(0,0.4]时，将其状态等级评定为严重，表明该批次复合绝缘子运行状态很差，应当立即加大抽检力度并重新进行抽检，了解该区域复合绝缘子老化情况后采取相应措施。

由此可知，本发明提供了一种适用于大量样本数据特征的直流线路用复合绝缘子状态评估方法。本发明主要包括应用层失效概率求取和联合失效概率求取两个阶段。层失效概率求取阶段包括了直流输电线路使用的复合绝缘子的状态评估指标体系的建立、指标量权重计算、应用层失效概率的求取。联合失效概率求取阶段，利用双判据准则求取在机械性能失效和绝缘性能缺陷综合影响下的复合绝缘子失效的联合概率函数。

下面以收集整理到的中国南方电网公司所辖直流复合绝缘子故障和缺陷信息为统计数样本，并以两组复合绝缘子抽样样本为评估对象，验证模型的可行性，表1为两组样本信息。

表1复合绝缘子抽样样本

作为本实施例的一种优选方案，上述的样本特征提取部分的实施步骤如下：

(1)统计复合绝缘子故障和缺陷信息，包含机械性能和绝缘性能相关指标量状态值异常的次数。

(2)以统计数据为基础，根据和求出状态量评价矩阵r＝(rij)n×n，并根据rij＝rik﹣rik+0.5或顺序一致性原则检验状态量评价矩阵r＝(rij)n×n的一致性。

(3)在状态量评价矩阵r＝(rij)n×n满足一致性检测的前提下，根据计算复合绝缘子指标量权重ωi，根据计算各故障类型状态评分x，同理算出绝缘性能失效概率y。

(4)根据p(x,y)＝(1-0.14x²)[0.3+0.7exp(-0.65x⁶)]-y和确定复合绝缘子失效的联合概率密度函数p(x,y)和联合概率函数g和最终状态值w。

复合绝缘子状态评估值w的置信区间如下：

当复合绝缘子刚投运时，其状态评估值为1；当发生重大故障而被迫退出运行时，状态评估值为0。

当w∈(0.8,1]时，将其状态等级评定为良好，表明该批次复合绝缘子运行状态良好能继续稳定运行，可按原定计划进行抽样与检修。

当w∈(0.6,0.8]时，将其状态等级评定为一般，表明该批次复合绝缘子运行状态一般，能继续运行，但可能存在个别绝缘子缺陷，应当适量加强原定抽样与检修计划。

当w∈(0.4,0.6]时，将其状态等级评定为异常，表明该批次复合绝缘子运行状态较差，能勉强运行，但可能存在较大数量的绝缘子缺陷，应当加大抽检力度并对部分老化严重地区绝缘子进行更换。

当w∈(0,0.4]时，将其状态等级评定为严重，表明该批次复合绝缘子运行状态很差，应当立即加大抽检力度并重新进行抽检，了解该区域复合绝缘子老化情况后采取相应措施。

本实施例最终的评定结果，w1＝0.617，w2＝0.652其状态等级评定为一般，但w1在绝缘性能方面失效概率较大，应当注重对该区域内绝缘性能的检查；w2在机械性能方面失效概率较大，应当注重对该区域内机械性能的检查。

本发明提供了一种适用于大量样本数据特征的直流线路用复合绝缘子状态评估方法。主要包括应用层失效概率求取和联合失效概率求取两个阶段。层失效概率求取阶段包括了直流输电线路使用的复合绝缘子的状态评估指标体系的建立、指标量权重计算、应用层失效概率的求取。联合失效概率求取阶段，利用双判据准则求取在机械性能失效和绝缘性能缺陷综合影响下的复合绝缘子失效的联合概率函数。复合绝缘子状态评估还可以同时符合两个判据，

(1)对机械性能失效概率值xn和绝缘性能失效概率值yn进行单独评估；

(2)利用双判据准则，列写在机械性能失效和绝缘性能失效综合影响下的复合绝缘子失效的联合概率函数p，进而求出复合绝缘子状态值；。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。