一二次融合真空斷路器運行狀態智能評估方法

云南電網有限責任公司紅河供電局 董 昊 崔 軍 戴 曉 段志云 饒永杰

1 引言

隨著電力工業的迅猛發展和電網的不斷升級，真空斷路器在電力系統中扮演著越來越重要的角色。然而，由于其特殊的工作環境和高要求的安全性能，真空斷路器的運行狀態評估一直是電力工程領域的一個重要研究方向。傳統的真空斷路器運行狀態評估方法多依賴于人工解讀和分析數據，存在主觀性和不確定性，難以滿足電力系統安全穩定運行的需求[1]。因此，基于智能評估方法的真空斷路器運行狀態評估方法成為當前的研究熱點之一，通過采用機器學習和人工智能算法對真空斷路器的大量數據進行訓練和建模，實現對真空斷路器的運行狀態進行全面的評估，提高其安全性能和可靠性，為電力系統的安全穩定運行提供保障。

2 一二次融合真空斷路器的結構和工作原理

2.1 一二次融合真空斷路器的分類和應用場景

2.1.1 分類

一二次融合真空斷路器型號配置見表1。 一二次融合真空斷路器型號說明如圖1所示。

表1 一二次融合真空斷路器型號配置

圖1 一二次融合真空斷路器型號說明

根據額定電壓的不同，真空斷路器可分為低壓、中壓和高壓三種；根據開斷能力的不同，真空斷路器可分為普通型、快開型和超快開型三種；根據結構形式的不同，真空斷路器可分為單柱式、雙柱式和固定式三種；根據應用領域和要求的不同，真空斷路器還有一些特殊類型，如航天用真空斷路器、鐵路用真空斷路器等[2]。

2.1.2 應用場景

一是電力系統中的應用：真空斷路器廣泛應用于電力系統中，主要用于電力輸變電、電力配電等場合。由于其體積小、重量輕、可靠性高等特點，已成為主流的高壓開關設備。

二是工業生產中的應用：真空斷路器在工業生產中也有廣泛的應用，主要用于保護各種設備和系統的安全穩定運行，如電動機、變壓器、電焊機等。

三是航空航天用途：真空斷路器還廣泛應用于航空航天領域，主要用于空間艙內的電源、配電系統和推進系統等場合。

四是其他領域的應用：真空斷路器還可以用于高速鐵路、地鐵、礦山等場合，保障各種設備的安全穩定運行。

2.2 一二次融合真空斷路器的結構和特點

2.2.1 結構

一二次融合真空斷路器是一種廣泛應用于高壓電力系統中的斷路器，其結構主要由一次側和二次側兩個部分組成。一次側主要由真空滅弧室、電子式傳感器、絕緣極柱、彈操機構等組成，具備承受和斷開主電路的電流，采集線路電流和電壓信號，隔離線路故障等功能。二次側則包括繼電器、單片機、測量電路、計量板和后備電源等，用于測量一次側采集的線路數據，進行線路電流和電壓數據分析和反饋，控制和斷開斷路器的輔助電路 ，精準分析和隔離線路故障。

在一二次融合真空斷路器中，一次側和二次側緊密結合，相互協調工作，通過二次側終端下發命令，控制一次側機械動作，實現斷路器的閉合和斷開操作。同時，其采用真空滅弧室（電弧滅弧介質為真空），具有快速滅弧、低噪聲、低污染等優點，能夠滿足高壓電力系統對斷路器的安全、可靠和經濟的要求。

2.2.2 特點

一二次融合真空斷路器是一種新型的高壓電力系統斷路器，具有高可靠性、高靈敏度、維護簡便、高安全性、可靠性高等特點，一二次融合真空斷路器采用真空作為電弧滅弧介質，能夠快速滅弧，避免電弧延續時間過長而導致的設備損壞，具有非常高的可靠性，提升了配電網電力系統的穩定性和可靠性。

2.3 一二次融合真空斷路器的工作原理和故障形態

2.3.1 工作原理

一二次融合真空斷路器的工作原理是通過一次側和二次側的協同作用實現對電路的斷開和閉合。

當需要閉合電路時，二次側終端下發合閘命令，后備電源輸出電能，驅動斷路器彈操機構運轉儲能完成，再驅動合閘電磁鐵動作，實現斷路器合閘，此時電流從進線端流入，經過真空滅弧室內的觸頭系統，再經過出線端流出，實現線路的閉合。

當需要斷開電路時，當二次側終端下發分閘命令后，后備電源提供電能，驅動斷路器分閘電磁鐵動作，實現斷路器分閘，此時真空滅弧室觸頭處于打開狀態，由于真空具有良好的絕緣作用，電流不能流通，電壓不能導通，實現線路的斷開。

在真空滅弧室內，電弧熄滅后，殘留的離子會隨著電場作用被吸附在觸頭和真空滅弧室之間的絕緣表面上，絕緣強度得以恢復。

2.3.2 故障形態

一二次融合真空斷路器在使用過程中可能會出現的故障形態包括：

觸頭燒損：由于長期電弧熔融的作用，觸頭表面可能會出現燒損、氧化等情況，導致接觸不良，影響斷路器的使用效果。

觸頭彈簧失效：斷路器觸頭的彈簧系統可能會因為彈力減弱、疲勞等原因而失效，導致觸頭無法緊密閉合，影響斷路器的使用效果。

氣密性能下降：由于真空滅弧室和絕緣表面長期受到電弧的作用，可能會出現表面燒傷、氧化等情況，導致氣密性能下降，從而影響斷路器的使用效果。

絕緣部件損壞：由于斷路器的絕緣部件長期經受風吹日曬、紫外線照射和線路高電壓，以及可能經受雷擊等自然災害，可能會導致出現絕緣性能降低，甚至絕緣異常等情況，從而導致斷路器不能正常工作。

控制系統故障：斷路器的電子控制系統可能會出現軟件或硬件故障，導致斷路器無法控制或失去響應，從而影響斷路器的使用效果。

此類故障形態可能會導致一二次融合真空斷路器無法正常工作，需要及時進行維修或更換，以保證高壓電力系統的安全和穩定運行。

3 一二次融合真空斷路器運行狀態智能評估技術

3.1 數據挖掘和特征提取

一二次融合真空斷路器的運行狀態智能評估技術結合了數據挖掘和特征提取兩種技術手段，旨在從大量的斷路器運行數據中提取有效信息，對斷路器的運行狀態進行智能評估和預測。數據挖掘技術主要用于從大量的歷史運行數據中挖掘出對斷路器運行狀態具有關聯性和預測能力的數據特征。

特征提取技術則主要用于從原始數據中提取有效的特征，以便更好地描述和表示斷路器的運行狀態。這些特征可能包括時間序列分析、頻域分析、小波變換等方法得到的幅值、相位、頻率等參數，通過這些參數的組合和建模，可以更準確地描述斷路器的運行狀態和特征，為斷路器的智能維護和故障診斷提供有力的支持。

3.2 機器學習算法和模型構建

機器學習算法可以自動從大量的歷史數據中學習并建立模型，從而可以對未知的數據進行預測和分類。在一二次融合真空斷路器的狀態評估中，可以使用機器學習算法來訓練模型，預測斷路器的狀態和可能出現的故障。

在模型構建方面，可以使用支持向量機、神經網絡、隨機森林等機器學習算法來構建預測模型。這些模型可以通過對大量歷史數據的學習和分析，識別出與斷路器運行狀態有關的因素和特征，并對未知的數據進行準確預測和分類。將機器學習算法和模型構建技術與數據挖掘和特征提取技術相結合，可以提高斷路器運行狀態的預測和評估的準確性和精度。

3.3 運行狀態預測和診斷方法

一二次融合真空斷路器的運行狀態智能評估技術可以結合運行狀態預測和診斷方法，來進一步提高斷路器運行狀態的評估和預測的準確性和精度。運行狀態預測方法主要是基于歷史數據的趨勢和模式分析，通過預測未來一段時間內的數據變化，來推斷斷路器未來的運行狀態和可能出現的故障。運行狀態診斷方法則是通過對實時數據的監測和分析，來判斷當前的斷路器狀態和可能存在的問題。

將運行狀態預測和診斷方法結合起來，可以實現全面、準確的斷路器狀態評估和預測。具體來說，可以利用歷史數據進行運行狀態預測，然后結合實時數據進行狀態診斷和修正，以實現更加準確的狀態評估和預測。

4 一二次融合真空斷路器運行狀態智能評估方法試驗案例分析

本案例分析采用一臺10kV 電壓等級的一二次融合真空斷路器作為研究對象，試驗過程中采用了智能評估方法對其運行狀態進行評估，并與傳統評估方法進行對比。

一是數據采集：在斷路器運行過程中，使用高精度電子式傳感器采集線路數據，包括相電流、零序電流、相電壓、零序電壓、線電壓以及電池電壓。通過采集的數據，建立真空斷路器的狀態監測數據庫。

二是特征提取：對采集到的數據進行處理和分析，提取出各項運行參數的特征，包括電流、電壓、溫度、頻率、有功功率、無功功率和功率因數等，形成真空斷路器的特征數據庫。

三是建立評估模型：采用機器學習和人工智能算法，對特征數據庫進行訓練和建模，建立了真空斷路器運行狀態評估模型。該模型能夠自動學習真空斷路器各項運行參數之間的關系，進而判斷其運行狀態是否正常。

四是評估試驗：通過對真空斷路器的運行狀態進行評估試驗，驗證了評估模型的準確性和可靠性。試驗結果表明，基于智能評估方法的真空斷路器運行狀態評估方法具有更高的準確性和可靠性。

五是與傳統評估方法對比：通過與傳統的真空斷路器運行狀態評估方法進行對比，發現基于智能評估方法的評估結果更加準確和可靠。傳統評估方法往往需要人工解讀和分析數據，存在主觀性和不確定性，而基于智能評估方法的評估結果更加客觀和準確。

本案例研究基于智能評估方法的一二次融合真空斷路器運行狀態評估方法具有更高的準確性和可靠性，能夠為真空斷路器的安全運行提供重要保障。

5 結語

基于智能評估方法的一二次融合真空斷路器運行狀態評估方法是一種全新的評估方法，相比傳統評估方法具有更高的準確性和可靠性。通過采用機器學習和人工智能算法對真空斷路器的大量數據進行訓練和建模，實現了對真空斷路器的運行狀態進行全面的評估。