不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度檢測方法

楊斌

（國網湖北省電力有限公司武漢供電公司，武漢 430000）

引言

高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度嚴重影響電纜的安全，為了提高電纜輸電的安全性，需要在不同溫度下進行高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度的檢測，通過電纜的輸出配電參數量化分析，進行高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度的優化分析，提高高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度的自適應檢測和分析能力，相關的高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度檢測方法研究受到人們的極大重視[1]。對不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度檢測是建立在對電纜輸出信息的統計分析檢測上，通過模糊信息特征融合和聚類分析方法，進行高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度的優化檢測設計，提高不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度的量化分析能力，本文提出基于量化回歸分析的高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度檢測方法。構建不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度的統計數據分析模型，采用關聯特征分析和定量遞歸圖分析方法，進行不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度的自適應檢測，構建電纜絕緣老化程度的模糊相關性統計分析模型，結合模糊參數自適應尋優控制方法，實現電纜絕緣老化程度的檢測優化設計。最后進行仿真測試分析，展示了本文方法在提高高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度檢測能力方面的優越性能。

1 電纜絕緣老化程度的統計信息分析

1.1 不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度特征分析

為了實現不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度檢測，構建不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度的統計數據分析模型，采用譜特征分析方法進行不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度的譜分析，采用關聯特征提取方法進行不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度統計數據的模糊相關性分析[2]，結合專家數據庫分析方法，進行電纜的老化程度的特征檢測優化設計[3]，進行不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度統計數據分析，老化程度的特征檢測模型如圖1所示。

為了提高不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度的檢測能力，采用統計分析的方法，進行高壓交聯聚乙烯電纜絕緣特征的自適應檢測[4]，得到不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜材料性能退化速率與其絕緣老化程度、溫度之間的關系為：

式中：

M—用于描述高壓交聯聚乙烯電纜產品某特征值的老化量；

k—玻爾茲曼常數；

ΔE—老化機能活化能；

A0—常數。

對于高壓交聯聚乙烯電纜這種材料來說，當發生未知的化學反應時，其活化能保持恒定。在執行聚乙烯電纜材料加速老化測試中，T為常數，可分析t1至t2時間內不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化性能的變化量：

圖1 不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度

分析不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化性能變化量的差異分布特性，得到試樣的每個測試點從t1時開始直至達到失效時的實際性能值：

式中：

οε—不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度統計數據集在第ε點的熱壽命預測值；

Mp—描述第ε點處采集的高壓交聯聚乙烯電纜材料某特征值的老化量。

1.2 老化程度的特征提取

采用統計分析方法，確定不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣材料老化狀態方程：

式中：

F(x1)—聚乙烯電纜絕緣老化狀態統計數據的加權值；

A(T)—試樣的介損在區間[0.01～1]Hz內的積分值。

上式反映了試樣材料處于[0.01～1]Hz區間內的介損積分值與老化速度、時間之間的關系，由此構建不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度統計數據的特征提取模型。采用模糊尋優算法，計算在t時刻的高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化特征分布集(x,x1,…,xn)，其中w(x)表示為不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化的破損度，F0為聚乙烯電纜試樣的剩余硬度保留率，建立不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度的特征規則集[6]，得到高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度檢測的模糊相關性系數為：

式中：C1、C2、n受試樣材料溫度及其它因素影響，E為電場強度。定義k1、k2為模糊關聯因子，則高壓交聯聚乙烯電纜絕緣材料熱老化模型為：

對于閾值材料，高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化閾值模型為V=L0exp(－BL)/(T/Tι0－1)，采用模糊聚類方法，進行不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度的關聯分析[7]，其計算式為：

采用統計信息分析方法，建立不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度的量化特征分析模型，得到：

實際上，不考慮高壓交聯聚乙烯電纜絕緣材料的應力水平時，此材料可視為閾值材料。如果高壓交聯聚乙烯電纜絕緣材料運行過程中所承受的應力大于其閾值，可視為非閾值材料，此時需要結合其溫度對其產生的影響，對其電熱壽命數據進行分析，L0表示聚乙烯電纜絕緣材料斷裂伸長率均值，bκ為電纜絕緣材料電熱壽命數據特征量分布維數，κ為關聯特征分布系數，Tι0表示閾值溫度。當聚乙烯電纜絕緣材料老化速度由高至低逼近閾值溫度時，此材料的熱壽命將逼近于無窮大。根據上述分析，提取反映不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度的譜信息特征量，采用關聯特征分析和定量遞歸圖分析方法進行老化程度檢測[8]。

2 絕緣老化程度檢測優化

構建電纜絕緣老化程度的模糊相關性統計分析模型，結合模糊參數自適應尋優控制方法進行老化程度檢測[9]，得到不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度檢測的模糊關聯系數如式（9）所示：

式中：

式中：

L0—聚乙烯電纜絕緣材料斷裂伸長率均值；

ΔL—斷裂前標線間距變量；

?′—老化后裂前標線間距變量。

在不同溫度下進行高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度檢測，得到電纜老化程度統計數據時間序列量表示為：

式中：

δd—維數為d維的隨機變量；

h—普朗克常數；

ΔG—絕緣材料不同溫度下的活化能；

eδdE—在電場作用下獲得的平均能量。

采用描述統計分析方法，構建不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度檢測的遞歸圖模型，在m維相空間中，得到不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度檢測的尋優函數表達為：

式中：

δ—與高壓交聯聚乙烯電纜絕緣材料的微結構特征有關；

f′—隨機概率密度函數的加權值。

通過相空間重構，得到不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度統計數據預測的關聯統計序列分布滿足：

式中：

上式中，E0表示隨機采樣不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣材料發橫老化所需最低電場強度值，采用關聯特征分析和定量遞歸圖分析方法，進行不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度的自適應檢測，構建電纜絕緣老化程度的模糊相關性統計分析模型，結合模糊參數自適應尋優控制方法，實現電纜絕緣老化程度的檢測優化設計[10]。

3 仿真實驗與結果分析

為了驗證本文方法在實現不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度檢測中的應用性能，進行仿真測試分析，采用Matlab進行不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度檢測分析，測試在不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度統計特征量，測試數據的取樣樣本為2 000組，對壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度檢測的屬性類別數為8，模糊訓練集分布特征量為20，自適應尋優的迭代步數為1 000，老化程度檢測的初始頻率f1=1.5Hz，終止頻率f2=2.3Hz，根據上述參數設定，進行不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度檢測，得到統計數據分布如圖2所示。

以圖2的數據為研究對象， 進行老化程度檢測，得到檢測結果如圖3所示。

分析圖3得知，本文方法能有效實現不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度檢測，測試檢測精度，得到對比結果如圖4所示，分析得知，本文方法進行不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度檢測的精度較高。

4 結語

對不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度檢測是建立在對電纜輸出信息的統計分析檢測上，通過模糊信息特征融合和聚類分析方法，進行高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度的優化檢測設計，提高不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度的量化分析能力，通過挖掘不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度統計數據集統計的屬性特征，實現不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度的統計數據集分析和檢測。本文提出基于量化回歸分析的高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度檢測方法。構建電纜絕緣老化程度的模糊相關性統計分析模型，結合模糊參數自適應尋優控制方法，實現電纜絕緣老化程度的檢測優化設計。分析得知，本文方法進行不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度檢測的精度較高。

圖2 不同溫度下高壓交聯聚乙烯電纜絕緣老化程度的統計數據分布

圖3 老化程度檢測結果

圖4 檢測精度對比