考慮隨機(jī)過程的電力電纜電熱退化累積量估算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種考慮隨機(jī)過程的電力電纜電熱退化累積量估算方法，屬于電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與評估領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電力電纜的退化會(huì)導(dǎo)致其使用壽命的減少，同時(shí)也會(huì)對電力電纜的正常運(yùn)行造成不利的影響。分析與電纜退化相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，可以較歷史故障數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確地推知電纜運(yùn)行的可靠性和使用壽命。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，電力電纜會(huì)遭受各種應(yīng)力不同程度的破壞作用，而電應(yīng)力和熱應(yīng)力對電纜絕緣的協(xié)同破壞作用在各類應(yīng)力中占有的比重最大。電應(yīng)力與電場有一定的關(guān)聯(lián)；由電纜導(dǎo)體中的銅耗和絕緣介質(zhì)中的介損產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)使得電纜內(nèi)部發(fā)熱。大部分的熱量產(chǎn)生于電纜芯的中間部分，而較高的環(huán)境溫度會(huì)阻礙電纜內(nèi)層的熱量向周圍環(huán)境擴(kuò)散。
[0003]地下電纜通常有直埋、埋于電纜溝或?qū)Ч芤约奥裼谔厥獾碾娎|通道等幾種存在形式。位于地下的電纜的溫度通常取決于環(huán)境溫度、隨季節(jié)變化的電力負(fù)荷水平等。熱應(yīng)力、電應(yīng)力以及二者的協(xié)同作用，會(huì)導(dǎo)致電纜的退化，減少電纜的運(yùn)行壽命。
[0004]電纜絕緣層熱電阻的隨機(jī)性和變化無規(guī)律的負(fù)荷電流使得電纜中的電熱退化累積效應(yīng)具有一定的隨機(jī)性。盡管部分文獻(xiàn)在研宄中已考慮到基于隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)學(xué)Miner理論，但是截至目前，尚未有文獻(xiàn)從考慮日常電熱應(yīng)力的隨機(jī)分布的角度對電纜壽命的損耗進(jìn)行估算，并得到隨時(shí)間變化的電纜失效概率。因此，需要一種考慮了電熱應(yīng)力的隨機(jī)分布而對電纜壽命的損耗進(jìn)行估算，以獲得具有較高準(zhǔn)確性和可信度的電纜使用壽命預(yù)測值的評估方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種考慮隨機(jī)過程的電力電纜電熱退化累積量估算方法。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種考慮隨機(jī)過程的電力電纜電熱退化累積量估算方法，用于對季節(jié)性的負(fù)荷周期里電力電纜累積的電熱退化量進(jìn)行估算，以預(yù)測電力電纜的運(yùn)行壽命，該方法包括電力電纜日常負(fù)荷的確定，電力電纜導(dǎo)體溫度估算，電力電纜電熱壽命模型的確定以及電纜退化累積量的估算四個(gè)步驟；
(1)所述的電力電纜日常負(fù)荷的確定包括:
①獲取電力電纜受環(huán)境因素變化影響而隨時(shí)間連續(xù)變化的電力負(fù)荷
②將連續(xù)變化的電力負(fù)荷離散為呈階梯狀變化的負(fù)荷曲線；
③獲取所述的負(fù)荷曲線中每一階梯步長時(shí)間內(nèi)流過電力電纜的電流；
(2)所述的電力電纜導(dǎo)體溫度估算包括:
①獲取所述的負(fù)荷曲線中每一階梯步長時(shí)間內(nèi)電力電纜所處的環(huán)境溫度；
②根據(jù)所獲取的每一階梯步長時(shí)間內(nèi)流過電力電纜的電流，估算由負(fù)荷電流導(dǎo)致的電纜運(yùn)行溫度；
③獲取電力電纜最大運(yùn)行溫度；
④由每一階梯步長時(shí)間內(nèi)電力電纜所處的環(huán)境溫度、電纜運(yùn)行溫度和電力電纜最大運(yùn)行溫度，基于IEEE 242-2001國際標(biāo)準(zhǔn)估算每一階梯步長時(shí)間內(nèi)電纜芯的溫度；
⑤由每一階梯步長時(shí)間內(nèi)電纜芯的溫度和電纜的基準(zhǔn)環(huán)境溫度，獲得每一階梯步長時(shí)間內(nèi)電纜導(dǎo)體的溫度分布；
(3)所述的電力電纜電熱壽命模型的確定方法包括:
①由每一階梯步長時(shí)間內(nèi)的電纜芯的溫度，計(jì)及參考溫度，獲取每一階梯步長內(nèi)電力電纜的熱應(yīng)力；
②由每一階梯步長時(shí)間內(nèi)的電力電纜的電場強(qiáng)度實(shí)際值、最大電場強(qiáng)度獲取每一階梯步長時(shí)間內(nèi)電力電纜的電應(yīng)力；
③依據(jù)電力電纜的電應(yīng)力與熱應(yīng)力協(xié)同作用原理，采用阿侖尼烏斯方程和逆冪模型相結(jié)合的方式，估算在電應(yīng)力、熱應(yīng)力以及二者的協(xié)同作用下電力電纜的使用壽命；
(4)所述的電力電纜退化累積量估算包括:
①獲取一個(gè)負(fù)荷周期內(nèi)隨時(shí)間變化的電力電纜的運(yùn)行溫度；
②獲取一個(gè)負(fù)荷周期內(nèi)隨時(shí)間變化的電力電纜所處的環(huán)境溫度；
③獲取一個(gè)負(fù)荷周期內(nèi)隨時(shí)間變化的電力電纜的電場強(qiáng)度；
④根據(jù)一個(gè)負(fù)荷周期內(nèi)隨時(shí)間變化的電力電纜的運(yùn)行溫度、電力電纜所處的環(huán)境溫度、電力電纜的電場強(qiáng)度以及在電應(yīng)力、熱應(yīng)力以及二者的協(xié)同作用下電力電纜的使用壽命，估算一個(gè)負(fù)荷周期內(nèi)每一階梯步長時(shí)間內(nèi)電力電纜壽命減少的百分?jǐn)?shù)；
⑤根據(jù)電力電纜壽命減少的百分?jǐn)?shù)求取一段時(shí)間內(nèi)電纜退化的累積量。
[0007]該方法其還包括電力電纜退化累積過程的隨機(jī)特性建模；
所述的電纜退化累積過程的隨機(jī)特性建模包括將電力電纜所承受的應(yīng)力分為夏季、春秋季、冬季三個(gè)等級，將電力電纜的退化量用一個(gè)非穩(wěn)定的高斯過程描述，進(jìn)而估算平均累積退化量和方差。
[0008]該方法通過電力電纜狀態(tài)監(jiān)測和智能評估系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。
[0009]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):該方法全面計(jì)及了每一負(fù)荷周期內(nèi)電力電纜運(yùn)行溫度、環(huán)境溫度以及電場強(qiáng)度的隨機(jī)特性，提高了電纜使用壽命預(yù)測的準(zhǔn)確性和可信度，解決了電纜資產(chǎn)管理中確定電纜殘余壽命并準(zhǔn)確制定科學(xué)更換方案的技術(shù)難題，進(jìn)而可以保證電力傳輸?shù)倪B續(xù)性，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。
【附圖說明】
[0010]附圖1為本發(fā)明的考慮隨機(jī)過程的電力電纜電熱退化累積量估算方法的流程示意圖。
[0011]附圖2為本發(fā)明的考慮隨機(jī)過程的電力電纜電熱退化累積量估算方法中電力電纜日常負(fù)荷確定的流程示意圖。
[0012]附圖3為本發(fā)明的考慮隨機(jī)過程的電力電纜電熱退化累積量估算方法中電力電纜導(dǎo)體溫度估算的流程示意圖。
[0013]附圖4為本發(fā)明的考慮隨機(jī)過程的電力電纜電熱退化累積量估算方法中電力電纜電熱壽命模型確定的流程示意圖。
[0014]附圖5為本發(fā)明的考慮隨機(jī)過程的電力電纜電熱退化累積量估算方法中電力電纜退化累積量估算的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0016]實(shí)施例一:一種通過電力電纜狀態(tài)監(jiān)測和智能評估系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的考慮電、熱應(yīng)力隨機(jī)特性的電力電纜退化累積量估算方法，包括電力電纜日常負(fù)荷的確定、電力電纜導(dǎo)體溫度估算、電力電纜電熱壽命模型的確定、電力電纜退化累積過程的隨機(jī)特性建模、電力電纜退化累積量的估算這幾個(gè)步驟，如附圖1所示。
[0017]1、電力電纜日常負(fù)荷的確定
電力電纜日常負(fù)荷的確定如附圖2所示，包括:
(1)獲取電力電纜受環(huán)境因素(包括季節(jié)和氣候等因素)變化影響而隨時(shí)間連續(xù)變化的電力負(fù)荷；該連續(xù)變化的電力負(fù)荷是隨時(shí)間的推移而連續(xù)變化的，影響其變化的因素在于環(huán)境因素；
(2)將24小時(shí)內(nèi)連續(xù)變化的電力負(fù)荷離散為呈階梯狀變化的負(fù)荷曲線；其中，每一個(gè)階梯的步長(即持續(xù)時(shí)間)為A ?,.=24/#，其中，J俵示步長數(shù)，i=l,.....，#，每一個(gè)階梯的步長(即持續(xù)時(shí)間)Λ匕不超過所取的連續(xù)時(shí)間；
(3)獲取負(fù)荷曲線中每一階梯步長時(shí)間內(nèi)流過電力電纜的電流。
[0018]2、電力電纜導(dǎo)體溫度估算
電力電纜導(dǎo)體溫度估算如附圖3所示，包括:
(O獲取負(fù)荷