一种基于数据分析的电缆老化状态评估方法及系统与流程

本发明涉及电气工程，具体为一种基于数据分析的电缆老化状态评估方法及系统。

背景技术：

1、电缆是一种用于传输电力、信号或数据的导线或一组导线的集合。电缆通常由导电材料制成，并包裹在绝缘材料内，以防止电流泄漏和短路，电缆老化状态评估在电力系统的运行与维护中占据重要地位。随着电缆使用年限的增加，其性能会逐渐下降，特别是绝缘层的老化会直接影响电缆的安全性与可靠性。

2、现阶段传统的电缆老化评估方法主要依赖于人工定期检查和经验判断，往往存在检测不及时和准确性不足的问题。这些方法不易于实时监控电缆运行状态，相对不能及时发现电缆老化及潜在故障。尤其是在电缆运行过程中，由于缺乏对电性能和电热性能数据的综合分析，导致对电缆绝缘层老化状态的评估不够全面。这种局限性使得电缆维护工作具有较大的不确定性，增加了电力系统的运行风险和维护成本。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于数据分析的电缆老化状态评估方法及系统，解决了背景技术中提到的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：包括老化数据采集模块、特征提取模块、电缆温度计算模块、电性能变化计算模块和老化评估模块；

3、所述老化数据采集模块用于在电缆上布设若干检测点，并安装检测设备，分别对电缆的电性能数据和电热数据进行实时检测与采集；

4、所述特征提取模块用于依据所采集到的电性能数据和电热数据进行预处理，并在预处理后对电性能数据和电热数据进行特征提取，获取电性能特征集和电热数据特征集；

5、所述电缆温度计算模块用于依据所提取到的电热数据特征集进行无量纲处理后，分析计算获取电缆稳态温度wt，并预设电缆温度阈值f1与所获取的电缆稳态温度wt，进行初步对比评估分析电缆绝缘层的电热性能数据；

6、所述电性能变化计算模块用于依据所获取的电性能特征集，提取绝缘层介电常数jy和局部放电强度pd，进行分别计算分析电缆绝缘层介电变化率△jy和局部放电强度变化率△pd；

7、所述老化评估模块用于将所获取的电缆稳态温度wt、绝缘层介电变化率△jy和局部放电强度变化率△pd以及电性能特征集中剩余的参数进行相关联计算分析，获取综合老化状态指标zh，并进行预设第一老化阙值l1和第二老化阙值l2，进行对比评估，分析电缆老化程度。

8、优选的，所述老化数据采集模块包括电性能数据采集单元和电热数据采集单元；

9、所述电性能数据采集单元用于在电缆上安装集成电性能检测传感器组，实时对电缆的电性能数据进行实时采集，所述集成电性能检测传感器组包括介电谱仪、超声波局部放电检测仪、激光测振仪和热导率测试仪；

10、所述电热数据采集单元用于在电缆上安装集成电热检测传感器组，实时对电缆的电热数据进行实时采集，所述集成电热检测传感器组包括电阻传感器、环境温度计、电缆温度传感器和电流传感器。

11、优选的，所述特征提取模块包括数据预处理单元、电性能数据提取单元和电热数据提取单元；

12、所述数据预处理单元用于将所采集到的电性能数据和电热数据，进行清洗和预处理，包括缺失值处理、异常值处理、数据标准化处理和归一化处理；

13、所述电性能数据提取单元用于将预处理后的电性能数据，进行特征提取获取电性能特征集，所述电性能特征集包括绝缘层介电常数jy、电缆局部放电强度pd、电缆振动频率fv和电缆热扩散系数dt；具体提取方式如下；

14、绝缘层介电常数jy通过测量绝缘层的电容值，并根据几何尺寸和电容公式计算提取出绝缘层介电常数jy；

15、电缆局部放电强度pd通过利用超声波传感器检测局部放电产生的超声波信号，分析放电强度进行提取电缆的局部放电强度；

16、电缆振动频率fv利用激光测振仪非接触测量电缆表面的振动频率；

17、电缆热扩散系数dt通过热导率测定仪测量电缆材料的热导率，再结合材料的密度和比热容计算提取热扩散系数

18、所述电热数据提取单元用于将预处理后的电热数据，进行特征提取获取电热数据特征集，所述电热数据特征集包括电缆温度tcable、环境温度tamb、电缆中的电流i、电缆电阻r和散热系数h；具体提取方式如下；

19、将电缆放置在已知环境温度下，施加已知功率的电流，通过测量电缆达到稳态时的温度，进行提取散热系数h。

20、优选的，所述电缆温度计算模块包括电缆稳态温度计算单元和稳态温度评估单元；

21、所述电缆稳态温度计算单元用于依据所提取的电热数据特征集，进行计算获取电缆稳态温度wt，分析当前电缆在运行过程中的热稳定性；

22、所述电缆稳态温度wt通过以下公式获取；

23、

24、式中，散热系数h具体的提取公式为：p表示电缆发热功率。

25、优选的，所述稳态温度评估单元用于依据历史电缆正常稳态温度，进行均值处理后构建电缆温度阈值f1，再与所获取的电缆稳态温度wt，进行对比评估初步分析电缆老化的异常状态，具体评估方案如下；

26、当电缆稳态温度wt＞电缆温度阈值f1时，表示当前电缆的稳态温度存在异常，电缆绝缘层存在老化现象导致电缆存在热故障，并生成提示预警，提示相关工作人员对电缆的绝缘材料进行检查，此时则进一步对电性能进行综合分析；

27、当电缆稳态温度wt≤电缆温度阈值f1时，表示当前电缆的稳态温度正常。

28、优选的，所述电性能变化计算模块包括电缆绝缘层介电变化计算单元和电缆局部放电强度变化计算单元；

29、所述电缆绝缘层介电变化计算单元用于依据所获取的电性能特征集，进行提取电缆的绝缘层介电常数jy，进行计算获取电缆绝缘层介电变化率△jy，对电缆绝缘层材料的变化进行分析；

30、所述电缆绝缘层介电变化率△jy通过以下算法公式获取；

31、

32、式中，t表示时间，jy(t)表示在时间t时刻获取的绝缘层介电常数jy，jy(t-1)表示在时间t的前一时刻所获取的绝缘层介电常数jy。

33、优选的，所述电缆局部放电强度变化计算单元用于依据所获取的电性能特征集，进行提取电缆局部放电强度pd，进行计算获取局部放电强度变化率△pd，对电缆绝缘层在运行过程中的，劣化程度和缺陷进行分析；

34、所述局部放电强度变化率△pd通过以下算法公式获取；

35、

36、式中，t1表示第一个时间点，通常是早期的测量时间，t2表示第二个时间点，通常是后期的测量时间，pd(t1)和pd(t2)分别表示在时间t1和t2测量的局部放电强度。

37、优选的，所述老化评估模块包括综合数据计算单元和综合评估单元；

38、所述综合数据计算单元用于依据计算所获取的电缆稳态温度wt、电缆绝缘层介电变化率△jy和局部放电强度变化率△pd，同时结合电性能数据集中的电缆振动频率fv和电缆热扩散系数dt，进行相关联计算获取综合老化状态指标zh，对电缆绝缘层老化进行全面分析；

39、所述综合老化状态指标zh通过以下算法公式获取；

40、zh＝[(a1*wt)+(a2*δjy)+(a3*δpd)+(a4*fv)+(a5*dt)]+a；

41、式中，a1、a2、a3、a4和a5分别表示电缆稳态温度wt、电缆绝缘层介电变化率△jy、局部放电强度变化率△pd、电缆振动频率fv和电缆热扩散系数dt的预设权重值，且a1+a2+a3+a4+a5＝1，其具体数值由用户进行设定，a表示修正常数。

42、优选的，所述综合评估单元用于预设第一老化阙值l1和第二老化阙值l2与所获取的综合老化状态指标zh进行综合评估，分析当前电缆的绝缘层老化状态，具体评估内容如下；

43、当综合老化状态指标zh＞第一老化阙值l1时，标记为“一级老化”，表示当前电缆绝缘层老化异常是由电缆电性能导致电缆过热，此时则生成第一预警信息提示相关工作人员对当前电缆的绝缘层进行更换处理，同时检查电缆的通电情况；

44、当第二老化阙值l2＜综合老化状态指标zh＜第一老化阙值l1时，标记为“二级老化”，表示当前环境导致电缆局部温度过高，进而导致电缆绝缘层存在局部老化异常，电缆的电性能正常，此时则生成第二预警信息，提示相关工作人员对当前电缆的绝缘层，进行保养与维护；

45、当综合老化指标zh＜第二老化阙值l2时，标记为“三级老化”，表示当前电缆的绝缘层老化不重，无需进行进一步措施；

46、一级老化＞二级老化＞三级老化，老化程度由高到低。

47、一种基于数据分析的电缆老化状态评估方法，包括以下步骤：

48、s1、首先在电缆上布设若干检测点，并安装检测设备，分别对电缆的电性能数据和电热数据进行实时检测与采集；

49、s2、再依据所采集到的电性能数据和电热数据进行预处理，并在预处理后对电性能数据和电热数据进行特征提取，获取电性能特征集和电热数据特征集；

50、s3、依据电热数据特征集，进行无量纲处理后，计算获取电缆稳态温度wt，同时基于历史电缆正常稳态温度的均值预设电缆温度阈值f1与电缆稳态温度wt进行初步对比评估，初步评估电缆绝缘层的电热性能；

51、s4、通过所获取的电性能特征集，提取绝缘层介电常数jy和局部放电强度pd，进行分别计算分析电缆绝缘层介电变化率△jy和局部放电强度变化率△pd；

52、s5、最后综合所获取的电缆稳态温度wt、电缆绝缘层介电变化率△jy、局部放电强度变化率△pd、电缆振动频率fv和电缆热扩散系数dt，计算获取综合老化状态指标zh，并预设第一老化阙值l1和第二老化阙值l2，与zh进行对比评估，分析电缆老化程度。

53、本发明提供了一种基于数据分析的电缆老化状态评估方法及系统。具备以下有益效果：

54、(1)该系统通过老化数据采集模块在电缆上布设若干检测点，安装检测设备实时采集电缆的电性能数据和电热数据。通过集成电性能检测传感器组与集成电热检测传感器组，系统能够全面地与准确地获取电缆运行的电性能数据和电热状态数据。通过特征提取模块对采集到的电性能数据和电热数据进行预处理，保证数据的准确性和一致性。然后，系统对预处理后的数据进行特征提取，获取电性能特征集，再结合电缆温度计算模块，依据电性能特征集和电热数据特征集，进行计算获取电缆稳态温度wt，再通过预设电缆温度阈值f1评估电缆绝缘层的稳态温度的情况，进行初步判断电缆绝缘层的老化情况。

55、(2)该系统通过所提取到的电性能特征集，进行计算获取电缆绝缘层介电变化率△jy和局部放电强度变化率△pd，通过老化评估模块将所获取的电缆稳态温度wt、电缆绝缘层介电变化率△jy和局部放电强度变化率△pd，同时结合电性能数据集中的电缆振动频率fv和电缆热扩散系数dt，进行相关联计算，获取综合老化状态指标zh。通过综合老化状态指标zh，系统能够全面地与准确地评估电缆的老化状态，提供科学、可靠的电缆维护和更换依据。

56、(3)该系统根据综合老化状态指标zh与预设的第一老化阙值l1和第二老化阙值l2的对比评估，并分类出三种电缆老化等级状态。通过这种分级处理方法，系统能够根据电缆老化程度的不同，提供针对性地处理建议，提高电缆维护的效率和针对性，有效延长电缆的使用寿命，降低维护成本。