本文是一篇工程硕士论文，本文针对电缆在运行过程中存在的问题，改进了基于多源信息的状态评估算法，设计了电缆在线监测与状态评估系统，能够实时监测电缆的状态参数，并根据多参量的信息融合算法实现对电缆的状态进行有效的评估，及时发现电缆运行中的问题。
第1章绪论
1.1 研究背景及意义
随着城市化进程的不断推进，供电负荷不断增加。电缆作为一种传输电力和信号的重要设备，被大量地应用在配电网系统中，并且呈现逐年递增的趋势。电缆线路相对于架空线路有很多的优点，首先，电缆的载流量较大，这使得它们在输送高功率能量时非常有效；其次，电缆的故障率相对较低，能够更好地保护电流免受外界干扰，提供更稳定、可靠的电力传输。另外电缆敷设在地下，可以使城市更加整洁、美观，这对于提升城市形象和促进经济发展都具有积极影响。因此城市供电线路慢慢的告别“蜘蛛网”，逐步开展电缆线路的落地计划，其敷设率也成为衡量城市建设水平的重要标志[1][2]。
在城市配电网中，交联聚乙烯电缆（Crosslinked Polyethylene, XLPE）是最常见的类型，被大量应用于城市配电网中。其所处的运行环境大多较为恶劣，特别在南方多雨潮湿的地方，空气湿度很大，电缆绝缘击穿引发水树枝等现象[3]。导致电缆故障的原因主要有以下四个：（1）电缆长期运行在过负荷状态，导致电缆运行温度较高，影响了电缆的绝缘状态。（2）早期运行的电缆因为制造工艺水平等问题，其质量不能保证，这部分电缆就存在着潜在的问题。（3）电缆的使用年限大约为30年，早期运行的电缆已经进入了故障高发期，会对配电网的安全稳定运行造成不利的影响。（4）电缆的敷设技术和安装质量参差不齐，为电缆稳定运行留下了隐患，并且在城市的发展过程中电缆还容易受外力破坏的影响[4]。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 电缆状态监测研究现状
状态监测的思想早在上世纪50年代就被提出，但受限于当时的技术水平等原因，所应用的场合仅限于对发电机、变压器等相对重要的设备进行监测[11][12]。经过多年的发展，国内外已经有不少的监测装置已经应用在电力电缆的监测上，目前对于电缆的状态监测，可分为离线检测方法和在线监测方法[13][14]。
对于离线检测方法，大多是用来检测电缆的绝缘性能，采用的方法主要有绝缘电阻试验、交直流耐压试验、介质损耗试验、局部放电试验、拉伸试验、热重分析等。文献[15]将绝缘电阻参数作为宏观电气检测试验指标，可以有效的对电缆老化状态变化作出判断和评估；文献[16]根据交直流耐压试验等对设备的绝缘状况进行试验，则可大大提高试验的真实性与灵敏度；文献[17]通过对试验结果的分析，证明了介质损耗因数是反映材料绝缘性能的重要指标；文献[18]利用振荡波局放来进行电缆的缺陷定位，对识别电缆的绝缘缺陷准确度高，检测效果良好；文献[19]中对电缆进行了拉伸性能研究，仿真模拟了在拖曳过程中电缆受力状态和绝缘变化，有助于科学的施工敷设；文献[20]通过对电缆热重分析求取活化能，可对不同绝缘老化程度的电缆进行标识。以上的离线检测方法都需要在电缆停电的状态下进行，但随着对电力需求的不断增加，电力系统需要更高的稳定性，应减少停电的次数，甚至不能停电，所以就要求能在运行状态下对电缆的状态进行检测。
对于电缆的在线监测方法，是指对电力电缆的各种参数进行实时监测，当发现电缆的故障隐患时做出故障预警和诊断，并采取措施进行维修或更换，以保证电缆正常运行，提高电力系统的可靠性和安全性。还可以通过对在线监测数据的统计分析，了解电缆的运行状况和负载情况。目前对于电缆的在线监测方法主要针对于温度的在线监测、局放的在线监测和绝缘的在线监测等。
第2章 配电电缆状态评估模型
2.1 电缆的分类及结构
2.1.1 电缆的分类
电缆广泛应用于电能传输的场合，根据不同的使用场景，需要选择不同的电缆。目前，电缆的分类主要根据用途、电压等级、电能传输形式、绝缘材料、标称面积、敷设环境、结构类型、导体芯数等方式来划分。
按照用途来分，可以分为控制电缆、电力电缆、通讯电缆、光缆等。
根据电压等级来分，我国的低压电缆主要为常用的0.4kV电缆，1kV以下控制仪表用电缆，主要用于变电站、发电厂等远距离操作和监测的场合；1kV-35kV的中低压电力电缆，主要用于配电线路中；110kV-500kV的高压电缆，用于电力的远距离输送。
根据电能传输的形式，可以分为直流、交流电缆。
根据绝缘材料类型，可分为油浸纸绝缘电缆、塑料绝缘电缆等。油浸纸绝缘电缆的耐压比较高，使用寿命长，在低压电缆中应用广泛；塑料绝缘电缆主要分为聚氯乙烯、聚乙烯、交联聚乙烯（又称XLPE电缆），其制造容易、耐热耐腐蚀，敷设简单并且维护方便，额定运行温度可达九十摄氏度，其中XLPE电缆应用最为广泛。
根据线芯导体截面积的大小，可分为1.5mm2、2.5mm2、4mm2、35mm2、150mm2、240mm2、300mm2、800mm2、1600mm2等多种规格电缆，以满足不同的情况下电力传输的需要。
2.2 配电电缆的故障类型及原因
2.2.1 电缆的故障类型
对于电缆故障通常是多种因素共同作用的结果，比如出厂质量、设计施工、机械损伤、运行环境等都会导致电缆故障。在电缆发生故障时，日常巡检很难发现潜在的故障，只有当电缆终端头的破坏、外观损坏等才能直接被观察到，因此通过分析来确定电缆的故障性质，根据故障性质选择正确的电缆检测方法具有非常重要的意义[52]。另外在建立电缆状态评估模型时，通过对电缆故障类型进行分类，可以使得各评估量作为指标更好的参与到评估体系中，让评估结果更加准确。目前对电缆故障分类的没有统一的标准，一般常见的分类标准主要有按照故障部位和故障的性质来分类。
1.按照故障部位来分
按照电缆的故障部位可将电缆的故障分为电缆的本体、终端和接头故障。
（1）电缆的本体是电缆的核心部件，很容易受到外界的破坏，其损坏主要为机械损伤和绝缘老化等，另外在运行维护和生产制造中也会导致电缆的本体故障。电缆本体的质量是需要重点关注的因素，电缆绝缘层内的杂质空穴、偏心度、绝缘屏蔽物进入绝缘内部、屏蔽层的疤痕等都会影响到电缆本体的质量。生产厂家为了提高产品的利润，降低生产的成本也会导致电缆本体的缺陷，造成屏蔽层开裂、偏心度超标等，这些因素都为电缆的正常运行留下了隐患。
（2）电缆的接头和终端故障，对于长距离的输送电能或者是电缆的故障维修，便会出现电缆的中间接头。据统计电缆故障大多都是由中间接头或者是终端头劣化故障所导致的，原因主要是接头和终端的绝缘和密封容易出现问题。电缆的终端头都在电缆的终端和始端两头，制造不良会加快电缆终端头的绝缘老化，另外平时的合闸操作也容易使间隙击穿，对电缆的终端头产生不可逆的影响。
第3章 电缆多源信息的状态评估研究 .......................... 35
3.1 多源信息融合算法和评估框架 ....................... 35
3.1.1 多源信息融合的定义 ............................... 35
3.1.2 多源信息融合系统的结构 ............................. 36
第4章 配电电缆在线监测和状态评估系统 ....................... 61
4.1 配电电缆在线监测系统的架构 ............................... 61
4.2 配电电缆监测终端的设计 ................................. 61
第5章 总结与展望 ............................... 81
5.1 总结 ........................................ 81
5.2 展望 ..................................... 82
第4章 配电电缆在线监测和状态评估系统
4.1 配电电缆在线监测系统的架构
配电电缆在线监测系统整体架构图如图4.1所示，主要由管理层、监测层、感知层组成。感知层由多个电缆数据采集传感器组成，主要负责电缆底层数据的采集，传感器主要安装在电缆接头、电缆终端和电缆本体等位置，将采集到的信息收集到配电电缆监测终端；监测层由配电电缆监测终端组成，负责数据的处理、参数的统计，并将处理后的数据上传到云端平台；管理层由电缆健康状态监测平台和数据库等组成，主要负责对采集的所有数据进行分析整理，应用状态评估算法来进行电缆状态的评估，将评估电缆的状态通知运维人员并存入数据库，进而来安排电缆的检修计划。
第5章 总结与展望
5.1 总结
电缆作为保证配电系统正常运行的关键设备之一，会受到绝缘老化、局部放电、过热等异常因素的影响，发生故障时，影响供电可靠性。因此，对配电电缆实施以在线监测和状态评估为基础的状态检修十分必要。状态检修相较于定期检修的方式更加科学，对降低维护的成本、及时发现潜在故障、提高供电稳定性具有重要意义。
本文针对电缆在运行过程中存在的问题，改进了基于多源信息的状态评估算法，设计了电缆在线监测与状态评估系统，能够实时监测电缆的状态参数，并根据多参量的信息融合算法实现对电缆的状态进行有效的评估，及时发现电缆运行中的问题，主要研究成果如下：
（1）针对配电电缆的结构，分析了故障产生的原因，选取了能够全面评估电缆运行状态的多源信息参量；改进了线芯温度提取算法，并针对三芯电缆进行了算例仿真，验证了改进算法的可行性；对状态参量信息采用了劣化度的预处理方法，设计了状态评估的策略，建立了配电电缆状态评估模型。
（2）根据建立的配电电缆状态评估模型，提出了电缆多源信息融合的状态评估方法。利用选取的三角形和半梯
