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对电缆安全性评估分析

文档作者：薛欣科1 朱文1 李海涛2 刘涛2 徐从容3 邱峰4 文档来源： 1. 山东科华电力技术有限公司 2. 华能日照电厂 3. 华电莱州发电有限公司 4. 微山县供电公司		点击数：	更新时间： 2025年02月22日
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上一篇：分布式光电复合海底电力电缆安全防护系统

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·231·
电 子 测 试
学术交流 ELECTRONIC TEST
第7期
2013年4月
0　前言
本文将电缆的多个参数综合起来作为系统安全的评价指
标，提出了一种电缆系统的安全评估模型。通过分析，确定采用基
于模糊理论的多层次模糊评估方法。通过对电缆历史数据的调查
研究，确定电缆安全评价指标和各项指标分级隶属函数，从而建
立电力电缆安全评价的多层次模糊评估体系。
1　对电缆安全性的分析与研究
1.1　建立评价指标体系
根据相关规定和实际系统情况，遵循指标具有独立的物理
意义，符合科学、可比、可测和简明的特点原则，选取指标，建立评
价指标体系。
1.2　建立评语集
将指标划分等级，得到系统的评语集为V={v1，
v2，···vn}，例如V=（优秀，良好，合格）。评语集是通过专家经
验法总结出来的，对各层的每个指标的评估都适用。
1.3　指标权重系数的确定
指标的权重即指体系中各级指标对于评价目标的相对重要
程度。当被评估对象及评估指标都给定时，评估的结果就依赖于
权重系数了。因此，权重系数是综合评估中的核心问题。
先假设某一指标层的各评估指标的权重系数是
1 2 3 , , , j w w w w ，且 1
1
m
j
i
w
=
Σ = ，将这 m 个权重系数进行比较，比
较的结果写成矩阵形式即
1 1 1
1 2
2 2 2
1 2 ,
1 2
( )
m
m i j
m m m
m
w w w
w w w
w w w
A w w w A a
w w w
w w w
 ⋅⋅⋅   
 
 
 ⋅⋅⋅ 
=   =
 
 
 
 ⋅⋅⋅ 
 
  
用权重向量右乘判断矩阵A，则得矩阵A 的特征方程：
Aw = sw
式中s 为矩阵A 的特征值的最大值。于是便可通
对电缆安全性评估分析
薛欣科1 朱 文1 李海涛2 刘 涛2 徐从容3 邱 峰4
（1. 山东科华电力技术有限公司 250101 ；2. 华能日照电厂 276826 ；
3. 华电莱州发电有限公司 250014 ；4. 微山县供电公司 277600）
摘要：电力电缆作为电力系统中能量传输的关键设备之一，其运行状况对电力系统运行的安全可靠性有重大影响。由于电力
电缆敷设于地下，一旦出现故障，寻找十分困难并需要花费大量的人力、物力和时间，且会造成难以估量的停电损失，因此为
防止事故发生，必须采取预防为主的策略，所以对电力电缆运行状态进行安全评估尤为重要。由于影响电力电缆的状态参数较
多，选择一种合适的评估方法成为我们研究的重要方向。
关键词：电力电缆；安全评估；研究；分析
Assessment and analysis to power cable safety
Xue Xinke1 Zhu Wen1 Li Haitao2 Liu Tao2 Xu Congrong3 Qiu Feng4
（1.Shandong Kehua Electrical Technology Co.，Ltd. 250101；
2.Huaneng Rizhao Power Plant 276826；
3.Laizhou power generation company of China Huadian corporation 250014；
4.Weishan Power Supply Company 277600）
Abstract ：Power cable as one of the key equipment of the transmission of energy in the power system
operating conditions have a significant impact on the safety and reliability of the power system operation.
Power cables laid in underground，once the failure to find very difficult and takes a lot of manpower，
material and time，and incalculable power outage loss prevention-oriented strategy，therefore，must be
taken to prevent the accident，and so on power cable running state is particularly important to conduct a
security assessment.Many parameters affect the status of the power cable，select an appropriate assessment
method has become an important direction of our research.
Keywords ：Power cable ；safety assessment ；research ；analysis
·232·
电 子 测 试
过求解特征值问题得出A 的与特征值s 相对应的特征
向量1 2 ( , , , )T
w = w w  wm ，并 将 其 归 一 化 即 得 各 重 系 数
( 1, 2, , ) j w j =  m 。
该方法能够人们的判断，对每个层次、元素确定相对重要
性，进行比较排序，最后把各层次定量关系联系起来，得到总排序
作为决策依据。
1.4　隶属度（隶属函数）的确立
按照定量指标的方法确立隶属函数，对于评语集中有三个
元素的情况，某一级指标中第i 类指标的隶属度函数公式如下，
对于指标数值越大越优型，求隶属函数公式如下
1
2
2 1
1 2
2
1
( )
0
i i
i i
A i i i i
i i
i i
c v
f c c v v c v
v v
c v
 ≥

− 
= < < − 

 ≤
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2
2 3
3 2
2
1
( )
0
i i
i i
C i i i i
i i
i i
c v
f c c v v c v
v v
c v
 ≥

− 
= < < − 

 ≤
1
1
2 1
1 2
3
3 2
2 3
3
0
( )
0
i i
i i
i i i
i i
B i
i i
i i i
i i
i i
c v
v c v c v
v v
f c
c v v c v
v v
c v
 ≥

 −  < <  − =  −  < <
 −

≤ 
对于指标数值越小越优型，求隶属函数公式如下
2
2
1 2
2 1
1
0
( )
1
i i
i i
A i i i i
i i
i i
c v
f c v c v c v
v v
c v
 ≥

− 
= < < − 

 ≤
3
3
2 3
3 2
1
1 2
2 1
1
0
( )
0
i i
i i
i i i
i i
B i
i i
i i i
i i
i i
c v
v c v c v
v v
f c
c v v c v
v v
c v
 ≥

 −  ≤ <  − =  −  < <
 −

≤ 
2
2
3 2
1 2
3
0
( )
1
i i
i i
C i i i i
i i
i i
c v
f c c v v c v
v v
c v
 ≥

− = < < − 

 ≤
Ci 指评价因子实测值，vik （k=1，2，3）指第i 个评价因子
各分级的标准值，fA （ci），fB （ci），fC （ci）为第i 个评价因子对
评语集中各元素的隶属度。这一指标隶属向量为 Ri=[fA （ci），fB
（ci），fC （ci）]
1.5　模糊综合评判
假设评价系统为三层，目标层，一级评价指标，二级评价指
标。对一级指标中的第i 类指标的第j 个因素进行评判，第j 个
因素对评判集中第t 个元素vt 的隶属程度为rijt （i =1，2，…，
m，j = 1，2，…，n ；t = 1，2，…，k），则一级指标中第i 类
指标的隶属度矩阵的隶属度矩阵
1 11 12 1
2 21 22 2
1 2
i i i i k
i i i i k
i
in in in ink
R r r r
R r r r
R
R r r r
            =   =              


    

一级指标的模糊评判向量为
1 2 (, , ) i i i i ik B =W ⋅ R = b b b ，其中
1
n
it ij ijt
j
b wr
=
= Σ ，i =1, 2, , m ；j =1, 2, , n ；t =1, 2, , k
Wi 为该级指标的权重向量。
一级模糊综合评判矩阵为
1
2
m
B
B
B
B
 
 
=    
 
 

一级模糊综合评判能够反映出某类指标对评价对象的影
响，得到的矩阵B 作为二级模糊评判的单因素评判矩阵. 按照
单因素评判方法，二级模糊综合评判向量，综合考虑所有一级指
标时，目标级的模糊综合评判向量
1
2
1 2 1 2 ( , , ) ( , , ) k m
m
B
B
E W B e e e w w w
B
 
 
= ⋅ = =    
 
 
 

对于评估结果有3 种处理方法，分别是最大隶属度法，加权
平均法以及模糊分布法. 采用最大隶属度的原则判断各指标的
安全等级。
2　电力电缆建模实例
2.1　指标体系
首先建立电力电缆的安全评估模型，结合实际运行情况，本
文将采用三层评估指标体系，建立模型如下图：
·233·
电 子 测 试
学术交流 ELECTRONIC TEST
第7期
2013年4月
􀀃 4
􁇍􀑢􄆘􀔄􃒧􁵰􁳝􀀖􂾡􀻘􂧚􁮍􂊩􀀏􀟚􀟿􁰃􁳔􀻻􄲊􁈲􁑺􂊩􀀏􀡴􁴗􁑇􀴛􂊩􀒹􀦞􁿵􃊞􀟚􁏗􂊩􀀑􀀃􄞛􂫼
􁳔􀻻􄲊􁈲􁑺􂱘􀥳􀟭􀟸􁮁􀧘􁣛􁷛􂱘􁅝􀜼􃄝􃑻􀇄􀀃
􀀃
􀀕􀀃􂬉􀡯􂬉􃓚􁓎􁿵􁅲􀕟􀀃
􀀃􀀃􀀃􀀃􀀃􀀃􀀃􀀕􀀑􀀔􁣛􁷛􀔧􃋏􀀃
􄽪􀜜􁓎􃂟􂬉􀡯􂬉􃓚􂱘􁅝􀜼􄆘􀔄􁿵􀵟􀋈􃒧􀧜􁅲􄰙􄖤􃸠􁚙􀞉􀋈􁴀􁭛􁇚􄞛􂫼􀏝􁈖􄆘􀔄􁣛􁷛􀔧􃋏􀋈
􁓎􃂟􁿵􀵟􀽖􀏟􀳒􀋖􀀃
11
1 12
13
21
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23
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N N
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N N
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􀂭 􀂭
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􀂯 􀂰 􀂮
􀂰 􀂭
􀂰 􀂰􀂰 􀂮􀂰 􀂰􀂯 􀂯
􃸼􄴶􂏽􁑺􀀋
􃞾􄑿􀲴􃋴􀋄 􀋅􁥹􀴄􂬉􂌕􀋄
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􂦃􀹗􂏽􁑺􀋄
􂦃􀹗􀲴􃋴􀋄 􂦃􀹗􂑓􁑺􀋄
􁑨􀡯􀋄
􀀃
􀏢􂬉􀡯􂬉􃓚􁅝􀜼􄖤􃸠􁳝􀝇􂱘􀲴􃋴􀐏􃽕􁳝􂬉􃓚􂏽􁑺􀋈􁈔􄚼􁬒􂬉􀋈􁥹􀴄􂬉􂌕􀋈􂦃􀹗􂏽􁑺􀋈􂦃
􀹗􂑓􁑺􀋈􁑨􀡯􀻻􁇣􀇄􁓎􃂟􀽖􀳒􂱘􂢊􁗕􀲴􃋴􀟚􁵤􄲚􀇄􁴀􃋏􃒳􁇚􁣛􁷛􄆘􀓋􀟚􀐎􀏝􀏾􁈖􂃵􀋈􂳂􁷛􁈖
􀀱􀋈􀏔􃑻􄆘􀓋􁣛􁷛􀀱􀁌􀋄􀁌􀀠􀀔􀀏􀀕􀀏􀀖􀋅􀋈􀑠􃑻􄆘􀓋􁣛􁷛􀇄􂳂􁷛􁈖􁅝􀜼􄖤􃸠􀟚􃾷􀐎􃞾􄑿􀲴􃋴􀇃􂦃􀹗􀲴
􃋴􀀕􀏾􄆘􀟸􄹍􂳂􀀱􀀠􀋄􀀱􀀔􀋈􀀱􀀕􀋅􀋗􀝊􀐁􃞾􄑿􀲴􃋴􀦜􀧃􀟚􃾷􀐎􂬉􃓚􂏽􁑺􀋈􁈔􄚼􁬒􂬉􀋈􁥹􀴄􂬉􂌕􀏝􀏾
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􀋄􀀱􀀕􀀔􀋈􀀱􀀕􀀕􀋈􀀱􀀕􀀖􀋅􀇄􀀃
􀀕􀀑􀀕􀀃􁴗􄞡􃋏􁭄􂱘􂹂􁅮􀀃
􁳔􀻻􂡍􁕕􀘐􀩠􂡍􁕕􀧥􄞣􁅲􂫼􃅫􂊩􀀃
􂫼􁅮􀐝􄅵􃅫􂶽􄰉􂱘􂡍􁕕􀘐􀩠􂡍􁕕􀧥􄞣􂳌􁔧􀳄􄲒􀋈􂡍􀟿􁰃􄰊􁭄􄕗􅂬􁯊􀋗􀲴􂄸􁳝􁖙􃽕􁇏􁡒􃅔
􀖓􂱘􄖥􀔐􁮍􂊩􀇄􁴀􁭛􄞛􂫼􀩠􂊩􁴹􄖥􀔐􄅵􃅫􁕫􀟎􀟸􁮁􂶽􄰉􂱘􁳔􀻻􀘐􀒹􀦞􂡍􁕕􀧥􄞣􀀃
􀀃
􀀃
􀁄􀀌 􁇚􀀤􂱘􂆣􀏔􀟫􀧥􄞣􁔦􀏔􀣪􁕫􀋈􀀃􀀃􀀃􀀃􀀃􀀃􀀃􀀃􀀃􀀃􀀃􀀃􀀃􀀃􀀃􀀃􀀃
􀁅􀀌 􁇍 ij w􀀄 􁣝􃸠􂈖􀩠􁕫
1
n
ij ij
j
w w
􀀠
􀀄 􀀠􀂦 􀀄 􀀃
􀁆􀀌 􁔦􀏔􀣪 1 2 ( , , )T
n w􀀄 􀀠 w􀀄 w􀀄 􀀢w􀀄 􀀃􀀃􀀃 1 2 ( , , )T
n w 􀀠 w w 􀀢w 􀀃􀀃􀀃
1
/
n
i i i
j
w w w
􀀠
􀀠 􀀄 􀂦 􀀄 􀀃
􀁇􀀌 􄅵􃅫 Aw 􀀃
􀂦􀀠
􀀠
n
i
ij ij ij w a a
1
~ /
与电力电缆安全运行有关的因素主要有电缆温度，局部放
电，接地电流，环境温度，环境湿度，应力大小。建立如图的状态因
素分析集。本系统将指标评价分为三个层次，目标层N，一级评价
指标Ni （i=1，2，3），二级评价指标。目标层安全运行分解为自
身因素、环境因素2 个评判项目N=（N1，N2）；其中自身因素又可
分解为电缆温度，局部放电，接地电流三个子项目N1=（N11，N12，，
N13）；环境因素可分为环境温度、环境湿度、应力大小三个子项目
N2=（N21，N22，N23）。
2.2　权重系数的确定
最大特征值和特征向量实用算法
用定义计算矩阵的特征值和特征向量相当困难，特别是阶
数较高时；因此有必要寻找简便的近似方法。本文采用和法来近
似计算得出判断矩阵的最大值以及特征向量
Σ=
=
n
i
ij ij ij w a a
1
~ /
将A 的每一列向量归一化得，
对ij w 按行求和得1
n
ij ij
j
w w
=
 =Σ 
归一化1 2 ( , , )T
n w = w w w 1 2 ( , , )T
n w = w w w 1
/
n
i i i
j
w w w
=
=  Σ 
计算Aw
计算
1
1 n ( )
i
i i
Aw
n w
λ
=
= Σ ，最大特征值的近似值。
本文采用层次分析法，通过历史数据统计，现场调研以及专
家分析，假设构造各层次的判断矩阵为
1 1/3
3 1
A
 
=  
 
1
1 9 5
1/9 1 1/5
1/5 5 1
A
 
 
=  
 
 
2
1 2 1/3
1/2 1 1/4
3 4 1
A
 
 
=  
 
 
以A2 为例，求其最大特征值及特征矩阵
􀁈􀀌 􄅵􃅫
1
1 n ( )
i
i i
Aw
n w
􀁏
􀀠
􀀠 􀂦 􀋈􁳔􀻻􂡍􁕕􀘐􂱘􄖥􀔐􀘐􀇄􀀃
􁴀􁭛􄞛􂫼􁈖􂃵􀟚􁵤􂊩􀋈􄗮􄖛􀥚􀧆􁭄􁥂􃒳􄅵􀋈􂦄􀴎􄇗􂷨􀒹􀦞􀏧􁆊􀟚􁵤􀋈􀘛􄆒􁵘􄗴􀧘􁈖􂃵􂱘
􀟸􁮁􂶽􄰉􀐎􀀃
1 1/ 3
3 1
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􀀃􀀃􀀃􀀃􀀃􀀃􀀃􀀃􀀃 1
1 9 5
1/ 9 1 1/ 5
1/ 5 5 1
A
􀂪 􀂺
􀂫 􀂻
􀀠 􀂫 􀂻
􀂫 􀂻
􀂫􀂬 􀂻􀂼
􀀃􀀃􀀃 2
1 2 1/ 3
1/ 2 1 1/ 4
3 4 1
A
􀂪 􀂺
􀂫 􀂻
􀀠 􀂫 􀂻
􀂫 􀂻
􀂫􀂬 􀂻􀂼
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􀒹􀀤􀀕􀐎􀕟􀋈􂈖􀝊􁳔􀻻􂡍􁕕􀘐􀦞􂡍􁕕􂶽􄰉􀀃
2 2
1 2 1/ 3 0.222 0.286 0.211 0.719 0.240
1/ 2 1 1/ 4 0.111 0.143 0.158 0.412 0.137
3 4 1 0.667 0.571 0.632 1.87 0.623
A W
􀂪 􀂺 􀂪 􀂺 􀂪 􀂺 􀂪 􀂺 􀂫 􀂻 􀂫 􀂻 􀂫 􀂻 􀂫 􀂻 􀀠 􀂫 􀂻􀁿􀁿􀁿􀁯􀂫 􀂻􀁿􀁿􀁿􀁯􀂫 􀂻􀁿􀁿􀁿􀁯􀂫 􀂻 􀀠 􀂫 􀂻 􀂫 􀂻 􀂫 􀂻 􀂫 􀂻 􀂫􀂬 􀂻􀂼 􀂫􀂬 􀂻􀂼 􀂬 􀂼 􀂬 􀂼
􀟫􀧥􄞣
􁔦􀏔􀣪 􂈖􀩠 􁔦􀏔􀣪
􀀃
2
0.722
0.413
1.891
AW
􀂪 􀂺
􀀠 􀂫 􀂻 􀂫 􀂻
􀂫􀂬 􀂻􀂼
􀀃􀀃􀀃􀀃
1 (0.722 0.413 1.891) 3.019
3 0.240 0.137 0.623
􀁏 􀀠 􀀎 􀀎 􀀠 􀀃
􂈖􃾷􀧘􀟸􁮁􂶽􄰉􂱘􂡍􁕕􀘐 max s 􀀠􀀃􀀕􀀃􀋈 1max s 􀀠􀀖􀀑􀀔􀀕􀀖􀀃􀀃􀋈 2max s 􀀠􀀃􀀖􀀑􀀓􀀔􀀜􀀃􀇄􀀃
􂬅􂡍􁕕􀘐􁑺􄞣􀟸􁮁􂶽􄰉􂱘􀏔􃟈􁗻􀀃
􂬅 max s A 􀀠WA􀋈􀧃􂈖􁕫􂳂􁷛􁈖􀏟􀏔􃑻􁣛􁷛􂱘􁴗􄞡􀧥􄞣􀁚􀀠􀀋􀀓􀀑􀀕􀀘􀀏􀀓􀀑􀀚􀀘􀀌􀀷􀀃
2
0.722
0.413
1.891
AW
 
=    
 
1 (0.722 0.413 1.891) 3.019
3 0.240 0.137 0.623
λ = + + =
求解各判断矩阵的特征值max s = 2，1max s =3.123 ，2max s =
3.019。
由特征值度量判断矩阵的一致性
由max s A =WA，可求得目标层下一级指标的权重向量 w=
（0.25，0.75）T
同理，1max 1 1 1 s A =W A ，求得第二层中第一类指标下子项目的
权重向量w1=（0.723，0.061.0.216）T
2max 2 2 2 s A =W A ，第二层中第二类指标下子项目的权重向量
w2=（0.240，0.137，0.623）T
2.3　模糊评判
进行一级模糊评判得
1 1 1 B =W ⋅ R
2 2 2 B =W ⋅ R
一级模糊评判矩阵为
1
2
B
B
B
 
=  
 
目标级的综合评判向量为
E =W ⋅ B
由最大隶属度法可判断出电缆系统当前运行状况。
3　总结
以上是笔者从实践出发，对现今电力电缆安全性等相关知
识，进行了粗略的分析和研究。综上分析得出，目前我国的电力电
缆技术研究方面，发展较晚，相比欧洲等发达国家，部分发达国家
已经投入并运行400 ～ 500 kV XLPE 电缆。已经有数千千米，所
以，大力发展与研究电力新技术，从而提高我国城市电网的安全
性与可靠性。
参考文献
[1]　时翔，电缆及沟井智能检测技术研究与应用[J]. 电气技
术.2012 年第09 期.
[2]　张占龙，微波感应式电力线防盗在线检测系统[J]. 电力系
统自动化.2006 年第22 期.
[3]　苗付贵. 分布式光纤测温技术在线监测电缆温度[J]. 高
电压技术.2006 年第08 期.
[4]　杜建. 配电网可靠性评估改进FMEA 法[J]. 大众科技.2011
年第08 期.
[5]　张磊. 电缆网故障定位关键技术的研究[D]. 沈阳工业大
学.2011 年.
作者简介
1、薛欣科 男 1982-，本科学历，山东科华电力技术有限公
司。2、朱文 女 1980-，本科学历，山东科华电力技术有限公司。3、
李海涛 华能日照电厂。4、刘涛 华能日照电厂。5、徐从容 华
电莱州发电有限公司。6、邱峰 微山县供电公司。

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