基于改进模糊层次分析法的电缆绝缘寿命评估模型
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｂｌｅｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ；ｌｉｆｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎ；ｆａｕｌｔｔｒｅｅ；ｆｕｚｚｙａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙｐｒｏｃｅｓｓ；ｗｈａｌｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＷＯＡ）
０ 引 言
电力电缆作为电力系统中重要的组成部分，其可靠性与电网 安全稳定运行密切相关。ＸＬＰＥ电缆由于具有轻便、敷设简便和 电气性能优良等特点而被广泛应用于电网中。而 ＸＬＰＥ电缆在 运行过程中受高电场、高温和潮湿等复杂环境因素影响，其使用 寿命的估算十分困难。
关பைடு நூலகம்词：电缆绝缘；寿命评估；故障树；模糊层次分析法；鲸鱼优化算法 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－３８８６．２０１９．０４．０３３ ［中图分类号］ ＴＭ８５４ ［文献标识码］ Ａ ［文章编号］１０００－３８８６（２０１９）０４－０１０７－０４
ＣａｂｌｅＩｎｓｕｌａｔｉｏｎＬｉｆｅＥｖａｌｕａｔｉｏｎＭｏｄｅｌＢａｓｅｄｏｎ ＩｍｐｒｏｖｅｄＦｕｚｚｙＡｎａｌｙｔｉｃＨｉｅｒａｒｃｈｙＰｒｏｃｅｓｓ
测量与检测技术
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆ＤｅｔｅｃｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｃｓ
《电气自动化》２０１９年第 ４１卷 第 ４期
基于改进模糊层次分析法的电缆绝缘寿命评估模型
黄肖为１，吴健儿１，赵明１，娄雨风１，王昕２ （１．国网浙江省电力公司杭州供电公司，浙江 杭州 ３１００００；２．上海交通大学 电工与电子技术中心，上海 ２００２４０）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｉｍｐｒｏｖｅｄｆｕｓｓｙａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｆｏｒｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｏｆａｃｃｕｒａｔｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｃａｂｌｅｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｌｉｆｅｕｎｄｅｒｔｈｅａｃｔｉｏｎｏｆｖａｒｉｏｕｓｆａｃｔｏｒｓ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｃａｂｌｅｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｌｉｆｅｗｅｒｅｄｅｆｉｎｅｄｉｎｔｈｅｆａｕｌｔｔｒｅｅｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｉｒ ｗｅｉｇｈｔｓｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｆｕｓｓｙｊｕｄｇｍｅｎｔｍａｔｒｉｘ．Ａｓｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｗｅｉｇｈｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｌｉｍｉｔｅｄｉｎｉｔｓａｃｃｕｒａｃｙａｎｄ ｔｅｄｉｏｕｓｉｎｉｔｓｐｒｏｃｅｓｓ，ｌｉｍｉｔｅｒｓｆｏｒｆｕｓｓｙｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｅｍｉｇｈｔｂｅｔｒａｎｓｌａｔｅｄｉｎｔｏａｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｆｏｒｏｐｔｉｍａｌｓｏｌｕｔｉｏｎ． Ｔｈｅｗｈａｌｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ （ＷＯＡ） ｗａｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｏｐｔｉｍａｌｗｅｉｇｈｔｓｑｕｉｃｋｌｙａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．Ｔｈｅｉｎｐｕｔｄａｔａｗｅｒｅ ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｃａｂｌｅｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｌｉｆｅｗａｓｆｉｎａｌｌｙｏｂｔａｉｎｅｄｕｎｄｅｒｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅｗｅｉｇｈｔｓｏｆａｌｌｔｈｅｆａｃｔｏｒｓ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｉｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｃａｓｅｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｐｐｒｏａｃｈｃｏｕｌｄｒｅａｌｉｚｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｃａｂｌｅｉｎｓｕａｔｉｏｎｌｉｆｅ．
模糊层次分析法在构建多因素作用下电力设备寿命评估模
定稿日期：２０１９－０１－３０ 基金项目：基于高压电缆状态评 估技 术的 绝缘老 化特征 量研究 （ＳＧ
ＺＪＨＺ００ＹＪＪＳ１８００６２７）
型方面具有很好的效果。在变压器寿命评估方面具有很好的效 果［６－７］。目前一些研究利用模糊综合评定法，基于电缆绝缘老化 指标构建全寿命周期评估体系［８］。模糊层次分析法中，模糊判断 矩阵的一致性反映了人们衡量标准的一致性，实际情况下由于判 断者的主观性，当影响因素过多时，模糊判断矩阵很难满足一致 性。因此在求解权重前要先进行数学变化让矩阵满足一致性要 求再计算权重。求取的方法一般有特征值法、行和归一法、方根 法和因素关系 法 等。 这 几 种 方 法 中，特 征 值 法 虽 然 求 解 精 度 较 高，但对因素较多的系统进行分析时，得到的模糊一致矩阵不仅 总体数量多，而且每个矩阵包含的项数也很多，因此求解过程十 分繁琐。行和分 析 法 和 方 根 法 精 度 不 高，有 时 候 难 以 满 足 分 析 要求。
ＨｕａｎｇＸｉａｏｗｅｉ１，ＷｕＪｉａｎ’ｅｒ１，ＺｈａｏＭｉｎｇ１，ＬｏｕＹｕｆｅｎｇ１，ＷａｎｇＸｉｎ２ （１．ＳｔａｔｅＧｒｉｄＺｈｅｊｉａｎｇＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏ．ＨａｎｇｚｈｏｕＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏ．，ＨａｎｇｚｈｏｕＺｈｅｊｉａｎｇ３１００００，Ｃｈｉｎａ；
２．ＣｅｎｔｅｒｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ＆ ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ）
摘 要：为准确评估多因素作用下的电缆绝缘寿命，提出了一种基于改进模糊层次分析法的电缆绝缘寿命评估模型。首先利用故障树 分析方法明确影响电缆绝缘寿命的因素，其次根据模糊判断矩阵计算各评估因素的权重。由于传统的权值计算方法精度有限 且过程繁琐，可将模糊一致限定条件转化为数学规划问题进行优化求解。采用鲸鱼优化算法，快速准确地得到了最佳权重。 对输入数据进行归一化处理，结合各因素权重最终得到电缆绝缘的剩余寿命。通过实例验证表明，能有效地对电缆绝缘寿命 进行评估。
国内外学者对 ＸＬＰＥ电缆寿命预测算法进行了很多研究。 国内的研究侧重于电缆老化机理，并基于某一指标或单一模型构 建 ＸＬＰＥ电缆寿命模型［１］。文献［２］通过分析等温松弛电流的权 重评估绝缘老 化 状 态。文 献 ［３］通 过 测 量 热 流 率 与 温 度 关 系 进 行寿命评定。文献 ［４］通 过 分 布 加 压 击 穿 试 验 检 测 数 据 与 寿 命 的非线性关系。上述模型在考虑各自的因素对电缆寿命的影响 时具有各自的准确性与可靠度，但并没有综合考虑多因素协同作 用下电缆的寿命模型。国外由于积累了大量电缆寿命指标数据， 利用统计学方法研究各因素协同作用下电缆寿命评估模型［５］。
０ 引 言
电力电缆作为电力系统中重要的组成部分，其可靠性与电网 安全稳定运行密切相关。ＸＬＰＥ电缆由于具有轻便、敷设简便和 电气性能优良等特点而被广泛应用于电网中。而 ＸＬＰＥ电缆在 运行过程中受高电场、高温和潮湿等复杂环境因素影响，其使用 寿命的估算十分困难。
关பைடு நூலகம்词：电缆绝缘；寿命评估；故障树；模糊层次分析法；鲸鱼优化算法 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－３８８６．２０１９．０４．０３３ ［中图分类号］ ＴＭ８５４ ［文献标识码］ Ａ ［文章编号］１０００－３８８６（２０１９）０４－０１０７－０４
ＣａｂｌｅＩｎｓｕｌａｔｉｏｎＬｉｆｅＥｖａｌｕａｔｉｏｎＭｏｄｅｌＢａｓｅｄｏｎ ＩｍｐｒｏｖｅｄＦｕｚｚｙＡｎａｌｙｔｉｃＨｉｅｒａｒｃｈｙＰｒｏｃｅｓｓ
测量与检测技术
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆ＤｅｔｅｃｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｃｓ
《电气自动化》２０１９年第 ４１卷 第 ４期
基于改进模糊层次分析法的电缆绝缘寿命评估模型
黄肖为１，吴健儿１，赵明１，娄雨风１，王昕２ （１．国网浙江省电力公司杭州供电公司，浙江 杭州 ３１００００；２．上海交通大学 电工与电子技术中心，上海 ２００２４０）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｉｍｐｒｏｖｅｄｆｕｓｓｙａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｆｏｒｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｏｆａｃｃｕｒａｔｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｃａｂｌｅｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｌｉｆｅｕｎｄｅｒｔｈｅａｃｔｉｏｎｏｆｖａｒｉｏｕｓｆａｃｔｏｒｓ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｃａｂｌｅｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｌｉｆｅｗｅｒｅｄｅｆｉｎｅｄｉｎｔｈｅｆａｕｌｔｔｒｅｅｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｉｒ ｗｅｉｇｈｔｓｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｆｕｓｓｙｊｕｄｇｍｅｎｔｍａｔｒｉｘ．Ａｓｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｗｅｉｇｈｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｌｉｍｉｔｅｄｉｎｉｔｓａｃｃｕｒａｃｙａｎｄ ｔｅｄｉｏｕｓｉｎｉｔｓｐｒｏｃｅｓｓ，ｌｉｍｉｔｅｒｓｆｏｒｆｕｓｓｙｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｅｍｉｇｈｔｂｅｔｒａｎｓｌａｔｅｄｉｎｔｏａｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｆｏｒｏｐｔｉｍａｌｓｏｌｕｔｉｏｎ． Ｔｈｅｗｈａｌｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ （ＷＯＡ） ｗａｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｏｐｔｉｍａｌｗｅｉｇｈｔｓｑｕｉｃｋｌｙａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．Ｔｈｅｉｎｐｕｔｄａｔａｗｅｒｅ ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｃａｂｌｅｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｌｉｆｅｗａｓｆｉｎａｌｌｙｏｂｔａｉｎｅｄｕｎｄｅｒｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅｗｅｉｇｈｔｓｏｆａｌｌｔｈｅｆａｃｔｏｒｓ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｉｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｃａｓｅｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｐｐｒｏａｃｈｃｏｕｌｄｒｅａｌｉｚｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｃａｂｌｅｉｎｓｕａｔｉｏｎｌｉｆｅ．
模糊层次分析法在构建多因素作用下电力设备寿命评估模
定稿日期：２０１９－０１－３０ 基金项目：基于高压电缆状态评 估技 术的 绝缘老 化特征 量研究 （ＳＧ
ＺＪＨＺ００ＹＪＪＳ１８００６２７）
型方面具有很好的效果。在变压器寿命评估方面具有很好的效 果［６－７］。目前一些研究利用模糊综合评定法，基于电缆绝缘老化 指标构建全寿命周期评估体系［８］。模糊层次分析法中，模糊判断 矩阵的一致性反映了人们衡量标准的一致性，实际情况下由于判 断者的主观性，当影响因素过多时，模糊判断矩阵很难满足一致 性。因此在求解权重前要先进行数学变化让矩阵满足一致性要 求再计算权重。求取的方法一般有特征值法、行和归一法、方根 法和因素关系 法 等。 这 几 种 方 法 中，特 征 值 法 虽 然 求 解 精 度 较 高，但对因素较多的系统进行分析时，得到的模糊一致矩阵不仅 总体数量多，而且每个矩阵包含的项数也很多，因此求解过程十 分繁琐。行和分 析 法 和 方 根 法 精 度 不 高，有 时 候 难 以 满 足 分 析 要求。
ＨｕａｎｇＸｉａｏｗｅｉ１，ＷｕＪｉａｎ’ｅｒ１，ＺｈａｏＭｉｎｇ１，ＬｏｕＹｕｆｅｎｇ１，ＷａｎｇＸｉｎ２ （１．ＳｔａｔｅＧｒｉｄＺｈｅｊｉａｎｇＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏ．ＨａｎｇｚｈｏｕＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏ．，ＨａｎｇｚｈｏｕＺｈｅｊｉａｎｇ３１００００，Ｃｈｉｎａ；
２．ＣｅｎｔｅｒｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ＆ ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ）
摘 要：为准确评估多因素作用下的电缆绝缘寿命，提出了一种基于改进模糊层次分析法的电缆绝缘寿命评估模型。首先利用故障树 分析方法明确影响电缆绝缘寿命的因素，其次根据模糊判断矩阵计算各评估因素的权重。由于传统的权值计算方法精度有限 且过程繁琐，可将模糊一致限定条件转化为数学规划问题进行优化求解。采用鲸鱼优化算法，快速准确地得到了最佳权重。 对输入数据进行归一化处理，结合各因素权重最终得到电缆绝缘的剩余寿命。通过实例验证表明，能有效地对电缆绝缘寿命 进行评估。
国内外学者对 ＸＬＰＥ电缆寿命预测算法进行了很多研究。 国内的研究侧重于电缆老化机理，并基于某一指标或单一模型构 建 ＸＬＰＥ电缆寿命模型［１］。文献［２］通过分析等温松弛电流的权 重评估绝缘老 化 状 态。文 献 ［３］通 过 测 量 热 流 率 与 温 度 关 系 进 行寿命评定。文献 ［４］通 过 分 布 加 压 击 穿 试 验 检 测 数 据 与 寿 命 的非线性关系。上述模型在考虑各自的因素对电缆寿命的影响 时具有各自的准确性与可靠度，但并没有综合考虑多因素协同作 用下电缆的寿命模型。国外由于积累了大量电缆寿命指标数据， 利用统计学方法研究各因素协同作用下电缆寿命评估模型［５］。