CN104657793A - 架空输电线路隐形故障预测及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力***，具体涉及一种架空输电线路隐形故障预测及处理方法，通过基于小世界网络层和贝叶斯网络的混合推荐网络，本发明以架空输电线路为对象，构建输电线路运行状况的小世界网络与贝叶斯网络的混合推荐网络数学模型，利用小世界网络的高聚类性与贝叶斯网络的双向推理技术，对架空输电线路隐形故障进行有效、精确的预测，当存在隐形故障是能够及时准确找出故障处理方法，切实保障输电线路的健康预警。

Description

架空输电线路隐形故障预测及处理方法

技术领域

本发明涉及一种电力***，具体涉及一种架空输电线路隐形故障预测及处理方法。

背景技术

电力***作为生产、输送和供应电力的庞大***，与社会经济运行和人们的日常生活密切相关，停电事故影响深远。传统故障检修一贯执行的定期维修制度存在着很多不合理性，不仅造成设备的不必要停电或者重复停电，也造成了许多人力、财力的浪费，并严重影响电力设施可靠性水平的提高。多次重复停电：比如停一次做变电工作(线路受累)、再停一次做线路工作(变电设备受累)，与一次停电将变电、线路设备工作全部做完，可靠性计算指标一样，但前者明显不合理，事实上该条线路或变电间隔受累时并不能马上投入运行，在一个周期内不可利用的时间翻倍，电网的安全风险也因此加大，而且本来可以结合的工作只需一次停复役操作，现在需要两次停复役操作，加大了变电运行、调度工作人员的工作量，增大了安全风险。因此，电力***未出现故障，对隐形故障进行预测及处理，避免停电修复电网具有重要意义。

目前，电力***隐形故障预测与处理的方法有基于优化技术的方法、人工神经网络、粗糙集理论等，这些方法从不同的途径去探索隐形故障问题。由于架空输电线路运行中呈现多种运行状态，具有较大的随机性和不确定性，多数传统状态评估方法难以描述具有多态性的事件，把状态评估仅分为正常和故障两种分析；在评估效率、评估精度及评估规模方面，各种传统评估算法差异较大。对于输电线路运行状态的评估过程，传统方法只能确性地给出各负荷点的薄弱环节，但是，一般都不能给出各个元件或某个原件在整个***可靠性中所占的地位，并且计算模型复杂、计算工作量随***规模成指数关系增加，不能快速找到造成隐形故障的原件，及时处理隐形故障。

发明内容

针对以上不足，本发明提供一种架空输电线路隐形故障预测及处理方法，通过基于小世界网络层和贝叶斯网络的混合推荐网络，本发明以架空输电线路为对象，构建输电线路运行状况的小世界网络与贝叶斯网络的混合推荐网络数学模型，利用小世界网络的高聚类性与贝叶斯网络的双向推理技术，对架空输电线路隐形故障进行有效、精确的预测，当存在隐形故障是能够及时准确找出故障处理方法，切实保障输电线路的健康预警。

本发明涉及一种架空输电线路隐形故障预测及处理方法，架空输电线路包括基础及防护设施、塔杆、导地线、绝缘子串、金具、防雷设施及接地装置、线路防护区、同道环境8个单元。

所述小世界网络层是有若干个小世界网络模型构成，小世界网络模型是一类具有较短的平均路径长度，并具有较高聚类系数的网络的总称，本发明所建立的小世界网络以输电线路的单元为节点，单元间有相互依赖关系相连，根据单元间相互连接关系建立一个大社区，利用模块优化方法将大社区划分成小集团，该小集团就形成了小世界网络，该小世界网络反映输电线路的单元之间的连接关系。

贝叶斯网络又称信念网络或是有向无环图模型，是一种概率图型模型，是一种条件概率表集合，有向无环图中每一节点表示一个随机变量，可以是直接观测变量或隐藏变量，而有向表示随机变量间的条件依赖，条件概率表中的每个元素对应有向无环图中唯一的节点，存储此节点对其直接前驱节点的联合条件概率。贝叶斯网络有一个极为重要的性质，就是我们断言每个节点在其直接前驱节点的值制定后，这个节点条件独立于所有非直接前驱前辈节点。

上述所述的架空输电线路对应的8个单元分别对应不同的状态变量，根据8个单元对应各状态量的劣化严重程度的轻重，从轻到重依次分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四级，架空输电线路包括的8个单元对应的各种状态量的劣化严重程度的轻重等级划分标准：

1)基础单元包括：外观情况、地质状况与防护设置情况三个状态量。

I级

(1)外观情况：基础无风化、腐蚀、裂纹、破损、烧伤，金属部分无锈蚀，金属无断裂、变形，基础本体无位移、扭转、上拔、沉降，基础立杆外漏、混凝土电杆底盘、拉盘深埋及卡盘位置符合设计要求；

(2)地质情况：地质状况稳定，无塌方、滑坡、冲刷现象；

(3)防护设施情况：回填土完好、护坡、挡土墙、排水沟等设施状况良好、稳定。

II级

(1)外观情况：基础轻微风化、腐蚀、裂纹、破损、烧伤，金属部分轻微锈蚀，金属基础无断裂、变形，基础本体无位移、扭转、有轻微上拔或沉降，基础立杆外漏接近或达到设计要求、混凝土电杆底盘、拉盘深埋及卡盘位置基本符合设计要求；

(2)地质情况：地质状况稳定，无塌方、滑坡、有冲刷现象

(3)防护设施情况：回填土完好、护坡、挡土墙、排水沟等设施状况基本稳定，有逐步摔坏的趋势。

Ⅲ级

(1)外观情况：基础风化、腐蚀、裂纹、破损、烧伤，金属部分锈蚀，金属基础无断裂，有局部变形，基础本体轻微位移、扭转，有上拔或沉降，基础立杆外漏超出设计要求值、混凝土电杆底盘、拉盘深埋及卡盘位置与设计发生严重偏差；

(2)地质情况：地质状况极不稳定，有塌方、滑坡、冲刷现象；

(3)防护设施情况：回填土不完整、护坡、挡土墙、排水沟等设施严重损坏。

IV级

(1)外观情况：基础严重风化、腐蚀、裂纹、破损、烧伤，金属基础断裂、变形，基础本***移、扭转、严重上拔或沉降，基础立杆外漏超过设计要求值、混凝土电杆底盘、拉盘深埋及卡盘位置与设计发生严重误差；

(2)地质情况：地质状况不稳定，有塌方、滑坡、冲刷现象；

(3)防护设施情况：回填土不完整、护坡、挡土墙、排水沟等设施严重损坏。

2)杆塔单元评价包括：塔杆倾斜、塔杆横担歪斜、塔杆铁件表面情况、主材相邻节点情况、钢筋混凝土情况、拉线装置六个状态量；

I级

(1)塔杆倾斜(包括扰度)小于3‰；

(2)塔杆横担歪斜：110kV及以下线路小于5‰、220kV线路小于3.5‰、500kV小于2‰；

(3)塔杆铁件表面锌层完好、无脱落、无锈渍、铁塔结构完好，主材无变形、断裂现象

(4)主材相邻节点弯曲度不超过1/750，塔材各部分连接牢固、齐全；

(5)钢筋混凝土电杆无保护层腐蚀脱落、钢筋外露；

(6)拉线装置完善、无松动、送股、断股、锈蚀现象，拉线基础无下沉、塌方、缺土现象。

II级

(1)塔杆倾斜(包括扰度)大于3‰，小于8‰；

(2)塔杆横担歪斜：110kV及以下线路大于5‰，小于8‰、220kV线路大于3.5‰，小于8‰、500kV大于2‰，小于8‰；

(3)塔杆铁件表面锌层脱落、无锈渍、铁塔结构完好，主材无变形、断裂现象；

(4)主材相邻节点弯曲度接近或到达1/750，塔材各部件齐全，有少量主要部件松动；

(5)钢筋混凝土电杆小于1％，保护层有轻微腐蚀，但无脱落、钢筋外露；

(6)拉线装置完善、无松动、送股、断股、有轻微锈蚀现象，拉线基础无塌方，有轻微下沉、缺土现象。

Ⅲ级

(1)塔杆倾斜(包括扰度)大于1％，小于1.5％；

(2)塔杆横担歪斜大于8‰，小于1％；

(3)塔杆铁件表面锌层脱落，并出现锈渍，铁塔结构完好，主材无变形、断裂现象；

(4)主材相邻节点弯曲度超过1/750，但小于0.2％，塔材部件有少量遗失或有较多非主要构件松动，但短期内不影响整个基铁塔的结构稳定有少量主要部件松动；

(5)钢筋混凝土电杆大于1％，小于1.5％，保护层有腐蚀，轻微脱落，但无钢筋外露；

(6)拉线装置不完善、有松动、送股、断股等现象，拉线和拉线棒锈蚀后直径减少小于2mm，拉线基础无塌方，有轻微下沉或缺土现象。

Ⅳ级

(1)塔杆倾斜(包括扰度)大于1.5％；

(2)塔杆横担歪斜大于1％；

(3)塔杆铁件表面锌层脱落并出现麻坑，铁塔主材有变形、断裂现象；

(4)主材相邻节点弯曲度超过0.2％，塔材部件有大量遗失或有较多非主要构件松动，影响整个基铁塔的结构稳定；

(5)钢筋混凝土电杆大于1.5％，保护层有严重腐蚀，轻微脱落钢筋外露等现象；

(6)拉线装置不完善、有松动、送股、断股等现象，拉线和拉线棒锈蚀后直径减少大于2mm，拉线基础有塌方或严重下沉下沉或缺土现象。

3)导地线单元包括：导地线损伤情况、导地线弧垂偏差、导地线相间弧垂偏差、同相子导地线间弧垂偏差、导地线对地距离与交叉跨越距离情况、导地线连接器情况与导地线锈蚀及疲劳情况七个状态量。

I级

(1)导地线损伤情况：无损伤；

(2)导地线弧垂偏差：35～110kV线路小于+5％，-2.5％，220kV及以上线路小于±2.5％，大跨越线路小于±1％；

(3)导地线相间弧垂偏差：35～110kV线路小于200mm，220kV及以上线路小于300mm，大跨越线路小于500mm；

(4)同相子导地线间弧垂偏差：无间隔棒双***导线小于100mm、有间隔棒其他***形式导线220kV小于80mm、500kV小于50mm，无负误差；

(5)导地线对地距离与交叉跨越距离情况：符合DL/T741-2001规定；

(6)导地线连接器情况：无毛刺、鼓包、裂纹、烧伤、松动、滑移、弯曲变形或出口处断股，温度与导线温度无差异，且无过热变色；

(7)导地线锈蚀及疲劳情况：表面无腐蚀，镀锌钢绞线无锌层脱落或锈蚀现象，强度试验值达到100％。

II级

(1)导地线损伤情况：钢芯铝绞线、钢芯铝合金绞线断股损伤截面不超过铝股或合金股总面积7％，钢绞线、铝合金绞线断股损伤界面不超过总面积7％，锌镀钢绞线19股断1股；

(2)导地线弧垂偏差：35～110kV线路接近或达到+5％，-2.5％，220kV及以上线路接近或达到±2.5％，大跨越线路接近或达到±1％；

(3)导地线相间弧垂偏差：35～110kV线路接近或达到200mm，220kV及以上线路接近或达到300mm，大跨越线路接近或达到500mm；

(4)同相子导地线间弧垂偏差：无间隔棒双***导线接近或达到100mm、有间隔棒其他***形式导线220kV接近或达到80mm、500kV接近或达到50mm，无负误差；

(5)导地线对地距离与交叉跨越距离情况：与DL/T741-2001规定基本接近；

(6)导地线连接器情况：有轻微毛刺，无鼓包、裂纹、烧伤、松动、滑移、弯曲变形或出口处断股，温度与导线温度与偶轻微差异，且过热轻微变色；

(7)导地线锈蚀及疲劳情况：表面有轻微腐蚀，镀锌钢绞线有轻微锌层脱落或锈蚀现象，强度试验值大于100％。

Ⅲ级

(1)导地线损伤情况：钢芯铝绞线、钢芯铝合金绞线断股损伤截面占铝股或合金股总面积7％～25％，钢绞线、铝合金绞线断股损伤界面占总面积7％～17％，锌镀钢绞线19股断2股或7股断1股；

(2)导地线弧垂偏差：35～110kV线路大于+5％，-2.5％，220kV及以上线路大于±2.5％，大跨越线路大于±1％，且暂时不影响设备安全运行；

(3)导地线相间弧垂偏差：35～110kV线路大于200mm，220kV及以上线路大于300mm，大跨越线路大于500mm，切暂不影响设备安全运行；

(4)同相子导地线间弧垂偏差：无间隔棒双***导线大于100mm、有间隔棒其他***形式导线220kV大于80mm、500kV大于50mm，无负误差，且暂不影响设备安全运行；

(5)导地线对地距离与交叉跨越距离情况：超出DL/T741-2001规定，且暂不影响设备安全运行；

(6)导地线连接器情况：无鼓包、裂纹、松动、滑移、出口处断股，有毛刺和轻微烧伤、弯曲变形接近或达到规程规定，温度高于导线温度不超过10℃，有过热变色；

(7)导地线锈蚀及疲劳情况：表面腐蚀，镀锌钢绞线锌层脱落或锈蚀现象，强度试验值达到80～85％。

IV级

(1)导地线损伤情况：钢芯铝绞线、钢芯铝合金绞线断股损伤截面占铝股或合金股总面积超过25％，钢绞线、铝合金绞线断股损伤界面占总面积超过17％，锌镀钢绞线19股断3股或7股断2股；

(2)导地线弧垂偏差：35～110kV线路超过+5％，-2.5％，220kV及以上线路超过±2.5％，大跨越线路超过±1％，并导致其对地距离不足或杆塔受力明显变化；

(3)导地线相间弧垂偏差：35～110kV线路超过200mm，-2.5％，220kV及以上线路超过300mm，大跨越线路超过500mm，并导致其在风偏情况下相间或对地距离不能满足要求或杆塔受力明显变化；

(4)同相子导地线间弧垂偏差：出现负误差；

(5)导地线对地距离与交叉跨越距离情况：超过DL/T741-2001规定，切影响设备和人身安全；

(6)导地线连接器情况：毛刺、鼓包、裂纹、烧伤、松动、滑移、弯曲变形或出口处断股超过规程规定，温度高于导线温度10℃，且过热严重变色；

(7)导地线锈蚀及疲劳情况：表面严重腐蚀，镀锌钢绞线严重锌层脱落或锈蚀现象，强度试验值小于80％。

4)绝缘子单元评价包括绝缘子污秽情况与绝缘子本体情况两个状态量。

I级

(1)绝缘污秽情况：表面清洁，无明显污秽，等值盐密符合各污秽等级的要求，爬电比距符合各污秽等级下的爬电比距数值的要求；

(2)绝缘子本体情况：外观良好，无破损、裂纹、龟裂、老化。

II级

(1)绝缘污秽情况：表面有轻微污秽，等值盐密符合各污秽等级的要求，比这上次测试有增大并有逐步恶化的趋势，爬电比距符合各污秽等级下的爬电比距数值的要求，但其有效性有削弱并有逐步恶化的趋势；

(2)绝缘子本体情况：外观良好，有轻微破损、无裂纹、龟裂、老化。

III级

(1)绝缘污秽情况：表面有污秽，并且继续加重，等值盐密接近或达到各污秽等级的要求，比这上次测试有增大并有逐步恶化的趋势，爬电比距接近或达到各污秽等级下的爬电比距数值的要求，但其有效性有削弱并有逐步恶化的趋势；

(2)绝缘子本体情况：有微破损、裂纹、龟裂、老化。

IV级

(1)绝缘污秽情况：表面严重污秽，等值盐密不符合各污秽等级的要求，爬电比距不符合各污秽等级下的爬电比距数值的要求；

(2)绝缘子本体情况：破损、裂纹、龟裂、老化严重。

5)金具单元评价包括：金属销情况与金属连接情况两个状态量。

I级

(1)金属销情况：各种金属销齐全、完好，金具无变形、锈蚀、烧伤、松动；

(2)金属连接情况：连接处灵活，强度达到100％。

II级

(1)金属销情况：各种金属销齐全、完好，金具无变形、锈蚀、，有轻微烧伤、松动；

(2)金属连接情况：连接处灵活，强度大于85％。

III级

(1)金属销情况：各种金属销有缺损，金具轻微无变形、有锈蚀、烧伤、松动；

(2)金属连接情况：连接处不灵活，强度接近或达到80～85％。

IV级

(1)金属销情况：各种金属销严重缺损，金具有变形、锈蚀、烧伤、松动；

(2)金属连接情况：连接处不灵活，强度小于80％。

6)接地装置单元评价包括各部件连接情况与设备情况两个状态量。

I级

(1)各部件连接情况：连接良好，无破损，复合外套表面无老化、缺胶、杂质、凸起现象；

(2)设备情况：装置无损坏、镀锌层无锈蚀、裂纹或烧伤。

II级

(1)各部件连接情况：连接良好，无破损，复合外套表面有轻微老化，无缺胶、杂质、凸起现象；

(2)设备情况：装置无损坏、镀锌层无锈蚀、裂纹或烧伤，有轻微锈蚀。

III级

(1)各部件连接情况：连接有松动，有破损，复合外套表面有老化、缺胶、杂质、凸起现象，但缺陷面不超过5mm，深度不大于1mm，凸起高度不超过0.8mm；

(2)设备情况：装置有损坏、镀锌层锈蚀、无裂纹或烧伤。

IV级

(1)各部件连接情况：连接严重松动，破损，复合外套表面有老化、缺胶、杂质、凸起现象，缺陷面超过5mm，深度大于1mm，凸起高度超过0.8mm；

(2)设备情况：装置严重损害、镀锌层严重锈蚀、有裂纹或烧伤。

7)防雷设施评价包括各部件连接情况与设备情况两个状态量。

I级

(1)各部件连接情况：连接良好，无破损，复合外套表面无老化、缺胶、杂质、凸起现象；

(2)设备情况：装置无损坏、镀锌层无锈蚀、裂纹或烧伤。

II级

(1)各部件连接情况：连接良好，无破损，复合外套表面有轻微老化，无缺胶、杂质、凸起现象；

(2)设备情况：装置无损坏、镀锌层无锈蚀、裂纹或烧伤，有轻微锈蚀。

III级

(1)各部件连接情况：连接有松动，有破损，复合外套表面有老化、缺胶、杂质、凸起现象，但缺陷面不超过5mm，深度不大于1mm，凸起高度不超过0.8mm；

(2)设备情况：装置有损坏、镀锌层锈蚀、无裂纹或烧伤。

IV级

(1)各部件连接情况：连接严重松动，破损，复合外套表面有老化、缺胶、杂质、凸起现象，缺陷面超过5mm，深度大于1mm，凸起高度超过0.8mm；

(2)设备情况：装置严重损害、镀锌层严重锈蚀、有裂纹或烧伤。

8)通道环境单元包括：道路状况与巡线便道状况两个状态量。

I级

(1)道路状况：道路状况良好，无冲刷、道基下沉、泥坑、侧滑现象；

(2)巡线便道状况：巡线道路畅通，无杂草和带刺灌木。

II级

(1)道路状况：道路状况基本良好，无塌方、道基下沉、侧滑现象，有轻微冲刷、泥坑、泥泞；

(2)巡线便道状况：巡线道路基本畅通，有少量杂草和带刺灌木。

III级

(1)道路状况：道路状况恶劣，虽无塌方、道基下沉、侧滑现象，但冲刷、泥坑、泥泞情况严重；

(2)巡线便道状况：巡线道路不畅通，有杂草和带刺灌木。

IV级

(1)道路状况：道路状况恶劣，有冲刷、道基下沉、泥坑、侧滑现象，并且严重；

(2)巡线便道状况：巡线道路不畅通，有大量杂草和带刺灌木。上述为架空输电线路包括的8个组成单元对应的状态量的劣化程度的划分标准，不同标准对应不同的扣分标准。

为了实现以上目的，本发明采用了的技术方案是：

一种架空输电线路隐形故障预测及处理方法，所述隐形故障包括单相接地故障、两相短路故障、两相接地故障、绝缘子闪路，所述架空输电线包括多个架空输电线路支路，所述方法用于判断所述输电线路支路是否存在隐形故障，从而对造成隐形故障的单元进行处理，其特征在于，所述预测及处理方法包括预测和处理两个步骤，其中预测包括以下步骤：

1)建立小世界网络层与贝叶斯网络联合推荐网络模型；

2)根据1)建立的联合推荐网络模型确定输电线路支路中的单元的运行状态；

3)根据2)确定的单元的运行状态确定输电线路支路的运行状态概率；

4)根据3)得出的输电线路支路的运行状态概率判断输电线路支路是否存在隐形故障；

所述处理包括以及下步骤：

5)对存在隐形故障的输电线路支路，利用贝叶斯反向推理理论根据上述3)得到输电线路支路的运行状态概率情况下，得出各个单元处于不同状态的概率；

6)根据5)得到的各种单元处于不同状态的概率结果，对得出的概率值进行归一化，根据归一化的数据判断造成隐形故障的主要单元；

7)根据6)确定的造成隐形故障的单元进行检修，更换。

优先地，每个所述架空输电线路支路包括基础及防护设施、塔杆、导地线、绝缘子串、金具、防雷设施及接地装置、线路防护区、通道环境8种单元，8种单元对应不同的状态变量；8种单元的运行状态分为良好、一般、注意、不良四种状态，输电线路支路运行状态由良好、一般、注意、不良四种状态概率确定的。

优先地，上述1)所述的小世界网络层是由若干个小世界网络组成，小世界网络层为整个输电线路的单元连接关系，单个小世界网络代表某一输电线路支路单元的连接关系；

所述小世界网络的建立步骤：

1.1)：对组成架空输电线路的单元进行编号，共n个单元，a_ij＝1表示i单元与j单元有依赖关系，无依赖关系则a_ij为0，将整个输电线路中的单元连接关系用矩阵A_n×n表示，建立一个大的架空输电线路连接网络；

1.2)：将整个输电线路中单元连接关系A_n×n重新排列，排列关系以矩阵D^-1M为模型；

1.3)：计算1.2)得到的单元连接关系的矩阵D^-1M的前K个最大特征向量v₁,v₂,...,v_k

1.4)：以纵列v₁,v₂,...,v_k表示，建立新的单元连接关系矩阵T∈R^n×K；

1.5)：利用K平均聚类方法将上述矩阵T的行列进行聚类分化，将矩阵T变成K个矩阵表示C₁,C₂,...,C_k；所述矩阵为我们需要的得到的小世界网络中单元之间依赖关系的矩阵形式，从而建立小世界网络层；

其中A_n×n表示整个输电线路的连接关系的矩阵表示方法，输电线路支路为K个，K根据环境、路况因素人为确定，D^-1M中的D^-1是A_n×n的转置矩阵，M是与A_n×n有关联的；

d_i为第i个单元的度，即i为第个单元的连接边数，P_ij＝d_id_j/2m，m为整个架空输电线路的连接边数总和，S为n×K的矩阵，其中S_iK＝1是单元i属于V_K，否则为0；V_K为K次子网，M_ij＝A_ij-P_ij。

优先地，所述2)中输电线路支路中的单元的运行状态是结合状态变量与单元的历史数据与实时采集状态变量的数据确定的。

优先地，所述架空输电线路支路的不同运行状态的概率为：

$P\left(B_i\right)=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}P\left(A_{\mathrm{ij}}\right)P\left(B_i\right|A_{\mathrm{ij}});j=1,...,8;i=1,...,4$

P(A_ij)为第j种单元处于第i种状态概率，P(B_i|A_ij)表示第j种单元处于第i种状态对该输电线路支路的权重系数。

优先地，输电线路支路不良运行状态的概率不为0，或注意状态的概率大于0.05，或良好状态的概率小于0.75时，该输电线路支路存在隐形故障；

优先地，在输电线路支路不同的运行状态概率确定的情况下，其特征在于，所述各种单元不同运行状态的概率为：

$P\left(A_{\mathrm{ij}}\right|B_i)=\frac{P\left(A_{\mathrm{ij}}\right)P\left(B_i\right|A_{\mathrm{ij}})}{P\left(B_i\right)};j=1,...,8;i=\mathrm{1,2,3,4}$

优先地，对各种单元的注意状态与不良状态的概率进行归一化：

$P\left(Q_j\right)=\frac{P\left(A_{3j}\right|B_3)}{\underset{j}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}P\left(A_{3j}\right|B_3)}$

$P\left(D_j\right)=\frac{P\left(A_{4j}\right|B_4)}{\underset{j}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}P\left(A_{4j}\right|B_4)}$

其中P(Q_j)与P(D_j)分别为单元的注意状态与不良状态的归一化概率。

优先地，对上述得到的单元注意状态与不良状态的归一化概率分别进行排序，对注意状态的概率大于0.2与不良状态的概率大于0.1的单元进行检修。

通过上述方法可以有效的处理输电线路支路存在的隐形故障，将架空输电线路分成若干竖线线路支路，利用贝叶斯网络的双向推到技术，因果关系，能够准确的、有效的确定造成隐形故障的问题所在，在保证输电线路支路有限运行的情况下，从而保证架空输电线路的有效运行，避免造成不必要的损失。

说明书附图

图1、本发明涉及的贝叶斯网络的基本结构示意图；

图2、本发明涉及的架空输电线路隐形故障预测及处理方法的流程图。

具体实施方法

本实施例基于一种架空输电线路隐形故障预测及处理方法，所述隐形故障包括单相接地故障、亮相短路故障等，整个架空输电线路由若干个输电线路支路组成，所述输电线路支路包括基础及防护设施、塔杆、导地线、绝缘子串、金具、防雷设施及接地装置、线路防护区、通道环境8种单元，8种单元分别对应不同的状态量，状态量的劣化程度的划分如上文所述，根据状态量的劣化程度的情况判断对应单元的评估结果，根据这8种单元的评估结果分别确定各个输电线路线路的运行状态的概率，根据输电线路支路的运行状态的概率情况，判断是否存在隐形故障，找出造成隐形故障的主要单元，所述一种架空输电线路隐形故障的预测与处理方法以数学模型为依据，是基于小世界网络层与贝叶斯网络的联合推荐网络的数学模型。

首先建立小世界网络层与贝叶斯网络联合推荐网络模型。所述小世界网络为输电线路支路数学模型，架空输点线路由若干个输电线路支路组成，将整个架空输点线路分成若干个输点线路支路便于检测输电线路运行状态的检测、评估以及输电线路故障的处理。人为对架空输电线路进行划分，将会造成误差，本发明利用优化处理方法对整个架空输点线路划分为若干个输电线路支路，也就是所谓的小世界网络模型的建立，步骤如下：

1.1)：对组成架空输电线路的单元进行编号，共n个单元，a_ij＝1表示i单元与j单元有依赖关系，无依赖关系则a_ij为0，将整个输电线路中的单元连接关系用矩阵A_n×n表示，建立一个大的架空输电线路连接网络；

1.2)：将整个输电线路中单元连接关系A_n×n重新排列，排列关系以矩阵D^-1M为模型；

1.3)：计算1.2)得到的单元连接关系的矩阵D^-1M的前K个最大特征向量v₁,v₂,...,v_k

1.4)：以纵列v₁,v₂,...,v_k表示，建立新的单元连接关系矩阵T∈R^n×K；

1.5)：利用K平均聚类方法将上述矩阵T的行列进行聚类分化，将矩阵T变成K个矩阵表示C₁,C₂,...,C_k；所述矩阵为我们需要的得到的小世界网络中单元之间依赖关系的矩阵形式，从而建立小世界网络层；

其中A_n×n表示整个输电线路的连接关系的矩阵表示方法，输电线路支路为K个，K根据环境、路况因素人为确定，D^-1M中的D^-1是A_n×n的转置矩阵，M是与A_n×n有关联的；

d_i为第i个单元的度，即i为第个单元的连接边数，P_ij＝d_id_j/2m，m为整个架空输电线路的连接边数总和，S为n×K的矩阵，其中S_iK＝1是单元i属于V_K，否则为0；V_K为K次子网，M_ij＝A_ij-P_ij。

建立小世界网络，更加有利于检测输电线路的运行状况，在出现故障的同时便于快速检测故障，能够快速、迅速找出故障所在。

上述所述的贝叶斯网络，贝叶斯网络的基本结构示意图为图1所示，图中节点表示随机变量，节点间的弧反映了随机变量间的条件依赖关系，指向某个节点的所有节点称之为该节点的父节点，图1中C的父节点为A和B。发明所涉及的贝叶斯网络的数学模型就是以此为基础，以单元为节点，具有依赖关系的节点相连，所利用的贝叶斯原理为上述所述的贝叶斯公式计算后验概率公式：

$P\left(A_k\right|B)=\frac{P\left(A_k\right)P\left(B\right|A_k)}{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}P\left(A_j\right)P\left(B\right|A_j)}$

上述将整个架空输电线路利用优化方法分成若干个输电线路支路，输电线路支路转化成小世界网络模型，分别分析各个输电线路支路分析是否存在隐形故障，首先分析输电线路支路运行中的单元的运行状态，而架空输电线路对应的8种单元的状态评估与对应不同的状态变量有关。

上述对8种组成单元对应的状态变量劣化程度进行了精确的划分，根据状态量的劣化程度从轻到重分为四级，分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级。其对应的基本扣分值为2、4、8、10分。

单元的性能划分为良好、一般、注意、不良四种种状态，划分所依据：

$Z_j=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{w}_i\×C_{\mathrm{ij}}\×a_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{w}_i\×C_{\mathrm{ij}}}$

式中Z_j为第j个单元的性能指标，a_i为第i个状态量的劣化程度，C_ij为a_i相对于Z_j的隶属度，w_i为第i个状态量的权重系数。

Z_j小于等于2为良好状态，小于等于4大于2为一般状态，小于等于8大于4为注意状态，小于等于10大于8为不良状体。

式中Z_j为第j个单元的性能指标，a_i为第i个状态量的劣化程度，C_ij为a_i相对于Z_j的隶属度，w_i为第i个状态量的权重系数。

视状态量对线路安全运行的影响程度，从轻到重分为若干等级，对应的数值为权重值，称之为状态量的权重。

每1个状态量反映对应单元性能情况，将这种情况抽象出来称之为隶属度，架空输电线路组成的单元中对应的状态量的隶属度之和为1。

状态量与隶属度的权重值的确定，是以结合历史运行巡检、在线检测、预防性实验和台帐获取的架空输电线路运行的相关数据进行优化处理。

根据统计一段时间内检测的数据计算状态量权重值的公式如下：

$w_i=\underset{j}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{ij}}/\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{ij}}$

$a_{\mathrm{ij}}=\underset{q=1}{\overset{q}{\mathrm{\Σ}}}(\underset{m=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{k=1}{\overset{k}{\mathrm{\Π}}}\frac{v_{\mathrm{qik}}}{b_{\mathrm{qim}}}\right)*\underset{m=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{k=1}{\overset{k}{\mathrm{\Π}}}\frac{v_{\mathrm{qjk}}}{b_{\mathrm{qjm}}}\right))/q$

w_i为第i个状态量的权重，a_ij表示第i与j个状态量对于对应单元的影响度，i的取值与对应单元的状态量的个数有关，j取值为1到8分别对应8种单元，q为是第i次统计的时间段(如第i年)，v_qik为在第q次检测的数据下第i个状态量对应在k劣化程度的次数，b_qim为在第q次检测的数据下第i个设备对应的单元处于m状态检测的次数，k的取值为1、2、3、4，与状态变量的劣化程度Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级对应，m的取值分别为1、2、3、4与单元的良好、一般、注意、不良四种状态分别对应。

根据统计一段时间内检测的数据计算状态量隶属度公式如下：

$c_i=\underset{q=1}{\overset{q}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{v_{\mathrm{qik}}}{b_{\mathrm{qim}}}$

c_i表示是某单元对应的状态量的隶属度，对隶属度进行归一化变成C_i使得满足

得出输电线路支路中各个单元的状态量，接着确定该输电线路支路的运行状态的概率情况，输电线路支路的运行状态的概率包括良好、一般、注意与不良状态概率，四种概率之和为1，所述架空输电线路支路的不同运行状态的概率为：

$P\left(B_i\right)=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}P\left(A_{\mathrm{ij}}\right)P\left(B_i\right|A_{\mathrm{ij}});j=1,...,8;i=1,...,4$

P(A_ij)为第j种单元处于第i种状态概率，P(B_i|A_ij)表示第j种单元处于第i种状态对该输电线路支路的权重系数。

P(B_i|A_ij)是结合历史记录的架空输电线路中单元的运行状态的数据有关，结合历史数据，

$p\left(B_i\right|A_{\mathrm{ij}})=\underset{q=1}{\overset{q}{\mathrm{\Σ}}}\frac{b_{\mathrm{qij}}}{\underset{j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{b}_{\mathrm{qij}}}$

对p(B_i|A_ij)进行归一化，变成P(B_i|A_ij)，满足其中b_qij表示第q次检测的数据下第i种单元处于m状态检测的次数，q的取值与抽取的数据的组数相关。

得出输电线路支路的运行状态的概率情况，分析输电线路支路是否存在隐形故障问题，参考依据为输电线路支路不良运行状态的概率不为0，或注意状态的概率大于0.05，或良好状态的概率小于0.75时，该输电线路支路存在隐形故障。

对存在影响故障的输电线路支路进行处理，首先确定造成输电线路隐形故障的单元，在输电线路支路不同的运行状态概率确定的情况下，利用贝叶斯原理，得出各种单元不同运行状态的概率，如果单单从各个单元的不良状态概率来诊断隐形故障是不合理的，因为各个单元对输电线路支路运行状态的影响程度是不相同的，所述的贝叶斯原理是贝叶斯网络的反向推理技术，在输电线路支路运行状态的概率确定的情况下，得出各种单元不同的运行状态的概率：

$P\left(A_{\mathrm{ij}}\right|B_i)=\frac{P\left(A_{\mathrm{ij}}\right)P\left(B_i\right|A_{\mathrm{ij}})}{P\left(B_i\right)};j=1,...,8;i=\mathrm{1,2,3,4}$

对造成隐形故障的主要单元主要是对各种单元的注意状态与不良状态的概率数值上确定的，首先对各种单元的注意状态与不良状态的概率进行归一化：

$P\left(Q_j\right)=\frac{P\left(A_{3j}\right|B_3)}{\underset{j}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}P\left(A_{3j}\right|B_3)}$

$P\left(D_j\right)=\frac{P\left(A_{4j}\right|B_4)}{\underset{j}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}P\left(A_{4j}\right|B_4)}$

其中P(Q_j)与P(D_j)分别为单元的注意状态与不良状态的归一化概率。

得到的单元注意状态与不良状态的归一化概率，分别对其分别进行排序，对注意状态的概率大于0.2与不良状态的概率大于0.1的单元进行检修。

通过上述方法可以有效的处理输电线路支路存在的隐形故障，保证输电线路支路有限运行的情况下，从而保证架空输电线路的有效运行，避免造成不必要的损失。

上述具体实施例仅用于本说明本发明，其中方法的实施步骤是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案基础上进行的等同变换和改进，均不应该排除在本发明保护的范围之外。

Claims (9)

1.一种架空输电线路隐形故障预测及处理方法，所述隐形故障包括单相接地故障、两相短路故障、两相接地故障、绝缘子闪路等，所述架空输电线包括多个架空输电线路支路，所述方法用于判断所述输电线路支路是否存在隐形故障，从而对造成隐形故障的单元进行处理，其特征在于，所述预测及处理方法包括预测和处理两个步骤，其中预测包括以下步骤：

1)建立小世界网络层与贝叶斯网络联合推荐网络模型；

2)根据1)建立的所述推荐联合网络模型确定输电线路支路中的单元的运行状态；

3)根据2)确定的所述输电线路单元的运行状态确定输电线路支路的运行状态概率；

4)根据3)得出的输电线路支路的运行状态概率判断输电线路支路是否存在隐形故障；

所述处理包括一及下步骤：

5)对存在隐形故障的输电线路支路，利用贝叶斯反向推理理论根据上述3)得到输电线路支路的运行状态概率情况下，得出各个单元处于不同状态的概率；

6)根据5)得到的各种单元处于不同状态的概率结果，对得出的概率值进行归一化，根据归一化的数据判断造成隐形故障的主要单元；

7)根据6)确定的造成隐形故障的单元进行检修，更换。

2.根据权利要求1所述的方法，每个所述架空输电线路支路包括基础及防护设施、塔杆、导地线、绝缘子串、金具、防雷设施及接地装置、线路防护区、通道环境8种单元，8种单元对应不同的状态变量；8种单元的运行状态分为良好、一般、注意、不良四种状态，输电线路支路运行状态由良好、一般、注意、不良四种状态概率确定的。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

上述1)所述的小世界网络层是由若干个小世界网络组成，小世界网络层为整个输电线路的单元连接关系，单个小世界网络代表某一输电线路支路单元的连接关系；

所述小世界网络的建立步骤：

1.1)：对组成架空输电线路的单元进行编号，共n个单元，a_ij＝1表示i单元与j单元有依赖关系，无依赖关系则a_ij为0，将整个输电线路中的单元连接关系用矩阵A_n×n表示，建立一个大的架空输电线路连接网络；

1.2)：将整个输电线路中单元连接关系A_n×n重新排列，排列关系以矩阵D^-1M为模型；

1.3)：计算1.2)得到的单元连接关系的矩阵D^-1M的前K个最大特征向量v₁,v₂,...,v_k

1.4)：以纵列v₁,v₂,...,v_k表示，建立新的单元连接关系矩阵T∈R^n×K；

1.5)：利用K平均聚类方法将上述矩阵T的行列进行聚类分化，将矩阵T变成K个矩阵表示C₁,C₂,...,C_k；所述矩阵为我们需要的得到的小世界网络中单元之间依赖关系的矩阵形式，从而建立小世界网络层；

其中A_n×n表示整个输电线路的连接关系的矩阵表示方法，输电线路支路为K个，K根据环境、路况因素人为确定，D^-1M中的D^-1是A_n×n的转置矩阵，M是与A_n×n有关联的；

d_i为第i个单元的度，即i为第个单元的连接边数，P_ij＝d_id_j/2m，m为整个架空输电线路的连接边数总和，S为n×K的矩阵，其中S_iK＝1是单元i属于V_K，否则为0；V_K为K次子网，M_ij＝A_ij-P_ij。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,所述2)中输电线路支路中的单元的运行状态是结合状态变量与单元的历史数据与实时采集状态变量的数据确定的。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述架空输电线路支路的不同运行状态的概率为：

$P\left(B_i\right)=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}P\left(A_{\mathrm{ij}}\right)P\left(B_i\right|A_{\mathrm{ij}});j=1,...,8;i=1,...,4$

P(A_ij)为第j种单元处于第i种状态概率，P(B_i|A_ij)表示第j种单元处于第i种状态对该输电线路支路的权重系数。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于输电线路支路不良运行状态的概率不为0，或注意状态的概率大于0.05，或良好状态的概率小于0.75时，该输电线路支路存在隐形故障。

7.根据权利要求1所述的方法，在输电线路支路不同的运行状态概率确定的情况下，其特征在于，所述各种单元不同运行状态的概率为：

$P\left(A_{\mathrm{ij}}\right|B_i)=\frac{P\left(A_{\mathrm{ij}}\right)P\left(B_i\right|A_{\mathrm{ij}})}{P\left(B_i\right)};j=1,...,8;i=\mathrm{1,2,3,4}$

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对各种单元的注意状态与不良状态的概率进行归一化：

$P\left(Q_j\right)=\frac{P\left(A_{3j}\right|B_3)}{\underset{j}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}P\left(A_{3j}\right|B_3)}$

$P\left(D_j\right)=\frac{P\left(A_{4j}\right|B_4)}{\underset{j}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}P\left(A_{4j}\right|B_4)}$

其中P(Q_j)与P(D_j)分别为单元的注意状态与不良状态的归一化概率。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，对上述得到的单元注意状态与不良状态的归一化概率分别进行排序，对注意状态的概率大于0.2与不良状态的概率大于0.1的单元进行检修。