基于組合權(quán)重模型對(duì)高壓電纜絕緣料性能評(píng)價(jià)

高凱 左勝武 曾浩 王傳博 朱智恩

［1．南瑞集團(tuán)有限公司（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司），江蘇 南京，211106；2．中國石化揚(yáng)子石油化工有限公司南京研究院，江蘇 南京，210048］

交聯(lián)聚乙烯（XLPE）絕緣料作為高壓電纜的關(guān)鍵原材料，一定程度上決定了電纜的性能與壽命。由于XLPE絕緣料成分種類少，技術(shù)指標(biāo)多且要求高，除非性能指標(biāo)差異明顯，否則難以依靠主觀綜合定量評(píng)價(jià)絕緣料配方好壞，不易明確區(qū)分各配方的優(yōu)劣，一定程度上影響了高壓XLPE的研究與發(fā)展。國內(nèi)外高壓XLPE制備工藝一般需要對(duì)低密度聚乙烯（LDPE）樹脂二次熔融加工，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且可能對(duì)絕緣料性能有一定影響，因此，嘗試研究液體抗氧劑配方，以期使一步法制備XLPE絕緣料成為可能。

建立一個(gè)綜合評(píng)價(jià)體系，科學(xué)地研究XLPE高壓電纜絕緣料（以下簡稱高壓XLPE）液體抗氧劑配方對(duì)絕緣料電氣等性能的影響，目前相關(guān)報(bào)道較少。評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重賦值不同，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果往往大相徑庭［1］。下面以6個(gè)高壓XLPE液體抗氧劑配方和現(xiàn)有2個(gè)高壓XLPE固體抗氧劑配方為基礎(chǔ)，選取拉伸強(qiáng)度等9項(xiàng)指標(biāo)，采用熵權(quán)法與主觀賦權(quán)法對(duì)其評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)賦權(quán)，對(duì)高壓XLPE的綜合性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，以篩選其優(yōu)勢(shì)配方。

1 試驗(yàn)部分

1．1 主要原料及儀器設(shè)備

高壓XLPE專用基料，LDPE 2220HSC，揚(yáng)子石化-巴斯夫有限責(zé)任公司；固體抗氧劑，抗氧劑300，廣州銀井精化科技有限公司；液體抗氧劑，Rianox1520，天津利安隆新材料股份有限公司；過氧化二異丙苯（DCP），UN3110，荷蘭諾力昂公司。

萬能試驗(yàn)機(jī)，K-LDW，蘇州凱特爾儀器設(shè)備有限公司；高阻計(jì)，ZC36，上海第六電表廠有限公司；熱老化試驗(yàn)箱，RY100，常熟市環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備有限公司；介電常數(shù)和介質(zhì)損耗測(cè)試裝置，QS37，上海楊高電器有限公司；電壓擊穿試驗(yàn)儀，ZJC-100E，北京中航時(shí)代儀器設(shè)備有限公司。

1．2 配方

表1是高壓XLPE配方。

表1 高壓XLPE配方 %

2 指標(biāo)評(píng)價(jià)模型

2．1 指標(biāo)評(píng)價(jià)模型

目前，評(píng)價(jià)絕緣料配方往往考察多個(gè)性能，如熱延伸、體積電阻率、工頻擊穿以及介質(zhì)損耗等，可以從某一側(cè)面反映出絕緣料配方性能優(yōu)劣，但很難得到對(duì)絕緣料配方的整體評(píng)價(jià)結(jié)果，且上述性能相互關(guān)聯(lián)，部分性能可分解成若干子指標(biāo)，也為絕緣料配方綜合評(píng)價(jià)帶來了挑戰(zhàn)。以下根據(jù)絕緣料特點(diǎn)和使用要求，將絕緣料配方評(píng)價(jià)指標(biāo)劃分為機(jī)械性能集和電氣性能集，優(yōu)選拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、拉伸強(qiáng)度變化率、斷裂伸長率變化率、熱延伸、體積電阻率、介電強(qiáng)度、介質(zhì)損耗角正切值和相對(duì)介電常數(shù)9項(xiàng)指標(biāo)，建立高壓XLPE指標(biāo)評(píng)價(jià)模型［2］。

2．2 高壓XLPE性能指標(biāo)與要求

根 據(jù)JB／T 10437—2004，GB／T 11017．1—2014和GB／T 22078．1—2008等標(biāo)準(zhǔn)，參考國內(nèi)外材料廠商的技術(shù)指標(biāo)，以抗氧劑、交聯(lián)劑為影響因素，對(duì)XLPE的力學(xué)性能和電氣性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，具體見表2。

表2 高壓XLPE性能

2．3 高壓XLPE配方指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

依據(jù)表1要求，高壓XLPE 8個(gè)配方指標(biāo)的 測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 高壓XLPE配方指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

由表2和表3可知，配方1＃熱老化試驗(yàn)中，拉伸強(qiáng)度變化率不符合±20%要求，因此直接排除配方1＃，僅對(duì)其余7個(gè)配方的指標(biāo)進(jìn)行分析與對(duì)比。通過表3還可以得出，配方指標(biāo)測(cè)試結(jié)果無單邊優(yōu)勢(shì)，不易選出優(yōu)勢(shì)配方。

3 熵權(quán)-主觀賦權(quán)法組合權(quán)重與綜合評(píng)價(jià)

3．1 熵權(quán)法

熵權(quán)法是以評(píng)價(jià)對(duì)象指標(biāo)數(shù)據(jù)的差異幅度為依據(jù)、確定權(quán)重值的一種客觀賦權(quán)法。指標(biāo)的熵越小，熵權(quán)越大，表明該指標(biāo)重要性越高，因此能夠較為客觀地評(píng)價(jià)不同指標(biāo)的權(quán)重大?。?］。

3．2 指標(biāo)同向化

指標(biāo)同向化也稱指標(biāo)正向化。如果指標(biāo)中有逆指標(biāo)（即數(shù)值越小越好）或適度指標(biāo)（即某個(gè)值或某個(gè)區(qū)間最好），則需將其同向化，轉(zhuǎn)化為正指標(biāo)（即數(shù)值越大越好）［4］。用熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重時(shí)，要求所有指標(biāo)方向一致［5］。通常采用將逆指標(biāo)正向化，對(duì)逆指標(biāo)采用差值法，對(duì)材料體積電阻率等指數(shù)型的指標(biāo)采用對(duì)數(shù)法［6］。

設(shè)有m個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象，n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，原始數(shù)據(jù)為x ij（i＝1，．．．，m；j＝1，．．．，n），首先對(duì)所有指標(biāo)進(jìn)行無量綱化同向化處理，見式（1）～（3）。

式（1）～（3）中，maxx i和minx i分別為第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的最大值和最小值；y ij為無量綱化同向化處理后的數(shù)據(jù)，公式（1）為正指標(biāo)，公式（2）為逆指標(biāo)，公式（3）為對(duì)數(shù)正指標(biāo)。

將表3測(cè)試結(jié)果代入式（1）～（3），計(jì)算獲得高壓XLPE配方指標(biāo)同向化結(jié)果。

3．3 熵權(quán)模型及主觀權(quán)重

第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象第j項(xiàng)指標(biāo)出現(xiàn)的概率（p ij）、第j項(xiàng)指標(biāo)的信息熵（e j）、第j項(xiàng)指標(biāo)的熵權(quán)（ωj1）的計(jì)算分別見式（4）～（6）。

根據(jù)表3中配方2?！?＃的測(cè)試結(jié)果，經(jīng)上述公式計(jì)算，可得高壓XLPE配方指標(biāo)的熵權(quán)法權(quán)重，如表4所示。

根據(jù)高壓XLPE配方指標(biāo)評(píng)價(jià)模型及JB／T 10181標(biāo)準(zhǔn)，高壓XLPE配方指標(biāo)主觀權(quán)重（ωj2）見表4。

表4 高壓XLPE配方指標(biāo)的熵權(quán)法權(quán)重

3．4 熵權(quán)-主觀賦權(quán)法組合權(quán)重

第j項(xiàng)指標(biāo)熵權(quán)-主觀賦權(quán)法的組合權(quán)重（ωj）見式（7）。

式（7）中，β為主客觀權(quán)重系數(shù)。假設(shè)熵權(quán)和主觀賦權(quán)重要性相同，β取0．5，計(jì)算出高壓XLPE配方的組合權(quán)重見表5［7］。

表5 高壓XLPE配方指標(biāo)熵權(quán)-主觀賦權(quán)法組合權(quán)重

3．5 綜合評(píng)價(jià)

配方的評(píng)價(jià)結(jié)果（Q i）見式（8）。

根據(jù)公式（8）計(jì)算配方2?！?＃的評(píng)價(jià)結(jié)果分別為0．466，0．618，0．749，0．557，0．384，0．618，0．509。熵權(quán)-主觀賦權(quán)法組合權(quán)重評(píng)價(jià)結(jié)果中，高壓XLPE液體抗氧劑4＃配方LAO20X85最優(yōu)，可以考慮對(duì)該配方深入及放大試驗(yàn)研究。

組合權(quán)重評(píng)價(jià)結(jié)果中，7＃高壓XLPE固體抗氧劑配方和3＃高壓XLPE液體抗氧劑配方均為次優(yōu)配方，7＃配方SAO20X75為現(xiàn)有行業(yè)通用高壓XLPE固體抗氧劑配方。熵權(quán)-主觀賦權(quán)法組合權(quán)重評(píng)價(jià)用于高壓XLPE配方評(píng)價(jià)具有一定參考價(jià)值。

4 結(jié)論

a） 通過熵權(quán)-主觀賦權(quán)法組合權(quán)重可以兼顧主客觀因素，配方評(píng)價(jià)有一定區(qū)分度，一定程度上可以定量評(píng)價(jià)高壓XLPE配方優(yōu)劣，評(píng)價(jià)結(jié)果具有可靠性。

b） 熵權(quán)-主觀賦權(quán)法組合權(quán)重評(píng)價(jià)結(jié)果中，高壓XLPE液體抗氧劑4＃配方LAO20X85最優(yōu)，次優(yōu)為現(xiàn)有高壓XLPE固體抗氧劑7＃配方SAO20X75，可考慮對(duì)最優(yōu)配方進(jìn)一步深入及放大試驗(yàn)研究。