1绪论
1.1课题背景
目前，国内1kV及以下低压电力电缆以PVC电缆为主[2]，但有逐步被低压交联聚乙稀(XLPE)电缆取代的趋势[3]； 6-35kV级中压电力电缆以XLPE为主，其中目前国内的配电电缆以国产10kV电缆为主，具有分布广、规模大、敷设环境复杂等特点，其设计寿命在15年到50年不等；110-220kV级XLPE电力电缆应用量将逐步超过充油（OF)电力电缆；500kV及以上级XLPE电力电缆早已幵始应用。电缆产品的可靠性基本符合浴盘曲线的规律即电缆产品从投入到报废为止的整个寿命周期内，如果取产品的故障率作为产品的可靠性特征值，它是以使用时间为横平-标，以故障率为纵來标的一条曲线，两头高中间低，像浴盘，如图1-1所，电力电缆在运行过程中一般分为早期故障期、中期故障期和晚期故障期三个阶段[5]。其中，损耗故障期一般出现在电力电缆敷设之后的15到20年（受外部环境和运行状况的影响）之后，在这一期间，电缆的故障率将随时间成指数趋势增长，由于这一增长趋势过快，必然会在人员，设备，费用上对电力部门带来重大负担。在我国各大中型城市中，电力电缆投放运行的时间普遍较短，目前其故障类型是以一些早期故障和偶发故障为主，其中早期故障的故障率会逐年降低，没有预测的必要，偶发故障无法进行预测。似在近几年来，各类晚期故障已经开始出现于一些运行较久的电缆线路上(如图1-2所示），因此就需要预测电力电缆的老化故障率，并通过提前更换一些运行年份较长的电缆，减缓故障率的增长趋势，提高电缆线路的供电稳定性。
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1.2 一般研究方法及其局限
利用Weibull分布预测老化故障率的基本方法为[w]:以历史的电缆老化故障数据为基础，通过拟合得出a、P、g三个参数，从而得出老化故障率函数，再由该函数得出未来的老化故障率。这就需要收菜大量的老化故障数据。国内的电力电缆由于运行时间都较短，因此老化故障数据极其有限，若对容量太小的样本采用传统拟合手段（如Origin软件）则准确程度较低。因此需要改良拟合的方法，更好的对参数做出估计并计算其置信程度。Weibull分布参数估计方法，目前主要有以下几种：矩估计，最小二乘法估计，极大似然法估计，适线法（图解法）等。关于电力电缆故障的故障类型的分类，国内外一直没有统一的标准，甚至于各大供电公司的分类标准相互之间也不太相同。混滑、不分明的故障分类将造成故障数据统计的混乱，使以此为基础建立的统计模型不够精确。因此，需要总结和综合比较各种不同的故障类型的分类标准，最后确立一种新的分类方法，使得各种不同类型的故障不会造成重合和混淆，同时又方便数据的统计和宵理。此外，还需要研究并确立一套细致、完备的故障数据收柴方法，用于未来的老化故障数据收柴。关于国内外电力电缆故障类型的分类，主要有以下几类按敷设时间，分为早期故障，中期故障，晚期故障；按照造成故障的原因，主要分为电缆质量问题，施工质量，外力损坏，绝缘受潮，化学腐烛，长期过负荷，电缆接头故障，电缆本体正常老化，自然灾害等；按照故障位置，主要分为电缆本体故障，电缆接头故障，其他故障等。
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2国内电力电缆现状及故障类型研究
2.1国内电力电缆现状研究
电力电缆作为城市配电网的重要组成部分，配电电缆的安全可靠运行对于城市电网稳定性具有非常重要的意义。配电网是否健全，关系到负荷增长的需要和用户安全。大容量中心变电站进入市区，其进线几乎全部采用高压电缆。[1]，电力电缆运行的可靠性更显得重要。目前，国内IkV及以下低压电力电缆以PVC电缆为主[2]，但有逐步被低压交联聚乙稀(XLPE)电缆取代的趋势[3]； 6-35kV级中压电力电缆以XLPE为主，其中目前国内的配电电缆以国产lOkV电缆为主，具有分布广、规模大、敷设环境复杂等特点，其设计寿命在15年到50年不等；110-220kV级XLPE电力电缆应用量将逐步超过充油（OF)电力电缆；500kV及以上级XLPE电力电缆早已开始应用。我国电力电缆目前的应用情况如表2-1所示。我国自1964年开始陆续地具备了 66kV、ll0kV、220kV> 330kV充油电缆的生产能力[2]，并于20世纪80年代初开始生产500kV充油电缆，同时XLPE电缆的生产能力开始迅速发展，现已能生产220kV级XLPE电缆。目前投入运行的电力电缆最高为500kV级，但500kV级的XLPE电缆尚未实现国产化。据悉，目前全球只有一条超过500kV的超高压绝缘电缆生产线，即日本的某条l000kV特高压绝缘电缆生产线。
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2.2电力电缆故障及分类研究
为了更好地提取老化故障数据，必须先对电力电缆的各种故障清晰地分类。关于国内外电力电缆故障类型的分类，主要有以下几类：按敷设时间，分为早期故障，中期故障，晚期故障；按照造成故障的原因，主要分为电缆质量问题，施工质量，外力损坏，绝缘受潮，化学腐烛，长期过负荷，电缆接头故障，电缆本体正常老化，自然灾害等；按照故障位置，主要分为电缆本体故障，电缆接头故障，其他故障等。从国内现阶段的生产水平、产品质量来看，仅有30%的电线电缆品种达到了参与国际先进工业国家市场竞争的水平[2]。有统计结果显示，国内10kV~220kV电力电缆平均故障率由1997年11.3次/(l00km 年）下降至2001年5.2次/(100km ?年），是发达国家同期水平的10倍[5]。为了降低成本，国内部分电缆厂商会尽可能取负公差来降低制造成本，使生产过程中的容错率降低，电缆本体制造缺陷出现的几率大增，常见的有局部微孔绝缘层内外半导体屏蔽层的偏心度超标，金属屏蔽层开裂等。在国内，由于大部分电力电缆运行时间不长，尚未进入老化故障频发的阶段，又为了避免因电缆质量、施工质量与生产厂家、施工单位之间的责任纠纷，主要以电缆故障位置进行分类[28],但当老化造成的故障大量出现时，这种分类方法将造成混滑。例如，当电缆由于老化或由于外力破坏而发生故障时，都会被统计为电缆本体故障，故障原因是无法区分的；又例如，当发现某条电力电缆的本体在投运初期发生故障时，很难明确是电缆本身的质量还是施工质量引起的。国际工业界对于电缆故障类型的区分并没有统一的标准。
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3电力电缆故障数据特点和主要分析方法......... 12
3.1电力电缆故障数据特点 .........12
3.2电力电缆故障数据来源......... 13
3.3主要分析方法......... 14
3.3.1 Crow-AMSAA 模型......... 14
3. 3.2 Weibul I 分布模型......... 16
3.4本章小结 .........21
4电力电缆故障数据分析......... 22
4.1电力电缆故障数据初步处理......... 22
4.2模型分析 .........25
4.3经验分布法......... 25
4.4拟合分布法......... 30
4.5结论......... 47
4.6本章小结......... 48
5电力电缆资产管理......... 49
5.1电力电缆更换成本工程算法......... 49
5.1.1寿命的分类和估计......... 49
5.1.2电力电缆更换成本计算......... 50
5. 1.3电力电缆更换方案分析.........53
5.2电力电缆预防性维修成本经济算法......... 54
5.3本章小结 .........56
5电力电缆资产管理
5.1电力电缆更换成本工程算法
寿命的估算对于设备的所有者具有重大的技术意义和经济意义，电力电缆资产管理是技术密集，资金密集的固定资产管理，对电力电缆寿命的准确估计可以为电力公司带来更大的自主性，通过采取针对性的预防措施，可以大大降低电力电缆的维修费用和停运损失。几种寿命的定义[42]:自然寿命，指设备开始使用为始到失去基本功能为止所经历的时间，主要从设备基本功能的角度来衡量。经济寿命，指设备开始使用为始到不能创利为止所经历的时间，主要从设备经济合理性的角度来衡量。技术寿命，指设备开始使用为始到在技术上被淘汰为止所经历的时间，主要从设备技术先进性的角度来衡量。设备的役龄指设备开始使用到该设备的某个计量考核时刻累积的服役年限，设备的寿命与役龄之差即为设备的残余寿命。显然，役龄越长，则设备的残余寿命越短。一般来说，在不发生突发性事故，并且造成了设备功能永久性丧失的情况下，设备的自然寿命>技术寿命>经济寿命。虽然经济寿命是三类寿命指标中最小的，但是电力公司需要以盈利作为经营目的，同时，结合电力电缆投运的实际使用情况，基于稳定性原则的考虑，需要尽量减小故障造成的停运对供电可靠性的影响，因此选择经济寿命作为电力电缆的寿命指标来进行估算是较为适宜的。
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结论
本文预期的结果是建立一个电缆资产管理的统计模型，实现对故障数据的清晰分类，并从中提取老化故障数据，以此为基础采用数学手段得出电力电缆老化故障率随时间不断增长的函数关系，预测电力电缆未来老化故障率的增长，为提前更换存在着老化故障隐患的电缆段，避免重大损失提供依据。为了实现这一结果，本文做了如下的结论。首先，对电力电缆在我国的应用现状进行了研究，并对电力电缆在国内应用的发展前景进行了分析。为了更好地收集电力电缆老化故障数据，为$测电力电缆的老化故障率的变化趋势提供资料，对电力电缆运行中常见的故障进+了研究，并确定了需要收集的故障数据类型。其次，针对国内电力电缆运行的实际情况，对可能收集到的电力电缆故障数据.的特点作出几点预测，并针对故障数据统计模型和对电力电缆故障数据的需求，确定了电力电缆故障数据的来源和可用性。再次，通过对某供电局2011年至2013年之间发生的65起电力电缆故障的记录进行处理，得到每年中故障数的离散点。分别以经验分布、两参数和三参数Weibull分布、Crow-AMSAA分布为模型，进行拟合并得出分布参数的拟合值，通过对拟合结果的比较讨论了几种分布模型的优劣。
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参考文献（略）