基于組合權(quán)重模型對高壓電纜絕緣料性能評價

高凱 左勝武 曾浩 王傳博 朱智恩

［1．南瑞集團有限公司（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價絕緣料配方好壞，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低密度聚乙烯（LDPE）樹脂二次熔融加工，費時費力，而且可能對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。

建立一個綜合評價體系，科學(xué)地研究XLPE高壓電纜絕緣料（以下簡稱高壓XLPE）液體抗氧劑配方對絕緣料電氣等性能的影響，目前相關(guān)報道較少。評價指標(biāo)的權(quán)重賦值不同，綜合評價結(jié)果往往大相徑庭［1］。下面以6個高壓XLPE液體抗氧劑配方和現(xiàn)有2個高壓XLPE固體抗氧劑配方為基礎(chǔ)，選取拉伸強度等9項指標(biāo)，采用熵權(quán)法與主觀賦權(quán)法對其評價指標(biāo)進行科學(xué)賦權(quán)，對高壓XLPE的綜合性能進行評價，以篩選其優(yōu)勢配方。

1 試驗部分

1．1 主要原料及儀器設(shè)備

高壓XLPE專用基料，LDPE 2220HSC，揚子石化-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。

萬能試驗機，K-LDW，蘇州凱特爾儀器設(shè)備有限公司；高阻計，ZC36，上海第六電表廠有限公司；熱老化試驗箱，RY100，常熟市環(huán)境試驗設(shè)備有限公司；介電常數(shù)和介質(zhì)損耗測試裝置，QS37，上海楊高電器有限公司；電壓擊穿試驗儀，ZJC-100E，北京中航時代儀器設(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)評價模型

2．1 指標(biāo)評價模型

目前，評價絕緣料配方往往考察多個性能，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，但很難得到對絕緣料配方的整體評價結(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價帶來了挑戰(zhàn)。以下根據(jù)絕緣料特點和使用要求，將絕緣料配方評價指標(biāo)劃分為機械性能集和電氣性能集，優(yōu)選拉伸強度、斷裂伸長率、拉伸強度變化率、斷裂伸長率變化率、熱延伸、體積電阻率、介電強度、介質(zhì)損耗角正切值和相對介電常數(shù)9項指標(biāo)，建立高壓XLPE指標(biāo)評價模型［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XLPE的力學(xué)性能和電氣性能指標(biāo)進行評估，具體見表2。

表2 高壓XLPE性能

2．3 高壓XLPE配方指標(biāo)測試結(jié)果

依據(jù)表1要求，高壓XLPE 8個配方指標(biāo)的 測試結(jié)果見表3。

表3 高壓XLPE配方指標(biāo)測試結(jié)果

由表2和表3可知，配方1＃熱老化試驗中，拉伸強度變化率不符合±20%要求，因此直接排除配方1＃，僅對其余7個配方的指標(biāo)進行分析與對比。通過表3還可以得出，配方指標(biāo)測試結(jié)果無單邊優(yōu)勢，不易選出優(yōu)勢配方。

3 熵權(quán)-主觀賦權(quán)法組合權(quán)重與綜合評價

3．1 熵權(quán)法

熵權(quán)法是以評價對象指標(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價不同指標(biāo)的權(quán)重大小［3］。

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)（即某個值或某個區(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，要求所有指標(biāo)方向一致［5］。通常采用將逆指標(biāo)正向化，對逆指標(biāo)采用差值法，對材料體積電阻率等指數(shù)型的指標(biāo)采用對數(shù)法［6］。

設(shè)有m個評價對象，n個評價指標(biāo)，原始數(shù)據(jù)為x ij（i＝1，．．．，m；j＝1，．．．，n），首先對所有指標(biāo)進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個評價對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）為對數(shù)正指標(biāo)。

將表3測試結(jié)果代入式（1）～（3），計算獲得高壓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個評價對象第j項指標(biāo)出現(xiàn)的概率（p ij）、第j項指標(biāo)的信息熵（e j）、第j項指標(biāo)的熵權(quán)（ωj1）的計算分別見式（4）～（6）。

根據(jù)表3中配方2＃～8＃的測試結(jié)果，經(jīng)上述公式計算，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)評價模型及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 綜合評價

配方的評價結(jié)果（Q i）見式（8）。

根據(jù)公式（8）計算配方2＃～8＃的評價結(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)重評價結(jié)果中，高壓XLPE液體抗氧劑4＃配方LAO20X85最優(yōu)，可以考慮對該配方深入及放大試驗研究。

組合權(quán)重評價結(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)重評價用于高壓XLPE配方評價具有一定參考價值。

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，配方評價有一定區(qū)分度，一定程度上可以定量評價高壓XLPE配方優(yōu)劣，評價結(jié)果具有可靠性。

b） 熵權(quán)-主觀賦權(quán)法組合權(quán)重評價結(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，可考慮對最優(yōu)配方進一步深入及放大試驗研究。