一二次融合真空断路器运行状态智能评估方法

云南电网有限责任公司红河供电局 董 昊 崔 军 戴 晓 段志云 饶永杰

1 引言

随着电力工业的迅猛发展和电网的不断升级，真空断路器在电力系统中扮演着越来越重要的角色。然而，由于其特殊的工作环境和高要求的安全性能，真空断路器的运行状态评估一直是电力工程领域的一个重要研究方向。传统的真空断路器运行状态评估方法多依赖于人工解读和分析数据，存在主观性和不确定性，难以满足电力系统安全稳定运行的需求[1]。因此，基于智能评估方法的真空断路器运行状态评估方法成为当前的研究热点之一，通过采用机器学习和人工智能算法对真空断路器的大量数据进行训练和建模，实现对真空断路器的运行状态进行全面的评估，提高其安全性能和可靠性，为电力系统的安全稳定运行提供保障。

2 一二次融合真空断路器的结构和工作原理

2.1 一二次融合真空断路器的分类和应用场景

2.1.1 分类

一二次融合真空断路器型号配置见表1。 一二次融合真空断路器型号说明如图1所示。

表1 一二次融合真空断路器型号配置

图1 一二次融合真空断路器型号说明

根据额定电压的不同，真空断路器可分为低压、中压和高压三种；根据开断能力的不同，真空断路器可分为普通型、快开型和超快开型三种；根据结构形式的不同，真空断路器可分为单柱式、双柱式和固定式三种；根据应用领域和要求的不同，真空断路器还有一些特殊类型，如航天用真空断路器、铁路用真空断路器等[2]。

2.1.2 应用场景

一是电力系统中的应用：真空断路器广泛应用于电力系统中，主要用于电力输变电、电力配电等场合。由于其体积小、重量轻、可靠性高等特点，已成为主流的高压开关设备。

二是工业生产中的应用：真空断路器在工业生产中也有广泛的应用，主要用于保护各种设备和系统的安全稳定运行，如电动机、变压器、电焊机等。

三是航空航天用途：真空断路器还广泛应用于航空航天领域，主要用于空间舱内的电源、配电系统和推进系统等场合。

四是其他领域的应用：真空断路器还可以用于高速铁路、地铁、矿山等场合，保障各种设备的安全稳定运行。

2.2 一二次融合真空断路器的结构和特点

2.2.1 结构

一二次融合真空断路器是一种广泛应用于高压电力系统中的断路器，其结构主要由一次侧和二次侧两个部分组成。一次侧主要由真空灭弧室、电子式传感器、绝缘极柱、弹操机构等组成，具备承受和断开主电路的电流，采集线路电流和电压信号，隔离线路故障等功能。二次侧则包括继电器、单片机、测量电路、计量板和后备电源等，用于测量一次侧采集的线路数据，进行线路电流和电压数据分析和反馈，控制和断开断路器的辅助电路 ，精准分析和隔离线路故障。

在一二次融合真空断路器中，一次侧和二次侧紧密结合，相互协调工作，通过二次侧终端下发命令，控制一次侧机械动作，实现断路器的闭合和断开操作。同时，其采用真空灭弧室（电弧灭弧介质为真空），具有快速灭弧、低噪声、低污染等优点，能够满足高压电力系统对断路器的安全、可靠和经济的要求。

2.2.2 特点

一二次融合真空断路器是一种新型的高压电力系统断路器，具有高可靠性、高灵敏度、维护简便、高安全性、可靠性高等特点，一二次融合真空断路器采用真空作为电弧灭弧介质，能够快速灭弧，避免电弧延续时间过长而导致的设备损坏，具有非常高的可靠性，提升了配电网电力系统的稳定性和可靠性。

2.3 一二次融合真空断路器的工作原理和故障形态

2.3.1 工作原理

一二次融合真空断路器的工作原理是通过一次侧和二次侧的协同作用实现对电路的断开和闭合。

当需要闭合电路时，二次侧终端下发合闸命令，后备电源输出电能，驱动断路器弹操机构运转储能完成，再驱动合闸电磁铁动作，实现断路器合闸，此时电流从进线端流入，经过真空灭弧室内的触头系统，再经过出线端流出，实现线路的闭合。

当需要断开电路时，当二次侧终端下发分闸命令后，后备电源提供电能，驱动断路器分闸电磁铁动作，实现断路器分闸，此时真空灭弧室触头处于打开状态，由于真空具有良好的绝缘作用，电流不能流通，电压不能导通，实现线路的断开。

在真空灭弧室内，电弧熄灭后，残留的离子会随着电场作用被吸附在触头和真空灭弧室之间的绝缘表面上，绝缘强度得以恢复。

2.3.2 故障形态

一二次融合真空断路器在使用过程中可能会出现的故障形态包括：

触头烧损：由于长期电弧熔融的作用，触头表面可能会出现烧损、氧化等情况，导致接触不良，影响断路器的使用效果。

触头弹簧失效：断路器触头的弹簧系统可能会因为弹力减弱、疲劳等原因而失效，导致触头无法紧密闭合，影响断路器的使用效果。

气密性能下降：由于真空灭弧室和绝缘表面长期受到电弧的作用，可能会出现表面烧伤、氧化等情况，导致气密性能下降，从而影响断路器的使用效果。

绝缘部件损坏：由于断路器的绝缘部件长期经受风吹日晒、紫外线照射和线路高电压，以及可能经受雷击等自然灾害，可能会导致出现绝缘性能降低，甚至绝缘异常等情况，从而导致断路器不能正常工作。

控制系统故障：断路器的电子控制系统可能会出现软件或硬件故障，导致断路器无法控制或失去响应，从而影响断路器的使用效果。

此类故障形态可能会导致一二次融合真空断路器无法正常工作，需要及时进行维修或更换，以保证高压电力系统的安全和稳定运行。

3 一二次融合真空断路器运行状态智能评估技术

3.1 数据挖掘和特征提取

一二次融合真空断路器的运行状态智能评估技术结合了数据挖掘和特征提取两种技术手段，旨在从大量的断路器运行数据中提取有效信息，对断路器的运行状态进行智能评估和预测。数据挖掘技术主要用于从大量的历史运行数据中挖掘出对断路器运行状态具有关联性和预测能力的数据特征。

特征提取技术则主要用于从原始数据中提取有效的特征，以便更好地描述和表示断路器的运行状态。这些特征可能包括时间序列分析、频域分析、小波变换等方法得到的幅值、相位、频率等参数，通过这些参数的组合和建模，可以更准确地描述断路器的运行状态和特征，为断路器的智能维护和故障诊断提供有力的支持。

3.2 机器学习算法和模型构建

机器学习算法可以自动从大量的历史数据中学习并建立模型，从而可以对未知的数据进行预测和分类。在一二次融合真空断路器的状态评估中，可以使用机器学习算法来训练模型，预测断路器的状态和可能出现的故障。

在模型构建方面，可以使用支持向量机、神经网络、随机森林等机器学习算法来构建预测模型。这些模型可以通过对大量历史数据的学习和分析，识别出与断路器运行状态有关的因素和特征，并对未知的数据进行准确预测和分类。将机器学习算法和模型构建技术与数据挖掘和特征提取技术相结合，可以提高断路器运行状态的预测和评估的准确性和精度。

3.3 运行状态预测和诊断方法

一二次融合真空断路器的运行状态智能评估技术可以结合运行状态预测和诊断方法，来进一步提高断路器运行状态的评估和预测的准确性和精度。运行状态预测方法主要是基于历史数据的趋势和模式分析，通过预测未来一段时间内的数据变化，来推断断路器未来的运行状态和可能出现的故障。运行状态诊断方法则是通过对实时数据的监测和分析，来判断当前的断路器状态和可能存在的问题。

将运行状态预测和诊断方法结合起来，可以实现全面、准确的断路器状态评估和预测。具体来说，可以利用历史数据进行运行状态预测，然后结合实时数据进行状态诊断和修正，以实现更加准确的状态评估和预测。

4 一二次融合真空断路器运行状态智能评估方法试验案例分析

本案例分析采用一台10kV 电压等级的一二次融合真空断路器作为研究对象，试验过程中采用了智能评估方法对其运行状态进行评估，并与传统评估方法进行对比。

一是数据采集：在断路器运行过程中，使用高精度电子式传感器采集线路数据，包括相电流、零序电流、相电压、零序电压、线电压以及电池电压。通过采集的数据，建立真空断路器的状态监测数据库。

二是特征提取：对采集到的数据进行处理和分析，提取出各项运行参数的特征，包括电流、电压、温度、频率、有功功率、无功功率和功率因数等，形成真空断路器的特征数据库。

三是建立评估模型：采用机器学习和人工智能算法，对特征数据库进行训练和建模，建立了真空断路器运行状态评估模型。该模型能够自动学习真空断路器各项运行参数之间的关系，进而判断其运行状态是否正常。

四是评估试验：通过对真空断路器的运行状态进行评估试验，验证了评估模型的准确性和可靠性。试验结果表明，基于智能评估方法的真空断路器运行状态评估方法具有更高的准确性和可靠性。

五是与传统评估方法对比：通过与传统的真空断路器运行状态评估方法进行对比，发现基于智能评估方法的评估结果更加准确和可靠。传统评估方法往往需要人工解读和分析数据，存在主观性和不确定性，而基于智能评估方法的评估结果更加客观和准确。

本案例研究基于智能评估方法的一二次融合真空断路器运行状态评估方法具有更高的准确性和可靠性，能够为真空断路器的安全运行提供重要保障。

5 结语

基于智能评估方法的一二次融合真空断路器运行状态评估方法是一种全新的评估方法，相比传统评估方法具有更高的准确性和可靠性。通过采用机器学习和人工智能算法对真空断路器的大量数据进行训练和建模，实现了对真空断路器的运行状态进行全面的评估。