基于模糊理论的一二次融合断路器状态评估

冯加坤 安德宝 李涛

摘 要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，综合国力显著加强，文中借助组合赋权和模糊理论对一二次融合断路器的性能状态进行综合评估。首先根据一二次融合断路器自身性能特点建立了一种能够反映性能状态水平的评价指标体系;其次利用层次分析法确定主观权重，熵值法确定客观权重，并通过组合权重法确立了各指标的综合权重;最后利用模糊综合评判法对已投运的设备进行模糊综合评估，利用模糊理论确立所需的隶属函数，运用反模糊综合评判量化评估结果。将评估结果与测试系统的检测结果对比，验证了所提方法的合理性以及评估模型的有效性。

关键词：一二次融合断路器;状态评估;层次分析法;熵权法;模糊综合评判

引言

随着电网建设的不断深化，越来越多的智能型柱上开关应用于电网架空线路，使得电网的智能化得到进一步的发展。但在智能化发展的同时出现了一些新的问题并严重制约了智能型柱上断路器的应用。在智能化的应用过程中设备出现故障后不同项目、工程的接口技术要求不统一、不标准，直接导致一二次设备接口不匹配，兼容性、扩展性、互换性差，使得线路设备管理及故障处理复杂化;设备在使用过程中会出现各种故障，其产生原因复杂性各不相同，加之柱上断路器的使用场所使得故障分析较困难，这将造成设备一旦出现故障，就难以确定故障原因，责任难以界定，导致一二次设备生产厂家相互推诿;智能柱上断路器目前均使用传统的电磁式互感器，存在磁饱和和铁磁谐振等传统问题;缺乏规范的一二次设备联动测试的机制等问题。

1现阶段配电网需要解决的关键问题

随着国家电改政策的逐步推进，新的售电公司的出现形成新的竞争格局，配网的运行效率和效益将成为电网公司需要面对的实际关键问题。（1）提高配网故障抢修效率，減少停电时间（这依赖于短路和接地故障的自动隔离水平）。通过精益化线损管理，降低配网的线损率，提高经济效益。（2）配电网设备现阶段存在的以下问题：问题一：加快配电网建设升级改造的过程中，配电自动化系统所涉及的一二次设备的连接接口不相互匹配，兼容性、互换性、扩展性差，电气设备部件较多，安装难度较大的问题;问题二：随着配电网对线损计量、选择性保护等功能的要求越来越高，导致需求设备种类繁多;电气设备需要支持线损计算统计要求。问题三：目前一二次设备都是遵循分开检测，分别供货的模式。缺少配电一二次设备整体测试机制和规范，一二次设备厂家责任不分明，容易在供货时产生纠纷和分歧。综上所述，为了解决以上几个关键问题，提出了配电网设备一二次融合成套技术方案。

2模糊理论的一二次融合断路器状态评估

2.1模糊综合评判

模糊综合评价理论应用广泛。应用模糊综合评估理论，对地区带电网AVC控制策略进行评估，用以分析控制策略的优劣和不足。通过模糊层次分析法确定指标权重，并在采集的数据基础上对分光电源分层的电能质量综合评估，各自采用了对应的评价理论对研究对象的可靠性进行了评估。文中模糊评估的基本方案展开如下：（1）评语集的确立根据融合断路器实际的工作情况，考虑对其性能评估的可靠性和精度建立包含5个涉及断路器状态的评语等级，性能指标状态的评语集集合可以描述为{严重预警，预警，一般，正常，良好};（2）指标权重的确定为了使所确定的指标权重与相应属性与对断路器的影响程度具有较高的吻合度，本研究采用的权重赋权方法为组合赋权法，即主客观综合赋权法，采用加法集成的方式对权重进行确定。ωi=αai+（1-α）bi，（0≤α≤1）式中：ωi为第i个指标量的组合权重，a，b分别表示各自的主观权重和客观权重，α为主客观偏好系数，对主客观偏好系数的取值为0.5，即主客观权重的加权平均值。（3）评估指标隶属函数的确定文中采用的隶属函数已得到广泛认可，应用半梯形和三角形作为指标的隶属函数。其中V1在0～60范围内，属于严重预警;V2在60～70范围内，属于预警;V3在70～80范围内，性能状态属于一般;V4在80～90，性能状态属于正常;V5在90～100，性能状态属于良好。

2.2开关量采集及变位判断程序的实现

开关量的采集程序主要由主控芯片STM32F407来处理完成，采用定时器设置了每隔1ms对开关量进行一次数据的采集，同时判断是否发生变位。若发生变位则记录下发生变位的时间，同时记录变位状态（断路器等高压开关设备的断开或者闭合）。确定变位之后，将相关的变位时间和变位状态信息数据发送给ARM处理器，由ARM对开关量信息进行处理;若没有发生变位则不需要传送。开关量信号采样的可靠性对于整个系统能否正常稳定地工作，起着重要的作用。开关量信号在采集过程中存在抖动现象。开关量抖动就是由于开关量在输入过程中受到外界干扰使得采样通道采集到错误的开关状态并上报给主控层进而产生告警信息，影响了整个系统的可靠性。为了确保开关信号的实时性与准确性，在本文的软件设计中，笔者加入了去抖算法。给定一个固定时间T，当信号发生时，如果信号抖动时间△t小于T，之后进入一个稳定的状态，则认为开关量发生变位并取抖动之前的时间为SOE（带变位时标的开关信息的事件顺序记录）时间;当抖动时间△t大于T时，则认为开关量输入信号受到干扰，应放弃本次判断，并重新采集。

2.3 一二次成套FTU的组成和核心功能

（1）FTU主要组成部分核心单元（箱式）或功能插板（罩式）;电源管理模块和后备电源（免维护阀控铅 酸蓄电池或超级电容），满足FTU、通信设备及配套操作机构电源要求;无线通信模块，支持4G/3G/2G五模自适应（选配）;电磁式配电线损模块（分界除外）;航空接插件，304不锈钢机箱（IP55）或玻璃钢材质罩式机壳（IP66）。（2）FTU核心功能支持软件加密与硬件加密功能，基于内嵌安全芯片实现的信息安全防护功能，支持SM1加密和解密，算法的签名和鉴签功能，满足满足电力二次安防有关规定及国网信息安全监测要求。与配电主站实现双向身份认证、参数配置等的签名验证、数据的加解密与完整性保护。除具备常规“三遥”功能，还具有相间短路、单相接地等故障处理能力，满足就地FA功能（自适应综合型、电压时间型、电压电流时间型）。保护功能满足《配电自动化终端子站功能规范》及《配电自动化终端技术规范》相关要求。具备短路故障判别功能，配合负荷开关使用时结合变电站出线开关的动作逻辑实现故障的有效隔离。配合柱上断路器，具备故障直接切除功能并可选配三次自动重合闸功能，支持重合闸后加速。具有来电延时合闸功能、自适应延时合闸和单侧失电延时投入功能。

结语

文中以一二次融合断路器的性能状态为研究对象，建立了断路器的状态评估体系;采用组合赋权的形式确立各指标的综合权重，规避了过度依靠专家意见或过度的主观经验论带来的弊端;同时运用模糊综合评估理论，得出量化后的断路器的评估结果，分析结果有利于提高一二次融合断路器的评估运维水平。

参考文献

[1]王泉，周云海，姚俊伟，等.基于组合赋权和理想区间法的真空断路器状态评估[J].高压电器，2019，55（4）：39-45.

[2]常怡东，张开轩，金潇.基于物元可拓理论的高压断路器状态评估方法[J].高压电器，2017，53（9）：107-113.