電力設(shè)備健康狀態(tài)的全面在線評(píng)估是平衡經(jīng)濟(jì)性和可靠性的最佳策略。建立中壓真空斷路器的評(píng)估模型：通過(guò)分析斷路器各主要組成部分的故障特征，構(gòu)建健康性能評(píng)估指標(biāo)集；定義完好度概念，進(jìn)行指標(biāo)的歸一化處理；剖析指標(biāo)的耦合關(guān)系，采用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重；引入熵值法，量化指標(biāo)劣化的非同步性；建立一種基于雷達(dá)圖法的圖形化狀態(tài)評(píng)估方法，并在定量計(jì)算中引入?yún)⒖紭颖竞椭笜?biāo)不平衡值，特別是參考樣本區(qū)間的設(shè)計(jì)納入指標(biāo)的劣化速度特征，確保了劣化預(yù)警的充裕性和及時(shí)性。10 kV 真空斷路安全狀態(tài)評(píng)估表明，該模型簡(jiǎn)單、直觀、實(shí)用性強(qiáng)。

　　解除管制的電力市場(chǎng)環(huán)境使電力公司競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈，“降低電價(jià)，提高服務(wù)質(zhì)量”成為其工作的核心。供電設(shè)備狀態(tài)評(píng)估可避免設(shè)備盲目定期維護(hù)和定時(shí)報(bào)廢、延長(zhǎng)維護(hù)間隔及使用壽命，特別是能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備早期安全預(yù)警，是平衡經(jīng)濟(jì)性和可靠性、確保社會(huì)福利最大化的最佳策略。中壓真空斷路器作為配電網(wǎng)絡(luò)中重要的控制和保護(hù)設(shè)備，其健康狀態(tài)評(píng)估研究在各國(guó)相繼展開(kāi)。

　　電力設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)估包括評(píng)估指標(biāo)體系和評(píng)估方法。目前斷路器評(píng)估指標(biāo)體系分為2 大類：

　　1)基于振動(dòng)信號(hào)、跳閘線圈電流等單一參量的多個(gè)特征值或特征時(shí)刻的評(píng)估方法，如文獻(xiàn)[通過(guò)小波包分解重構(gòu)、短時(shí)能量法并選用漢明窗來(lái)提取振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域和頻域特征值，以振動(dòng)信號(hào)的2 個(gè)特征值來(lái)判別動(dòng)作是否正常。文獻(xiàn)采用跳閘過(guò)程中反映典型機(jī)械動(dòng)作事件的線圈電流持續(xù)時(shí)間來(lái)描述斷路器動(dòng)作信息和動(dòng)作準(zhǔn)確性。單一參量指標(biāo)物理意義明確但反映的信息有限，主要用于斷路器常見(jiàn)機(jī)械、控制回路故障判別。

　　2)為對(duì)斷路器狀態(tài)進(jìn)行全面評(píng)估，文獻(xiàn)采用了包括機(jī)械特性、電氣特性、絕緣介質(zhì)、工作環(huán)境等5 大部分?jǐn)?shù)十種型式試驗(yàn)指標(biāo)集的評(píng)估方法。型式試驗(yàn)指標(biāo)集雖然全面卻存在某些指標(biāo)在線不可測(cè)問(wèn)題，通常適用于斷路器離線狀態(tài)評(píng)估。現(xiàn)有的斷路器評(píng)估方法主要基于智能算法、模糊理論、可拓物元法、概率統(tǒng)計(jì)理論。

　　智能算法需要大量的歷史數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，CPU 占用率長(zhǎng)期高達(dá)100%，影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。模糊理論和概率統(tǒng)計(jì)理論等均為數(shù)據(jù)融合技術(shù)支持下的評(píng)估方法，在一定程度上解決了斷路器狀態(tài)評(píng)估問(wèn)題，但屬于數(shù)值定量評(píng)估法，存在抽象、無(wú)法形象地將多維預(yù)警數(shù)據(jù)和預(yù)警結(jié)果表示出來(lái)的缺點(diǎn)。

　　為此，本文提出了一種基于雷達(dá)圖的圖形化評(píng)估模型。而且特別需要指出的是目前狀態(tài)評(píng)估研究都沒(méi)有考慮特征參量發(fā)展不平衡對(duì)評(píng)估結(jié)果的影響，文獻(xiàn)通過(guò)潮流熵解釋了電網(wǎng)在平均負(fù)載率較低時(shí)由于線路潮流分布的高度不均衡而進(jìn)入自組織臨界態(tài)，從而驗(yàn)證了狀態(tài)評(píng)估必須考慮特征參量的不平衡度。

　　為全面、直觀地對(duì)中壓真空斷路器的健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，本文論述表征斷路器健康狀態(tài)的研究成果，并兼顧全面、可測(cè)原則建立了狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系；介紹指標(biāo)處理中的3 個(gè)重要環(huán)節(jié)，特別是引入熵值定量計(jì)算指標(biāo)的不平衡度；最后針對(duì)目前評(píng)估方法過(guò)于抽象的缺點(diǎn)，結(jié)合雷達(dá)圖思想，建立了一種圖形與數(shù)值相結(jié)合的多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法，將多維評(píng)估數(shù)據(jù)和評(píng)估結(jié)果形象地表示出來(lái)，真空技術(shù)網(wǎng)(http://shengya888.com/)認(rèn)為該方法特別適用于特征參量數(shù)量適中(5 個(gè)以下)，需要實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警的電力設(shè)備的狀態(tài)評(píng)估。

　　1、中壓真空斷路器性能指標(biāo)體系

　　斷路器健康狀態(tài)評(píng)估，首先需要明確斷路器各組成部分的故障特性，這些特征可通過(guò)一系列指標(biāo)描述。指標(biāo)選取時(shí)應(yīng)遵循3 個(gè)基本原則：獨(dú)立性，即確保指標(biāo)數(shù)量盡可能少；可測(cè)性，是在線評(píng)估的必要條件；全面性，指標(biāo)能夠囊括當(dāng)前已發(fā)現(xiàn)故障。中壓真空斷路器操作機(jī)構(gòu)失靈、導(dǎo)電觸頭燒蝕、滅弧室真空度劣化、隔離觸頭接觸不良是各類重大事故的誘因，相關(guān)的故障特征量包括：

　　1)跳合閘線圈電流(trip coil current，TCC)。

　　快速切斷故障電流是斷路器的首要任務(wù)和可靠性體現(xiàn)，電流切斷過(guò)程[3]由控制線圈得電、電磁鐵移動(dòng)、電磁鐵到達(dá)并碰撞彈簧鎖、電磁鐵在緩沖器作用下停止、彈簧解鎖、主觸點(diǎn)斷開(kāi)、輔助觸點(diǎn)斷開(kāi)、電磁鐵失電回到起始位置等一系列事件構(gòu)成。電磁線圈中的電流也隨著電磁運(yùn)動(dòng)過(guò)程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化而變化，而且性能完好的斷路器其線圈電流變化趨勢(shì)具有一致性。通過(guò)檢測(cè)跳閘過(guò)程中45 個(gè)關(guān)鍵事件的時(shí)間，可了解二次控制回路、鐵心卡滯、主輔觸點(diǎn)等操作機(jī)構(gòu)的情況，為斷路器健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供依據(jù)。

　　2)振動(dòng)信號(hào)(vibration signal，VS)。

　　斷路器是一種瞬動(dòng)式機(jī)械，其分合過(guò)程伴隨著不同撞擊事件，這些沖擊振動(dòng)波形呈上升和衰減過(guò)程，可通過(guò)振動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間及幅值事件、小波變換、經(jīng)驗(yàn)?zāi)�態(tài)分解[17]的方法獲取特征量。大量實(shí)驗(yàn)表明，同類型斷路器在健康狀態(tài)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)相似，這為通過(guò)比較同種類型不同斷路器振動(dòng)信號(hào)來(lái)判別狀態(tài)優(yōu)劣提供了依據(jù)。文獻(xiàn)采用基于歐氏距離的辨識(shí)比來(lái)表征斷路器的相似性，分辨斷路器機(jī)械故障的正常和異常狀態(tài)。振動(dòng)信號(hào)具有更寬的機(jī)械故障評(píng)估范圍，除控制單元和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以外，還包括螺絲松動(dòng)、緩沖失效及三相同期性。

　　3)電壽命(electrical endurance，EE)。

　　電壽命是真空斷路器電氣開(kāi)斷能力的表征，影響電壽命的主要因素是導(dǎo)電觸頭的電磨損，而電磨損又與切斷故障點(diǎn)故障電流的幅值和開(kāi)斷次數(shù)有關(guān)，故障電流大小和次數(shù)的隨機(jī)性使電壽命成為影響斷路器使用壽命的最不穩(wěn)定因素。隨著配電系統(tǒng)容量的不斷增加，故障電流的幅值也越來(lái)越大，必須對(duì)其進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)與評(píng)估，電壽命的耗盡意味著斷路器服役的終止。文獻(xiàn)推導(dǎo)了用于狀態(tài)評(píng)估的真空斷路器剩余壽命計(jì)算式，文獻(xiàn)根據(jù)變壓器出口總電流及電力公司信息系統(tǒng)確定計(jì)算式中開(kāi)斷電流，克服了用電流互感器測(cè)量短路電流存在的磁飽和問(wèn)題，為在線評(píng)估全面推廣奠定基礎(chǔ)。

　　4)真空度(vacuum density，VD)。

　　真空滅弧室作為真空斷路器的核心部件，真空度，即真空壓強(qiáng)直接影響著其絕緣與開(kāi)斷性能。真空滅弧室受制造工藝限制，特別是工作時(shí)觸頭材料的放氣與吸氣，使得真空度隨時(shí)間增加而降低，低于一定值時(shí)，真空滅弧室將失去電氣性能，從而引發(fā)爆炸事故。文獻(xiàn)采用內(nèi)置式雙波紋管檢測(cè)技術(shù)，利用外界壓力和真空室自閉力平衡原理，實(shí)現(xiàn)了真空度的在線測(cè)量,適用于更換了新型滅弧室的斷路器；文獻(xiàn)提供了一種通用的真空度在線檢測(cè)方法。

　　5)隔離觸頭溫度(contact temperature，T)。

　　隔離觸頭因壓力不夠、接觸面不平、觸頭氧化等原因，觸頭常過(guò)熱，而高溫將造成金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度下降、母線變形熔化、絕緣材料壽命降低，最終將導(dǎo)致絕緣擊穿，引發(fā)事故。文獻(xiàn)給出了高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)隔離觸頭的測(cè)溫方案。

　　從上述分析可以看出：斷路器狀態(tài)的劣化必然伴隨著指標(biāo)值的變化，根據(jù)擬定的指標(biāo)篩選原則，本文選用振動(dòng)信號(hào)(IVS)、電壽命(IEE)、真空度(IVD)和隔離觸頭溫度(IT)4 個(gè)指標(biāo)值來(lái)綜合評(píng)估真空斷路器的健康狀態(tài)。指標(biāo)體系可進(jìn)一步設(shè)計(jì)成開(kāi)放的，便于新的故障模式下增加相應(yīng)特征參量。

　　5、結(jié)論

　　基于 IVS、IVD、IEE、IT 表征中壓真空斷路器健康狀態(tài)的指標(biāo)集，建立了一種定性與定量相結(jié)合的斷路器狀態(tài)評(píng)估模型。10 kV 真空斷路器的監(jiān)測(cè)與評(píng)估結(jié)果表明：本文所建指標(biāo)體系合理，能夠囊括所有部件的故障特征；所定義的完好度函數(shù)，不僅使各項(xiàng)指標(biāo)在時(shí)間和空間維度上具有可比性，而且使監(jiān)測(cè)指標(biāo)值均以較高的概率落在評(píng)估軸上；采用APH 和熵值法確定指標(biāo)權(quán)重及不平衡度，實(shí)現(xiàn)了重要指標(biāo)預(yù)警的及時(shí)性并易于發(fā)現(xiàn)單項(xiàng)指標(biāo)加速劣化的趨勢(shì)；兼顧指標(biāo)劣化特征的參考樣本區(qū)間設(shè)計(jì)，確保了預(yù)警的充裕性；引入的紅、橙、黃、綠狀態(tài)評(píng)估參考樣本，可以確定斷路器不同時(shí)段及不同型號(hào)斷路器的優(yōu)劣特性，有助于優(yōu)化維修及訂購(gòu)策略；采用的雷達(dá)圖法圖形化評(píng)估過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了多維數(shù)據(jù)的圖形化展示，使預(yù)警結(jié)果簡(jiǎn)明、清晰。然而，該模型若擴(kuò)展到狀態(tài)維修，還需嵌入到專家系統(tǒng)，進(jìn)一步確定故障模式和故障位置，同時(shí)增加模型的自學(xué)習(xí)功能，下一步將會(huì)對(duì)其進(jìn)行完善。