基于模糊理論的一二次融合斷路器狀態評估

馮加坤 安德寶 李濤

摘?要：隨著我國經濟在快速發展，社會在不斷進步，綜合國力顯著加強，文中借助組合賦權和模糊理論對一二次融合斷路器的性能狀態進行綜合評估。首先根據一二次融合斷路器自身性能特點建立了一種能夠反映性能狀態水平的評價指標體系;其次利用層次分析法確定主觀權重，熵值法確定客觀權重，并通過組合權重法確立了各指標的綜合權重;最后利用模糊綜合評判法對已投運的設備進行模糊綜合評估，利用模糊理論確立所需的隸屬函數，運用反模糊綜合評判量化評估結果。將評估結果與測試系統的檢測結果對比，驗證了所提方法的合理性以及評估模型的有效性。

關鍵詞：一二次融合斷路器;狀態評估;層次分析法;熵權法;模糊綜合評判

引言

隨著電網建設的不斷深化，越來越多的智能型柱上開關應用于電網架空線路，使得電網的智能化得到進一步的發展。但在智能化發展的同時出現了一些新的問題并嚴重制約了智能型柱上斷路器的應用。在智能化的應用過程中設備出現故障后不同項目、工程的接口技術要求不統一、不標準，直接導致一二次設備接口不匹配，兼容性、擴展性、互換性差，使得線路設備管理及故障處理復雜化;設備在使用過程中會出現各種故障，其產生原因復雜性各不相同，加之柱上斷路器的使用場所使得故障分析較困難，這將造成設備一旦出現故障，就難以確定故障原因，責任難以界定，導致一二次設備生產廠家相互推諉;智能柱上斷路器目前均使用傳統的電磁式互感器，存在磁飽和和鐵磁諧振等傳統問題;缺乏規范的一二次設備聯動測試的機制等問題。

1現階段配電網需要解決的關鍵問題

隨著國家電改政策的逐步推進，新的售電公司的出現形成新的競爭格局，配網的運行效率和效益將成為電網公司需要面對的實際關鍵問題。（1）提高配網故障搶修效率，減少停電時間（這依賴于短路和接地故障的自動隔離水平）。通過精益化線損管理，降低配網的線損率，提高經濟效益。（2）配電網設備現階段存在的以下問題：問題一：加快配電網建設升級改造的過程中，配電自動化系統所涉及的一二次設備的連接接口不相互匹配，兼容性、互換性、擴展性差，電氣設備部件較多，安裝難度較大的問題;問題二：隨著配電網對線損計量、選擇性保護等功能的要求越來越高，導致需求設備種類繁多;電氣設備需要支持線損計算統計要求。問題三：目前一二次設備都是遵循分開檢測，分別供貨的模式。缺少配電一二次設備整體測試機制和規范，一二次設備廠家責任不分明，容易在供貨時產生糾紛和分歧。綜上所述，為了解決以上幾個關鍵問題，提出了配電網設備一二次融合成套技術方案。

2模糊理論的一二次融合斷路器狀態評估

2.1模糊綜合評判

模糊綜合評價理論應用廣泛。應用模糊綜合評估理論，對地區帶電網AVC控制策略進行評估，用以分析控制策略的優劣和不足。通過模糊層次分析法確定指標權重，并在采集的數據基礎上對分光電源分層的電能質量綜合評估，各自采用了對應的評價理論對研究對象的可靠性進行了評估。文中模糊評估的基本方案展開如下：（1）評語集的確立根據融合斷路器實際的工作情況，考慮對其性能評估的可靠性和精度建立包含5個涉及斷路器狀態的評語等級，性能指標狀態的評語集集合可以描述為{嚴重預警，預警，一般，正常，良好};（2）指標權重的確定為了使所確定的指標權重與相應屬性與對斷路器的影響程度具有較高的吻合度，本研究采用的權重賦權方法為組合賦權法，即主客觀綜合賦權法，采用加法集成的方式對權重進行確定。ωi=αai+（1-α）bi，（0≤α≤1）式中：ωi為第i個指標量的組合權重，a，b分別表示各自的主觀權重和客觀權重，α為主客觀偏好系數，對主客觀偏好系數的取值為0.5，即主客觀權重的加權平均值。（3）評估指標隸屬函數的確定文中采用的隸屬函數已得到廣泛認可，應用半梯形和三角形作為指標的隸屬函數。其中V1在0～60范圍內，屬于嚴重預警;V2在60～70范圍內，屬于預警;V3在70～80范圍內，性能狀態屬于一般;V4在80～90，性能狀態屬于正常;V5在90～100，性能狀態屬于良好。

2.2開關量采集及變位判斷程序的實現

開關量的采集程序主要由主控芯片STM32F407來處理完成，采用定時器設置了每隔1ms對開關量進行一次數據的采集，同時判斷是否發生變位。若發生變位則記錄下發生變位的時間，同時記錄變位狀態（斷路器等高壓開關設備的斷開或者閉合）。確定變位之后，將相關的變位時間和變位狀態信息數據發送給ARM處理器，由ARM對開關量信息進行處理;若沒有發生變位則不需要傳送。開關量信號采樣的可靠性對于整個系統能否正常穩定地工作，起著重要的作用。開關量信號在采集過程中存在抖動現象。開關量抖動就是由于開關量在輸入過程中受到外界干擾使得采樣通道采集到錯誤的開關狀態并上報給主控層進而產生告警信息，影響了整個系統的可靠性。為了確保開關信號的實時性與準確性，在本文的軟件設計中，筆者加入了去抖算法。給定一個固定時間T，當信號發生時，如果信號抖動時間△t小于T，之后進入一個穩定的狀態，則認為開關量發生變位并取抖動之前的時間為SOE（帶變位時標的開關信息的事件順序記錄）時間;當抖動時間△t大于T時，則認為開關量輸入信號受到干擾，應放棄本次判斷，并重新采集。

2.3 一二次成套FTU的組成和核心功能

（1）FTU主要組成部分核心單元（箱式）或功能插板（罩式）;電源管理模塊和后備電源（免維護閥控鉛 酸蓄電池或超級電容），滿足FTU、通信設備及配套操作機構電源要求;無線通信模塊，支持4G/3G/2G五模自適應（選配）;電磁式配電線損模塊（分界除外）;航空接插件，304不銹鋼機箱（IP55）或玻璃鋼材質罩式機殼（IP66）。（2）FTU核心功能支持軟件加密與硬件加密功能，基于內嵌安全芯片實現的信息安全防護功能，支持SM1加密和解密，算法的簽名和鑒簽功能，滿足滿足電力二次安防有關規定及國網信息安全監測要求。與配電主站實現雙向身份認證、參數配置等的簽名驗證、數據的加解密與完整性保護。除具備常規“三遙”功能，還具有相間短路、單相接地等故障處理能力，滿足就地FA功能（自適應綜合型、電壓時間型、電壓電流時間型）。保護功能滿足《配電自動化終端子站功能規范》及《配電自動化終端技術規范》相關要求。具備短路故障判別功能，配合負荷開關使用時結合變電站出線開關的動作邏輯實現故障的有效隔離。配合柱上斷路器，具備故障直接切除功能并可選配三次自動重合閘功能，支持重合閘后加速。具有來電延時合閘功能、自適應延時合閘和單側失電延時投入功能。

結語

文中以一二次融合斷路器的性能狀態為研究對象，建立了斷路器的狀態評估體系;采用組合賦權的形式確立各指標的綜合權重，規避了過度依靠專家意見或過度的主觀經驗論帶來的弊端;同時運用模糊綜合評估理論，得出量化后的斷路器的評估結果，分析結果有利于提高一二次融合斷路器的評估運維水平。

參考文獻

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[2]常怡東，張開軒，金瀟.基于物元可拓理論的高壓斷路器狀態評估方法[J].高壓電器，2017，53（9）：107-113.