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CN111931334A - 一种用于评估电缆设备运行可靠性的方法及系统 - Google Patents

一种用于评估电缆设备运行可靠性的方法及系统 Download PDF

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CN111931334A CN202010598812.6A CN202010598812A CN111931334A CN 111931334 A CN111931334 A CN 111931334A CN 202010598812 A CN202010598812 A CN 202010598812A CN 111931334 A CN111931334 A CN 111931334A
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丁斌
欧阳本红
刘敬文
沈学良
夏荣
李国鹏
李文杰
王格
李志雷
邓显波
赵鹏
费雯丽
刘松华
王学彬
张振鹏
刘宗喜
陈铮铮
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Xiongan New Area Power Supply Company State Grid Hebei Electric Power Co
State Grid Corp of China SGCC
China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
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Xiongan New Area Power Supply Company State Grid Hebei Electric Power Co
State Grid Corp of China SGCC
China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种用于评估电缆设备运行可靠性的方法及系统，属于电力电缆设备运维检修技术领域。本发明方法，包括：获取电缆设备的历史运行信息，建立设备信息库；根据运行状态特征量生成运行指纹；对运行指纹进行数据处理，生成电缆设备运行状态特征的指纹数据库；根据可靠性结果对电缆设备的运行进行可靠性评估。本发明可指导电缆设备运维检修工作的科学开展，实现电缆运行状态分级决策和多维度状态精益化管理，强化设备状态管控力，优化设备运维策略。

Description

一种用于评估电缆设备运行可靠性的方法及系统
技术领域
本发明涉及电力电缆设备运维检修技术领域，并且更具体地，涉及一种用于评估电缆设备运行可靠性的方法及系统。
背景技术
当前，电缆线路的运维检修以人工巡视、状态检测及在线监测为主，数据离散化、孤岛化，运维人员无法在巡视或检修过程中有效评估和掌握电缆线路运行状态，也无法通过系统平台获取线路运行及状态信息数据，巡检效率收到一定制约，巡视检测的数据分散于各类检测设备、数据表单或监控平台中，格式缺乏统一性规范性，难以实现信息交互，且录入存储工作流程繁杂。
以电缆专业管理及运检业务现有数据情况来看，台账、竣工、巡视检测、感知监测、检修记录、专业管理等数据以多形态图像、文本、数字存在，跨数据类型的分析技术较少，现况多以集中式的检测、监测数据分析为主，且状态量间的关联分析挖掘能力不足，现阶段大量的研究以知识逻辑为主导的单一状态数据分析为主，对台账、检修数据的应用和数据趋势特征的应用较少，跨领域、多维度、长时间的数据综合分析与研判能力薄弱，相关专利技术缺失。在例如同类设备故障预警研判、电缆老化状态评估诊断、运行可靠性分析评估等应用方面，多数专利技术以依据单一时刻或单一设备现场状态检测/监测数据，缺失了同类型、同工况条件下电缆设备横向研判或基于历史检修与发展趋势的纵向研判，故而分析结论往往与实际情况偏差较大，实用化程度极低。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种用于评估电缆设备运行可靠性的方法，包括：
获取电缆设备的历史运行信息，建立设备信息库；
调用设备信息库存储的历史运行信息，选择历史运行信息中表征电缆设备运行状态的信号量，生成电缆设备的运行状态数据，对运行状态数据以预设方式进行处理，提取电缆设备的运行状态特征量，根据运行状态特征量生成运行指纹；
对运行指纹进行数据处理，生成电缆设备运行状态特征的指纹数据库；
根据电缆设备的依时协变量和非依时协变量及电缆设备运行状态特征权重/概率系数，根据指纹数据库中的电缆设备运行状态特征确定电缆设备运行的可靠性结果，根据可靠性结果对电缆设备的运行进行可靠性评估。
可选的，历史运行信息，包括：电缆设备的初始运行状态信息、正常运行状态信息和缺陷/故障运行状态信息。
可选的，预设方式为，按照特定规约对运行状态数据进行冗余数据去除。
可选的，生成电缆设备运行状态特征的指纹数据库，包括：
将指纹数据库中的电缆设备运行状态特征划分为电缆及附件的状态参量，确定电缆与附件状态参量的关联系数；
根据关联系数及电缆设备运行状态的权重/概率，确定电缆及附件的运行状态数据量化风险因子指纹，并确定运行状态数据量化风险因子指纹的权重/概率；
选择最大权重/概率的运行状态数据量化风险因子指纹，建立电缆及附件的故障表征数据组；
根据故障表征数据，选择表征电缆设备缺陷的严重程度的特征参量；
建立特征参量与电缆设备运行状态的映射关系，根据映射关系生成电缆设备运行状态特征的数据指纹库。
可选的，评估，包括：
根据可靠性结果，绘制电缆设备的状态决策曲线；
状态决策曲线为依时协变量、非依时协变量和电缆设备运行状态特征权重/概率系数的关系曲线；
根据状态决策曲线确定可靠度，根据可靠度对电缆设备的运行状态进行等级划分；
根据可靠度预测电缆设备的剩余使用寿命。
本发明还提出了一种用于评估电缆设备运行可靠性的系统，包括：
采集模块，获取电缆设备的历史运行信息，建立设备信息库；
第一提取模块，调用设备信息库存储的历史运行信息，选择历史运行信息中表征电缆设备运行状态的信号量，生成电缆设备的运行状态数据，对运行状态数据以预设方式进行处理，提取电缆设备的运行状态特征量，根据运行状态特征量生成运行指纹；
第二提取模块，对运行指纹进行数据处理，生成电缆设备运行状态特征的指纹数据库；
评估模块，根据电缆设备的依时协变量和非依时协变量及电缆设备运行状态特征权重/概率系数，根据指纹数据库中的电缆设备运行状态特征确定电缆设备运行的可靠性结果，根据可靠性结果对电缆设备的运行进行可靠性评估。
可选的，历史运行信息，包括：电缆设备的初始运行状态信息、正常运行状态信息和缺陷/故障运行状态信息。
可选的，预设方式为，按照特定规约对运行状态数据进行冗余数据去除。
可选的，生成电缆设备运行状态特征的指纹数据库，包括：
将指纹数据库中的电缆设备运行状态特征划分为电缆及附件的状态参量，确定电缆与附件状态参量的关联系数；
根据关联系数及电缆设备运行状态的权重/概率，确定电缆及附件的运行状态数据量化风险因子指纹，并确定运行状态数据量化风险因子指纹的权重/概率；
选择最大权重/概率的运行状态数据量化风险因子指纹，建立电缆及附件的故障表征数据组；
根据故障表征数据，选择表征电缆设备缺陷的严重程度的特征参量；
建立特征参量与电缆设备运行状态的映射关系，根据映射关系生成电缆设备运行状态特征的数据指纹库。
可选的，评估，包括：
根据可靠性结果，绘制电缆设备的状态决策曲线；
状态决策曲线为依时协变量、非依时协变量和电缆设备运行状态特征权重/概率系数的关系曲线；
根据状态决策曲线确定可靠度，根据可靠度对电缆设备的运行状态进行等级划分；
根据可靠度预测电缆设备的剩余使用寿命。
本发明可指导电缆设备运维检修工作的科学开展，实现电缆运行状态分级决策和多维度状态精益化管理，强化设备状态管控力，优化设备运维策略。
附图说明
图1为本发明一种用于评估电缆设备运行可靠性的方法流程图；
图2为本发明一种用于评估电缆设备运行可靠性的系统结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
本发明提出了一种用于评估电缆设备运行可靠性的方法，如图1所示，包括：
获取电缆设备的历史运行信息，建立设备信息库；
调用设备信息库存储的历史运行信息，选择历史运行信息中表征电缆设备运行状态的信号量，生成电缆设备的运行状态数据，对运行状态数据以预设方式进行处理，提取电缆设备的运行状态特征量，根据运行状态特征量生成运行指纹；
对运行指纹进行数据处理，生成电缆设备运行状态特征的指纹数据库；
根据电缆设备的依时协变量和非依时协变量及电缆设备运行状态特征权重/概率系数，对指纹数据库中的电缆设备运行状态特征进行分类归一化处理，确定电缆设备运行的可靠性结果，根据可靠性结果对电缆设备的运行进行可靠性评估。
其中，历史运行信息，包括：电缆设备的初始运行状态信息、正常运行状态信息和缺陷/故障运行状态信息。
其中，预设方式为，按照特定规约对运行状态数据进行冗余数据去除。
其中，生成电缆设备运行状态特征的指纹数据库，包括：
将指纹数据库中的电缆设备运行状态特征划分为电缆及附件的状态参量，确定电缆与附件状态参量的关联系数；
根据关联系数及电缆设备运行状态的权重/概率，确定电缆及附件的运行状态数据量化风险因子指纹，并确定运行状态数据量化风险因子指纹的权重/概率；
选择最大权重/概率的运行状态数据量化风险因子指纹，建立电缆及附件的故障表征数据组；
根据故障表征数据，选择表征电缆设备缺陷的严重程度的特征参量；
建立特征参量与电缆设备运行状态的映射关系，根据映射关系生成电缆设备运行状态特征的数据指纹库。
其中，评估，包括：
根据可靠性结果，绘制电缆设备的状态决策曲线；
状态决策曲线为依时协变量、非依时协变量和电缆设备运行状态特征权重/概率系数的关系曲线；
根据状态决策曲线确定可靠度，根据可靠度对电缆设备的运行状态进行等级划分；
根据可靠度预测电缆设备的剩余使用寿命。
下面结合实施例对本发明进行进一步说明：
建立设备信息数据库；
根据设备的初始状态信息与设备的历史正常运行信息与故障信息，建立设备信息库，为设备故障诊断提供深度数据支撑，设备信息库包括设备正常运行信息库、设备故障信息库以及设备初始状态信息库；
状态感知与特征提取；
选择状态信息库中能表征设备运行状态的信号量，加以检测与采集，形成设备的运行状态数据，为设备故障诊断提供最原始的状态数据，将采集到的设备运行状态数据按照特定的规约进行处理、加工，去除数据冗余，提高数据质量，提取设备的运行状态特征量，形成设备的“运行指纹”，即表征设备运行状态的设备运行状态数据，为设备故障诊断提供诊断数据；
指纹库建立；
将电缆设备运行状态数据缺陷、故障分成电缆本体和附件的不同状态参量进行分析，详细分析本体和附件的主要缺陷相关性，基于典型相关性分析(CCA:CanonicalCorrelation Analysis)分析两两状态量之间关联性即CCA相关系数ρ；
对于维度分别为p和q的两组随机变量x和y，记X＝[x1，x2，...，xn]∈Rp×n，Y＝[y1，y2，...，yn]∈Rq×n，CCA的目标是求出两组数据的相关性系数；
Figure BDA0002557882270000071
若|ρ|＝1，则表明X与Y之间线性相关，在工程应用中可将该条件放宽至|ρ|>0.9，但是，对于随机变量非线性相关，单一的相关性系数则无法表征。
若|ρ|≤0.9则使用跨领域典型相关性分析(CCADD:Canonical CorrelationAnalysis across Different Domains)、(混合)概率典型相关性分析((Mix)PCCA:Mixtureof Probabilistic Canonical Correlation Analysis)、Coupula函数模型等方法研究变量之间相关性规律，计算数据权重规律、数据权重/概率规律及数列向异性规律，找到最大出现的权重/概率等参数的变化规律，从而得出电缆线路及通道运行状态量数据量化风险因子指纹；
通过筛查最大出现的权重/概率等参数，建立不同设备故障所指向的电缆线路故障表征数据组；
在缺陷严重程度评估参量提取的过程中，构造描述缺陷发展过程的原始多源评估参量集，引入互信息、最大信息系数等新变量衡量特征信息之间以及特征信息与缺陷严重程度之间的关联关系，采用权重因子衡量冗余度与相关度的重要性，以最大相关最小冗余为准则进行特征选择，最终优选出最能表征缺陷严重程度的特征参量；
通过现有状态监测量在表征电缆线路及隧道运行状态的准确性与可靠性分析，建立电缆线路及隧道运行状态特征量集合与状态评价映射关系；
最终形成电缆线路缺陷、故障及状态特征表征数据指纹库；
4)可靠性评价
与电缆运行可靠性的相关影响因素可分为两类，依时协变量和非依时协变量。依时协变量，比如电缆的温度、环流、局部放电、介损、空气湿度等，非依时协变量，比如电缆的施工单位、电缆长度、电缆厂家等。根据指纹库及其权重/概率系数，可以对电缆运行可靠性表征数据进行分类归一化，建立依时协变量和非依时协变量概率关联性及其概率规律，简化weibull模型计算复杂度；
Weibull分布可以用来分析依时协变量，其函数表达式如式(2)所示：
Figure BDA0002557882270000081
其中Xj为非依时协变量，Yj为Xj对应的回归系数，n为依时协变量的个数，β为Weibull分布形状参数，η为Weibull尺度参数；
可靠度表示设备在时间t内正常工作的概率，Weibull比例风险模型对应的可靠度函数为：
Figure BDA0002557882270000082
故障概率密度函数为：
f(t，X)＝h(t，X)·R(t，X) (4)
构造故障概率密度函数的似然函数：
Figure BDA0002557882270000083
其中n为数据的总数，m为故障数据个数，n-m表示截尾数据个数；
当K＝0时，代入β，η和α的初值β0，η0和α0进行求解获，得Weibull分布的形状参数，并根据Weibull分布，求出可靠性，并结合状态评价结果，得到最终的可靠性评估结果；
同时分析电缆的故障数据和状态数据，通过求解模型的参数，绘制电缆的状态决策曲线，根据可靠度将电缆的状态划分为正常工作、临界区、维修三类，同时也可以实现电缆剩余寿命的预测。
本发明还提出了一种用于评估电缆设备运行可靠性的系统200，如图2所示，包括：
采集模块201，获取电缆设备的历史运行信息，建立设备信息库；
第一提取模块202，调用设备信息库存储的历史运行信息，选择历史运行信息中表征电缆设备运行状态的信号量，生成电缆设备的运行状态数据，对运行状态数据以预设方式进行处理，提取电缆设备的运行状态特征量，根据运行状态特征量生成运行指纹；
第二提取模块203，对运行指纹进行数据处理，生成电缆设备运行状态特征的指纹数据库；
评估模块204，根据电缆设备的依时协变量和非依时协变量及电缆设备运行状态特征权重/概率系数，对指纹数据库中的电缆设备运行状态特征进行分类归一化处理，确定电缆设备运行的可靠性结果，根据可靠性结果对电缆设备的运行进行可靠性评估。
其中，历史运行信息，包括：电缆设备的初始运行状态信息、正常运行状态信息和缺陷/故障运行状态信息。
其中，预设方式为，按照特定规约对运行状态数据进行冗余数据去除。
其中，生成电缆设备运行状态特征的指纹数据库，包括：
将指纹数据库中的电缆设备运行状态特征划分为电缆及附件的状态参量，确定电缆与附件状态参量的关联系数；
根据关联系数及电缆设备运行状态的权重/概率，确定电缆及附件的运行状态数据量化风险因子指纹，并确定运行状态数据量化风险因子指纹的权重/概率；
选择最大权重/概率的运行状态数据量化风险因子指纹，建立电缆及附件的故障表征数据组；
根据故障表征数据，选择表征电缆设备缺陷的严重程度的特征参量；
建立特征参量与电缆设备运行状态的映射关系，根据映射关系生成电缆设备运行状态特征的数据指纹库。
其中，评估，包括：
根据可靠性结果，绘制电缆设备的状态决策曲线；
状态决策曲线为依时协变量、非依时协变量和电缆设备运行状态特征权重/概率系数的关系曲线；
根据状态决策曲线确定可靠度，根据可靠度对电缆设备的运行状态进行等级划分；
根据可靠度预测电缆设备的剩余使用寿命。
本发明建立电缆设备故障、缺陷及状态与相关依时协变量和非依时协变量间的权重、概率及其变化规律，简化Weibull长期运行可靠性评估模型求解过程，并可诊断不同的诊断需求，选用不同变量组带入weibull分布模型推算电缆线路可靠性状态等级，指导运维检修工作的科学开展，实现电缆运行状态分级决策和多维度状态精益化管理，强化设备状态管控力，优化设备运维策略。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种用于评估电缆设备运行可靠性的方法，所述方法包括：
获取电缆设备的历史运行信息，建立设备信息库；
调用设备信息库存储的历史运行信息，选择历史运行信息中表征电缆设备运行状态的信号量，生成电缆设备的运行状态数据，对运行状态数据以预设方式进行处理，提取电缆设备的运行状态特征量，根据运行状态特征量生成运行指纹；
对运行指纹进行数据处理，生成电缆设备运行状态特征的指纹数据库；
根据电缆设备的依时协变量和非依时协变量及电缆设备运行状态特征权重/概率系数，根据指纹数据库中的电缆设备运行状态特征确定电缆设备运行的可靠性结果，根据可靠性结果对电缆设备的运行进行可靠性评估。
2.根据权利要求1所述的方法，所述历史运行信息，包括：电缆设备的初始运行状态信息、正常运行状态信息和缺陷/故障运行状态信息。
3.根据权利要求1所述的方法，所述预设方式为，按照特定规约对运行状态数据进行冗余数据去除。
4.根据权利要求1所述的方法，所述生成电缆设备运行状态特征的指纹数据库，包括：
将指纹数据库中的电缆设备运行状态特征划分为电缆及附件的状态参量，确定电缆与附件状态参量的关联系数；
根据关联系数及电缆设备运行状态的权重/概率，确定电缆及附件的运行状态数据量化风险因子指纹，并确定运行状态数据量化风险因子指纹的权重/概率；
选择最大权重/概率的运行状态数据量化风险因子指纹，建立电缆及附件的故障表征数据组；
根据故障表征数据，选择表征电缆设备缺陷的严重程度的特征参量；
建立特征参量与电缆设备运行状态的映射关系，根据映射关系生成电缆设备运行状态特征的数据指纹库。
5.根据权利要求1所述的方法，所述评估，包括：
根据可靠性结果，绘制电缆设备的状态决策曲线；
所述状态决策曲线为依时协变量、非依时协变量和电缆设备运行状态特征权重/概率系数的关系曲线；
根据状态决策曲线确定可靠度，根据可靠度对电缆设备的运行状态进行等级划分；
根据可靠度预测电缆设备的剩余使用寿命。
6.一种用于评估电缆设备运行可靠性的系统，所述系统包括：
采集模块，获取电缆设备的历史运行信息，建立设备信息库；
第一提取模块，调用设备信息库存储的历史运行信息，选择历史运行信息中表征电缆设备运行状态的信号量，生成电缆设备的运行状态数据，对运行状态数据以预设方式进行处理，提取电缆设备的运行状态特征量，根据运行状态特征量生成运行指纹；
第二提取模块，对运行指纹进行数据处理，生成电缆设备运行状态特征的指纹数据库；
评估模块，根据电缆设备的依时协变量和非依时协变量及电缆设备运行状态特征权重/概率系数，根据指纹数据库中的电缆设备运行状态特征确定电缆设备运行的可靠性结果，根据可靠性结果对电缆设备的运行进行可靠性评估。
7.根据权利要求6所述的系统，所述历史运行信息，包括：电缆设备的初始运行状态信息、正常运行状态信息和缺陷/故障运行状态信息。
8.根据权利要求6所述的系统，所述预设方式为，按照特定规约对运行状态数据进行冗余数据去除。
9.根据权利要求6所述的系统，所述生成电缆设备运行状态特征的指纹数据库，包括：
将指纹数据库中的电缆设备运行状态特征划分为电缆及附件的状态参量，确定电缆与附件状态参量的关联系数；
根据关联系数及电缆设备运行状态的权重/概率，确定电缆及附件的运行状态数据量化风险因子指纹，并确定运行状态数据量化风险因子指纹的权重/概率；
选择最大权重/概率的运行状态数据量化风险因子指纹，建立电缆及附件的故障表征数据组；
根据故障表征数据，选择表征电缆设备缺陷的严重程度的特征参量；
建立特征参量与电缆设备运行状态的映射关系，根据映射关系生成电缆设备运行状态特征的数据指纹库。
10.根据权利要求6所述的系统，所述评估，包括：
根据可靠性结果，绘制电缆设备的状态决策曲线；
所述状态决策曲线为依时协变量、非依时协变量和电缆设备运行状态特征权重/概率系数的关系曲线；
根据状态决策曲线确定可靠度，根据可靠度对电缆设备的运行状态进行等级划分；
根据可靠度预测电缆设备的剩余使用寿命。
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