本發(fā)明涉及電力技術領域，尤其涉及一種用于對開關柜進行健康狀態(tài)評估的方法。

背景技術：

隨著經濟的快速發(fā)展，我國的電力供應形勢日益緊張，國家電力工業(yè)的迅速發(fā)展說明全國發(fā)、輸、配電的容量在不斷增加，電力系統(tǒng)在日益擴大，當然需要的電力設備也越來越多，電力設備故障一直是危及電力系統(tǒng)安全的主要因素，保證電力系統(tǒng)運行可靠性，對發(fā)展國民經濟尤其重要，為此，必須實時監(jiān)測電力設備的運行狀態(tài)，及時檢查出內部的早期故障，防止事故于未然。

在各種電力設備中，開關柜是電網系統(tǒng)中重要的電氣設備，開關柜的健康運行關系到配電網安全可靠性，因此，努力防止和減少開關柜的故障和事故的發(fā)生，保證開關柜的正常運行，是電力系統(tǒng)迫切需要解決的課題。

技術實現要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種用于對開關柜進行健康狀態(tài)評估的方法，能夠實現對開關柜的運行健康狀態(tài)進行準確的評估，便于對其進行合理使用和維修、故障預測以及管理等操作。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：

本發(fā)明提供了一種用于對開關柜進行健康狀態(tài)評估的方法，該包括以下步驟：

（1）建立指標物元分層模型；

（2）確定指標物元經典域和節(jié)域以及評估指標體系的權重；

（3）對二級指標物元進行評估，計算其關聯度，完成對二級指標物元的評估；

（4）綜合二級指標物元的評估結果，計算對應一級指標物元的關聯度，完成對一級指標物元的評估；

（5）綜合一級指標物元的評估結果，計算目標物元的關聯度，完成目標物元的評估；

（6）根據最終的綜合評分獲得開關柜健康狀態(tài)；

所述一級指標物元包括：本體、附件、操動系統(tǒng)及控制回路、輔助部件、標識；

所述二級指標物元包括：屬于本體的主回路直流電阻、絕緣電阻、導電連接點相對溫差或溫升、放電聲音、 SF6儀表指示，屬于附件的絕緣電阻、污穢、完整、凝露，屬于操動系統(tǒng)及控制回路的絕緣電阻、 分合閘操作、聯跳功能、五防功能、輔助開關投切情況，屬于輔助部件的接地引下線外觀、接地電阻、帶電顯示器、儀表指示，屬于標識的標識齊全；

所述經典域包括：良好、較好、一般、注意，其中，良好：0.85~1；較好：0.75~0.85；一般：0.6~0.75；注意：0~0.6；

所述節(jié)域取值范圍為：0~1。

優(yōu)選的，所述步驟（2）評估指標體系的權重，包括：采用層次分析法，按照判斷矩陣1~9級標度原則來判斷同一層次上兩元素之間的重要關系得到判斷矩陣，結合專家經驗法得到評估指標體系的權重。

優(yōu)選的，所述步驟（3）、步驟（4）、步驟（5）計算其關聯度，包括：

每個評估指標物元關于不同劃分等級的改進初等關聯函數為：

其中ρ(x,x₀,X)與ρ(x,x₀,X₀)分別為指標值x與經典域X₀和節(jié)域X的右側距，D(x,x₀,X)表征指標值x與經典域X₀和節(jié)域X的位值；

將開關柜狀態(tài)目標評估等級劃分為m個等級區(qū)間，含有n個指標的評估體系關聯度矩陣C為：

其中K(x_ij)表示關聯系數；

將各指標關聯度矩陣C進行規(guī)范化處理：

其中K(x_ij)表示關聯系數，max(|K(x_i?)|)表征第i行元素最大絕對值；

根據開關柜評估問題的需求，對于包含s個指標的評估物元綜合關聯度的計算公式為：

其中ω_i為第i個評估物元對應的指標權重，k(x_i)表征關聯矩陣的規(guī)范化處理；

優(yōu)選的，所述步驟（6）根據最終的綜合評分獲得開關柜健康狀包括：結合所述經典域：良好、較好、一般、注意的四種狀態(tài)及計算得到的所述關聯度進行評判。

本發(fā)明提供了一種對開關柜進行健康狀態(tài)評估的方法，該方法基于層次分析法獲得各層次的判斷矩陣，結合專家經驗法得到評估指標體系的權重，最后采用可拓學方法得到開關柜的健康狀態(tài)評估，對開關柜健康狀態(tài)做出及時、準確的評估， 能夠使得工作人員及時了解對應的開關柜的健康狀況，從而便于對其進行合理使用和維修、故障預測以及配電管理等操作。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例， 對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖 1 為本發(fā)明實施例提供的對開關柜進行健康狀態(tài)評估的方法的流程示意圖；

圖 2 為本發(fā)明實施例提供的開關柜的物元分層模型示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的 實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明實施例提供了一種對開關柜進行健康狀態(tài)評估的方法，如圖 1 所示，該方法包括：

步驟 S1、建立指標物元分層模型。

要實現對于開關柜健康狀態(tài)準確、全面地評估，需要準確把握能反映其運行狀態(tài)的狀態(tài)量，并結合狀態(tài)評估的可操作性，形成了包含試驗信息、運行信息、巡檢信息的狀態(tài)量集合，建立了開關柜狀態(tài)評估指標體系。評估指標體系分為二級，二級指標即為狀態(tài)量，如圖 2 所示。第一級指標包括：本體、附件、操動系統(tǒng)及控制回路、輔助部件、標識；第二級指標包括：屬于本體的主回路直流電阻、絕緣電阻、導電連接點相對溫差或溫升、放電聲音、 SF6儀表指示，屬于附件的絕緣電阻、污穢、完整、凝露，屬于操動系統(tǒng)及控制回路的絕緣電阻、 分合閘操作、聯跳功能、五防功能、輔助開關投切情況，屬于輔助部件的接地引下線外觀、接地電阻、帶電顯示器、儀表指示，屬于標識的標識齊全。

步驟 S2、確定指標物元經典域和節(jié)域以及確定評估指標體系的權重。

采用層次分析法的原理，按照判斷矩陣1~9級標度原則判斷同一層次上兩元素之間的重要關系，得到判斷矩陣，通過一級指標各指標之間的相互比較，得到的一級指標判斷矩陣及權重如表1所示。

表1一級指標判斷矩陣及權重向量

同理，依據專家打分，建立各一級指標的二級指標判斷矩陣，采用最大特征值法可以求出各個部件相應的狀態(tài)量的權重，表2所示：

表2 二級指標（狀態(tài)量）權重

由于開關柜狀態(tài)量指標單位各不相同，因此需要一個統(tǒng)一的衡量尺度對設備的狀態(tài)量進行評估。本實施例根據狀態(tài)量指標的劣化程度用得分對狀態(tài)量指標進行0~1量化，以0.6作為危險閾值，1為理想狀態(tài)，并以此對開關柜各個部件狀態(tài)進行打分。

狀態(tài)量指標分為定性指標和定量指標兩類。對于定性指標采用專家經驗法，根據對設備狀態(tài)的影響進行打分，分數越高表明設備運行狀態(tài)越好；對于定量指標評分模型采用線性分段函數，參考相關設備的國家標準以及企業(yè)標準繪制評分函數進行打分，將評估結果分為4個狀態(tài)，分別為：良好、較好、一般和注意。

本實施例收集了某10kV開關柜故障樣本數據，通過統(tǒng)計學方法計算出各個二級物元的量值的數學期望和均方差，然后，再構造各個物元的經典域和節(jié)域，根據開關柜狀態(tài)劃分標準和相關的試驗規(guī)程以及專家經驗等，可以給出各個指標的經典域和節(jié)域。

開關柜本體指標的經典域和節(jié)域，如表3所示：

表3 開關柜本體指標的經典域和節(jié)域

開關柜附件指標的經典域和節(jié)域，如表4所示：

表4附件指標的經典域和節(jié)域

操動系統(tǒng)及控制回路指標的經典域和節(jié)域，如表5所示：

表5 操動系統(tǒng)及控制回路指標的經典域和節(jié)域

輔助部件指標的經典域和節(jié)域，如表6所示：

表6輔助部件指標的經典域和節(jié)域

標識指標的經典域和節(jié)域，如表7所示：

表7 標識指標的經典域和節(jié)域

步驟S3、對二級指標物元進行評估，計算其關聯度，完成對二級指標物元的評估。

根據物元模型，在開關柜運行狀態(tài)評估體系中，可以把評估目標看作是目標物元，評估目標下面包含若干一級指標，可以把每個一級指標看作是一個一級指標物元；每個一級指標下面都包括若干個二級指標，每個二級指標可看作是一個二級指標物元；因此，指標物元分層體系與開關柜狀態(tài)評估指標體系是一一對應的。

假設某個指標物元的經典域X0=[a, b]，節(jié)域X=[c, d]，其中，X0?X體現了開關柜評估指標的特有性質。根據開關柜運行狀態(tài)的原始樣本數據，通過正態(tài)擬合方法就能夠求得各個指標物元的經典域；根據原始樣本數據中各個指標的最大值和最小值便能夠確定每一個指標物元的節(jié)域。

在開關柜健康狀態(tài)分層評估中，因為經過標準化處理的指標值的最優(yōu)點一般情況下靠近等級區(qū)間的右側，所以在這里引入右側距的概念，指標值x與區(qū)間X0的右側距為：

在開關柜狀態(tài)評估劃分等級區(qū)間當中，靠近等級最優(yōu)或最差區(qū)域的經典域與節(jié)域有公共端點，為了避免經典域X0與節(jié)域X存在公共點的問題，可以將靠近等級最優(yōu)區(qū)域的經典域上限取小于但是接近上限的值，將靠近等級最差區(qū)域的經典域下界取大于但是接近下限的值。指標值x與經典域X0和節(jié)域X的位值為：

在上式當中，ρ(x,x0, X)和ρ(x,x0 X0)分別為指標值x與經典域X0和節(jié)域X的右側距。

關聯函數是可拓學描述事物的量化工具，對于開關柜健康狀態(tài)分層評估問題，可拓評價物元模型關聯函數的構造方法有所變化。對于不同劃分等級區(qū)域，通常采用同一關聯函數計算式。但在最優(yōu)或最差等級區(qū)域內，也就是靠近最高或最低值時，要求ρ(x,X)= ρ(x,X0)= -1；如果繼續(xù)采用相同的關聯函數計算式，那么關聯函數值為0，但是此時x并不是等級最優(yōu)區(qū)域或者最差區(qū)域的臨界值。因此，當數值靠近等級最優(yōu)區(qū)域或最差區(qū)域的最高值或最低值時，采用同一關聯函數來計算該元素與區(qū)間套的關聯程度是不合理的。這里對這種情況下的關聯函數進行了改進，采用右側距替代距，最優(yōu)點x0選為靠近經典域上限的位置，將靠近等級最優(yōu)區(qū)域的經典域上限取小于但是接近上限的值，將靠近等級最差區(qū)域的經典域下界取大于但是接近下限的值，這樣就可以保證經典域X0與節(jié)域X沒有公共點。

每個評估指標物元關于不同劃分等級的改進初等關聯函數為：

其中與分別為指標值x與經典域X₀和節(jié)域X的右側距，表征指標值x與經典域X₀和節(jié)域X的位值；

如果將開關柜狀態(tài)目標評估等級劃分為m個等級區(qū)間，那么含有n個指標的評估體系關聯度矩陣C為：

其中K(x_ij)表示關聯系數；

將各指標關聯度矩陣C進行規(guī)范化處理：

其中K(x_ij)表示關聯系數，max(|K(x_i?)|)表征第i行元素最大絕對值；

根據開關柜評估問題的需求，對于包含s個指標的評估物元綜合關聯度的計算公式為：

其中ω_i為第i個評估物元對應的指標權重，k(x_i)表征關聯矩陣的規(guī)范化處理。

步驟S4、綜合二級指標物元的評估結果，計算對應一級指標物元的關聯度，完成對一級指標物元的評估。

綜合步驟S3獲得的二級指標物元的評估結果采用與步驟S3相同的方法計算對應一級指標物元的關聯度，完成對一級指標物元的評估。

步驟S5、綜合一級指標物元的評估結果，計算目標物元的關聯度，完成目標物元的評估。

綜合步驟S4獲得的一級指標物元的評估結果采用與步驟S3相同的方法計算目標物元的關聯度，完成目標物元的評估。

在本發(fā)明實施例的一個具體應用場景中，以某變電站低壓開關柜的試驗及巡檢數據為算例，計算其最終各種狀態(tài)相應的關聯度。該開關柜絕緣電阻阻值折算到20℃時為350MΩ，主回路直流電阻滿足設計要求，導電連接點相對溫差為9K，接頭溫度為70℃。無異常放電聲音，氣壓表指示在標準范圍內；附件絕緣電阻折算到20℃，一次絕緣電阻為1100 MΩ，二次絕緣電阻阻值為12 MΩ；有較為輕微污穢，絕緣件表面輕微破損；加熱器溫濕度控制器運行正常；操動系統(tǒng)及控制回路絕緣電阻阻值為2.5 MΩ，分合閘操作正常，聯跳功能正常完好，五防功能與輔助開關投切情況正常；輔助部件接地引下線外觀滿足設計要求，接地電阻3Ω，帶電顯示器正常工作，儀表指示正常；標識略微破損。

根據該低壓開關柜的實際健康狀態(tài)得到各部件狀態(tài)量得分如表8所示。

表8 各部件狀態(tài)量得分

根據各部件得分情況，可以得到各個二級指標對應的關聯度矩陣如表9所示.

表9 開關柜本體指標的關聯矩陣

開關柜附件指標的關聯矩陣如表10所示。

表10附件指標的關聯矩陣

操動系統(tǒng)及控制回路指標關聯矩陣，如表11所示.

表11操動系統(tǒng)及控制回路指標的關聯矩陣

輔助部件指標的關聯矩陣，如表12所示：

表12輔助部件指標的關聯矩陣

標識指標的關聯矩陣，如表13所示.

表13 標識指標的關聯矩陣

步驟 S6、根據最終的綜合評分獲得開關柜健康狀態(tài)。

將各二級指標按照各自權重加權之后可得到一級指標權重，同理可得到該段開關柜最終的關聯度向量最終的綜合評判結果為：[0.0958,-0.0039,-0.2913,-0.2543]。結合四種狀態(tài)評判，與良好狀態(tài)的關聯度為0.0958；與較好狀態(tài)的關聯度是-0.0039；與一般狀態(tài)的關聯度是-0.2913；與注意狀態(tài)的關聯度是-0.2543。因此，可證明該段開關柜運行在正常狀態(tài)。

綜上，本發(fā)明實施例提供了一種對開關柜進行健康狀態(tài)評估的方法，該方法基于層次分析法獲得各層次的判斷矩陣，結合專家經驗法得到估指標體系的權重，最后采用可拓學方法得到開關柜的健康狀態(tài)評估， 對開關柜健康狀態(tài)做出及時、準確的評估， 能夠使得工作人員及時了解對應的開關柜的健康狀況， 從而便于對其進行合理使用和維修、故障預測以及配電管理等操作。

通過以上的實施方式的描述，所屬領域的技術人員可以清楚地了解到本發(fā)明可借助軟件加必需的通用硬件的方式來實現，當然也可以通過硬件，但很多情況下前者是更佳的實施方式?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分可以以軟件產品的形式體現出來，該計算機軟件產品存儲在可讀取的存儲介質中，如計算機的軟盤，硬盤或光盤等，包括若干指令用以使得一臺計算機設備（可以是個人計算機，服務器，或者網絡設備等）執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述的方法。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。