基于灰色关联法的电缆故障大数据分析模型

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基于灰色关联法的电缆故障大数据分析模型

来源：电工技术作者：佚名 2016-08-23 08:30:19

摘要：本文针对电网运行安全的需要及智能电网的发展，对当前电力系统配网中电力电缆的不同故障进行了分析，建立了基于灰色关联法的配网电力电缆故障原因分析模型。分析结果表明，水树老化是造成配网电力电缆故障的主要原因。

0 引言
随着电力电缆在配网系统中使用率的日益提升，提高电力电缆安全稳定运行成为当前电力系统发展的一大要求，因此研究电力电缆故障原因，对于降低运行电缆故障率、提高供电稳定性尤为重要。目前，城市配网中的中压XLPE电缆多采用直埋式的方法进行敷设。由于电缆线路较长、敷设环境复杂，XLPE电缆在运行的过程中会受到电、热、机械、水分等因素的影响而发生绝缘老化，危及电网的可靠运行。研究表明，XLPE电缆的绝缘老化过程十分复杂，主要因素包括热老化、机械应力老化、化学老化、电树老化及水树老化等，这些复杂的因素为电力电缆的运行维护带来了困难。为了更好地分析电力电缆故障原因，本文基于灰色关联法建立了电力电缆老化分析模型，以分析导致配网电力电缆故障的主要原因。

1 电力电缆常见故障原因
XLPE电缆长期运行在复杂环境时，其绝缘会发生老化，导致绝缘的微观结构发生变化、缺陷增多，从而影响电缆的可靠运行和使用寿命。研究表明XLPE电缆主要存在以下老化因素，见表1。

（1）水树老化。水树是一种XLPE电缆绝缘老化现象，主要成因是水分侵入绝缘内部，在电场的作用下呈现树枝状形态。其主要危害是降低绝缘击穿电压，水树延展中极易转变成电树。虽然水树生长较慢，但随着长度的增加，水树尖端的电场畸变将愈加严重，局部高电场会导致水树尖端产生电树，使电缆绝缘迅速失效，如图1所示。

   （2）电树老化。电树的主要成因是绝缘内部气泡、杂质等缺陷造成局部电场畸变所导致的局部击穿，并形成树状放电通道。通道中孔洞和管壁上有放电产生的碳粒痕迹，因其形状与树枝相似，故称为电树枝。对于XLPE电缆绝缘，电树由出现到绝缘层完全击穿所需时间较短，这也是电树区别于水树的重要特征之一。
   （3）热老化。热老化是由于绝缘长期处于受热状态，内部发生分子热裂解，从而出现绝缘弱区，导致水树和电树等老化现象更容易出现。由于电缆运行在额定载流量下的温度一般不超过90℃，且考虑电缆的额定裕度，因此出现热老化事故相对较少。
   （4）化学老化。XLPE在水分、酸、臭氧、氮的氧化物等作用下会发生化学老化，以致绝缘材料电气和机械性能下降。
   （5）机械老化。机械老化是指绝缘材料在机械应力作用下发生应力疲劳所产生的老化。机械应力包括机械的起动、运转中的振动、停止时的电磁力和热循环造成的应力。

    2 灰色关联法理论介绍
    灰色关联法是一种多因素统计分析方法，它的基本思想是根据序列曲线几何形状的相似程度判断其联系是否紧密。曲线越接近，相应序列之间关联度越大。具体步骤如下。
（1）确定主因素X1和参考因素Xi。

   （2）求各序列的初值像。对各序列进行无量纲处理，
得到初值像为：