2.沧州师范学院 河北 沧州 061500
摘要：目前电力系统中高压开关柜多用于35kV、10kV系统，主要是面向用户单位和居民生活的重要电网电源，一旦出现故障，对系统稳定运行与可靠供电和社会稳定将造成极大的影响，因此开关柜设备的安全可靠运行十分重要。变电站中高压开关柜的安全运行直接影响着供电可靠性，以状态维修为目的的状态评价是评估其运行状态的有效手段。本文选取暂态对地电压幅值、超声波幅值、暂态对地电压脉冲数、开关柜基本信息评分值、预先测试检定数据评分值的数据样本作为评估的５个状态量，以欧式距离作为约束依据隶属度最大原则进行聚类，在此基础上提出了一种基于模糊聚类算法的开关柜评价方法。以实际变电站开关柜带电检测数据为例对开关柜状态进行评估，验证了该方法的有效性。
关键词：开关柜；局部放电；状态评估；模糊聚类
引言
高压开关柜是变电站的重要组成部分，其肩负着负荷线路停电检修、集成线路保护等一系列功能责任。随着变电站容量的不断扩大以及所带负荷的不断增加，站内中压开关柜的屏柜数量也保持在较高的水平。一般容量的变电站的中压馈线的开关柜数量也有几十个之多，其安全稳定运行以及预防维护一直是电力企业相关人员工作的重中之重。面对数量较多的高压开关柜，停电检修因其工作量大具有很大的应用局限性。所以一般电力工作人员针对开关柜除制定周期较长的停电检修计划外，还会利用状态评价作为检验开关柜运行状态以及判断缺陷发展的重要手段，以状态维修为目的的状态评价方法是近年来的研究热点。一般开关护套位置局部放电由于受潮或是表面脏污或是安装过程中绝缘受损导致绝缘强度降低引起，建议尽快对以上两面开关柜进行停电处理，对存在放电的开关触头盒进行检修。
1开关柜构成
变电站３５ｋＶ母线经馈线电缆将电能送出时要经过高压开关柜装置。该装置实质为集成了开关、刀闸以及保护测量装置的柜体型电气装置，其柜体一般为金属材质。这种集成的间隔装置的优点就是外观整洁、可靠性高以及操作方便，以较为低廉的价格就可以获得较高的电气性能以及运维检修的便利性。开关柜共由三个室构成，分别为母线室、断路器室和继电器室，如果将电缆仓作为一个室的话也可以将其分成四个室。母线室一般设置在高压开关柜的上部，内部主要部件为母线，柜与柜之间的母线是相连接的，通过绝缘装置与柜体金属形成隔离。断路器室一般设置在柜体中部，内含开关，刀闸以及操作机构等。断路器采用真空灭弧断路器，与外部柜体之间采用ＳＦ６进行绝缘。此外该室还包含了开关、刀闸的位置指示以及气压仪表等装置。最下层为电缆仓，仓门一般设置在柜体后面，并与地刀之间构成闭锁，以免造成事故。保护测量装置以及继电器室一般在柜体上部，与母线室并列放置，其包含了保护测量用继电器以及各种二次接线和测量设备。事故预警等的灯显以及提示屏幕会设置在继电器室内。
2异常概况
对110kV变电站35kV开关柜进行局部放电超声波检测过程中，共发现5处超声波异常信号。35kV分段3002隔离开关柜在使用非接触式超声波传感器检测到的超声波异常位置与35kV线312开关柜顶部位置基本一致，3002隔离开关柜顶中部通风孔中间位置（B相）以及右侧位置（C相）均能接收到强烈的超声信号，幅值基本一致，波形特征明显，相邻柜体（35kV#2主变302开关柜及35kV分段300开关柜）也能接收到波形一致的超声信号，幅值较小。
3开关柜状态评估方案
3.1模糊聚类算法
数据之间虽有不同但是存在着相似性，利用数据之间相似性的特点将数据进行划分是聚类分析的核心思想。尤其是对于大量数据，聚类分组后以组模块进行分析可以在满足一定精度的同时大大简化计算过程。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆聚类最大的特点就是分组之后的数据不存在重复性的问题，即对于某一数据其只能被归在一个组别当中.聚类是利用数据之间的相似性对其进行分类，但是数据与数据之间相似性一般较难确定。为解决这个问题，引入了模糊理论方法中隶属度的概念，构成了模糊聚类的数据划分的方法。隶属度函数将隶属的这种关系进行了扩大，而不是将全部数据进行组别的划分。隶属度函数的计算值直接反映了该数据与该组别之间的隶属关系，隶属度越大说明该数据对该组隶属越强，反之则说明该数据对该组隶属度越小。这种模糊聚类方法的优点就是直接用函数值反映了其从属关系。
3.2状态量的选取
根据国网公司关于开关柜检测的技术细则以及实际电力公司检测人员的实际经验，检测人员一般以不停电状态下开关柜暂态对地电压以及超声波的测量数据值为主要参考依据。本文除采用以上数据外，还将设备基本信息和预先测试检定数据纳入其考量范围，并对这两项数据进行评分，该评分作为一个评价量用到状态评估中去。具体选择的开关柜状态量包括：暂态对地电压幅值Ｕ１；超声波幅值Ｕ２；暂态对地电压脉冲数Ｕ３；开关柜基本信息评分值Ｕ４；预先测试检定数据评分值Ｕ５。
3.3状态评价算法及流程
高压开关柜状态评估最后结果分成５个等级：很好、较好、警惕、异常和危急。本文采用标准欧氏距离作为聚类过程中的约束条件，依次分别计算由样本数和状态量构成的隶属度矩阵，在聚类过程中采用隶属度最大原则，即选用最大隶属度的样本进行归类。
4实例仿真分析
选取某变电站３５ｋＶ高压充气柜为试验对象验证本文所提出的方法的有效性。该变电站为２０１５年投入运行，共有４４个高压开关柜。以２０１８年７月１５日变电检修试验班组的测试数据为例对该变电站所有的开关柜局部放电状态进行评估。选取暂态对地电压幅值、超声波幅值、暂态对地电压脉冲数、开关柜基本信息评分值、预先测试检定数据评分值的数据样本作为评估的５个状态量，依据模糊聚类方法对数据进行分类评估。在开始时，利用计算机随机构建一个隶属度初始矩阵，计算欧式距离作为约束加入迭代计算中，判断输出结果的差值满足约束条件后，输出计算结果，得到最后的评价结果。该站４４个开关柜各项数据评价结果如图３所示，根据图３所示的结果可以看出，该站的３２、３５、３９号开关柜评价结果分别为“危急”“警惕”和“异常”，其余开关柜状态为“较好”或者“很好”。
结语
根据开关柜不同的评价结果应该制定不同的策略。对于评价状态结果为“很好”的开关柜，说明其运行状态很好，绝缘可靠性高，结合班组实际工作状况可以适当延长其测试周期。对于评价状态结果为“较好”的开关柜，说明该开关柜各项指标基本正常，并没有发现明显的缺陷故障，维持正常的测试检验周期即可。对于评价状态结果为“警惕”的开关柜，说明该开关柜存在较为明显的向故障发展的趋势，对于该类开关柜应该加强带电检测，时刻注意其运行状态。对于评价状态结果为“异常”的开关柜，说明该开关柜存在很强的隐患可能性，应加强监视、缩短测量周期，必要时安排停电检修计划。对于评价状态结果为“危急”的开关柜，说明该开关柜情况较为危险，经过重检确定后应该立即停电处理。
参考文献
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[2]谢静，束洪春，王科，等．基于模糊分层理论的高压开关柜状态评估算法［Ｊ］．高电压技术，２０１４，４０（１０）：３１８６－３１９２．
[3]Q/GDW11060-2013.交流金属封闭开关设备暂态地电压局部放电带电测试技术现场应用导则[S].
论文作者:石昌毫1 史瑞雪2
论文发表刊物:《中国电业》2019年第12期
论文发表时间:2019/10/16
标签：开关柜论文; 状态论文; 数据论文; 评价论文; 变电站论文; 高压论文; 电压论文; 《中国电业》2019年第12期论文;