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開關(guān)柜是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備，對(duì)線路的控制保護(hù)等起著非常重要的作用，其運(yùn)行狀態(tài)是電力系統(tǒng)能否安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵之一，因此如何預(yù)防和盡早發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜運(yùn)行存在的問題非常重要。我國(guó)早期的“定期維修制”是在不知道開關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)的情況下進(jìn)行盲目檢修，經(jīng)常導(dǎo)致檢修資源的浪費(fèi)，甚至因?yàn)檫^度檢修對(duì)開關(guān)柜造成損壞。對(duì)開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和狀態(tài)評(píng)價(jià)，對(duì)保證開關(guān)柜的正常運(yùn)行，減少維修次數(shù)，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和自動(dòng)化程度都有非常重要的意義。

近年來，各種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的技術(shù)被應(yīng)用到開關(guān)柜的絕緣狀態(tài)評(píng)價(jià)中，有學(xué)者提出一種基于分層模糊方法的綜合評(píng)價(jià)方案，利用不同形式的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)開關(guān)柜絕緣狀態(tài)進(jìn)行評(píng)分。有學(xué)者提出了一種基于正態(tài)云模型和D-S證據(jù)理論（Dempster- Shafer evidential theory）的開關(guān)柜狀態(tài)評(píng)價(jià)方案，利用正態(tài)云模型考慮了不確定性的模糊性和隨機(jī)性，能夠?qū)﹂_關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，但選取的評(píng)價(jià)特征量較為單一。有學(xué)者提出一種基于變權(quán)重理論和多源實(shí)時(shí)信息融合的開關(guān)柜狀態(tài)評(píng)價(jià)模型，不僅解決了當(dāng)前狀態(tài)評(píng)價(jià)時(shí)效性較差的問題，還充分反映了設(shè)備日常運(yùn)行時(shí)的健康狀態(tài)變化趨勢(shì)。

但從現(xiàn)有文獻(xiàn)來看，傳統(tǒng)的開關(guān)柜絕緣狀態(tài)評(píng)價(jià)方法通常只會(huì)對(duì)開關(guān)柜一個(gè)位置的超聲波和暫態(tài)對(duì)地電壓（Transient Earth Voltage, TEV）進(jìn)行測(cè)量，但局部放電產(chǎn)生的電磁波位置隨機(jī)性很大，僅靠測(cè)量單個(gè)位置的絕緣狀態(tài)數(shù)據(jù)難以全面評(píng)估開關(guān)柜的絕緣健康狀態(tài)，另外環(huán)境狀態(tài)和運(yùn)行年限的影響也不容忽視。

有學(xué)者采用模糊聚類的方法對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)，并利用定值對(duì)聚類中心進(jìn)行修正，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更加符合變電站實(shí)際運(yùn)行情況，但該算法無法識(shí)別出開關(guān)柜數(shù)據(jù)中的離群點(diǎn)。此外，在該學(xué)者的研究中采用的某變電站開關(guān)柜帶電檢測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常狀況的僅為8.89%。因此，有效識(shí)別離群點(diǎn)便于運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)異常的開關(guān)柜，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

有學(xué)者提出一種基于改進(jìn)物元可拓的開關(guān)柜狀態(tài)評(píng)價(jià)方法，通過對(duì)各層特征量的融合來評(píng)估開關(guān)柜的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。有學(xué)者指出異常點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)于電力設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)估的重要性，給出了一種基于變權(quán)理論的健康評(píng)估方法。有學(xué)者為了解決單一特征量評(píng)估不足的問題，提出一種基于組合賦權(quán)-雙基點(diǎn)法的多特征量綜合評(píng)估模型來評(píng)價(jià)變壓器油紙絕緣狀態(tài)。有學(xué)者基于多級(jí)局部密度聚類算法和三比值法建立了變壓器油中氣體評(píng)估方法，能更有效地識(shí)別故障狀態(tài)的變壓器。電力設(shè)備的異常和故障種類很多，但故障樣本數(shù)量較少，并以離群點(diǎn)的形式存在于數(shù)據(jù)集中，傳統(tǒng)狀態(tài)評(píng)價(jià)方法通常會(huì)忽略算法對(duì)離群點(diǎn)的魯棒性，亦或是將其視為冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除。

廣東電網(wǎng)清遠(yuǎn)供電局等單位的科研人員提出了一種基于自適應(yīng)DBSCAN的開關(guān)柜絕緣狀態(tài)評(píng)價(jià)方法。他們結(jié)合開關(guān)柜的實(shí)際運(yùn)行情況，選取了開關(guān)柜6個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的暫態(tài)對(duì)地電壓值和超聲波值、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度以及運(yùn)行年限作為評(píng)價(jià)開關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)的特征量，并建立開關(guān)柜的多維特征數(shù)據(jù)集。

圖1 開關(guān)柜絕緣狀態(tài)評(píng)價(jià)示意圖

為了更合理地設(shè)置開關(guān)柜狀態(tài)評(píng)價(jià)算法中的參數(shù)，他們引入密度閾值，利用開關(guān)柜檢測(cè)數(shù)據(jù)集自身分布特性對(duì)DBSCAN（density based spatial clustering of applications with noise）聚類算法中的掃描半徑r和最少數(shù)目MinPts進(jìn)行自適應(yīng)最優(yōu)選擇，其優(yōu)點(diǎn)在于避免了聚類過程中因人為主觀設(shè)定參數(shù)造成的誤差，提高準(zhǔn)確性的同時(shí)對(duì)離群點(diǎn)的魯棒性也更好；并給聚類中心點(diǎn)加入健康標(biāo)簽便于運(yùn)維人員更直觀地了解開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)。

圖2 開關(guān)柜絕緣狀態(tài)評(píng)價(jià)流程

科研人員最后以開關(guān)柜的實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)為例，對(duì)該評(píng)價(jià)方法進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證，并建立基于加權(quán)集成的聚類有效性指標(biāo)（Weighted Summation Validity Function index, WSVF），對(duì)聚類結(jié)果的有效性進(jìn)行判斷，通過對(duì)K-means和DBSCAN兩種算法聚類結(jié)果的比較分析驗(yàn)證該評(píng)價(jià)方法的優(yōu)越性。

他們最后得出結(jié)論：1）本研究采用的自適應(yīng)DBSCAN算法能夠更好地識(shí)別出開關(guān)柜絕緣狀態(tài)數(shù)據(jù)中的離群點(diǎn)，使聚類結(jié)果更加貼近開關(guān)柜實(shí)際運(yùn)行情況；2）針對(duì)傳統(tǒng)DBSCAN算法的聚類過程需要人為主觀設(shè)定參數(shù)的問題，提出一種自適應(yīng)DBSCAN算法，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)的自適應(yīng)尋優(yōu)和聚類過程的全自動(dòng)化，對(duì)開關(guān)柜在線數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)聚類有重要的應(yīng)用價(jià)值；3）針對(duì)開關(guān)柜狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果是否有效合理的問題，采用WSVF指標(biāo)對(duì)兩種聚類結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了所提出方法的合理性。

以上研究成果發(fā)表在2021年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊1，論文標(biāo)題為“基于自適應(yīng)DBSCAN算法的開關(guān)柜絕緣狀態(tài)評(píng)價(jià)方法”，作者為胡金磊、賴俊駒 等。