基于模糊證據理論的六氟化硫電氣設備絕緣性能評估研究

金綦慶，汪 濤，楊正剛，張成誠，胡 敏

（1.西南油氣田公司天然氣凈化總廠，重慶 400020；
2.重慶科技學院電氣工程學院，重慶 401331）

隨著計算機技術、人工智能和測試技術的快速發展和廣泛應用，國內外對有關設備狀態評估展開了一系列研究。張立功、黃城等用DR檢測技術實現了對GIS中設備內部結構的可視化診斷，能對其內部缺陷進行有效地初步診斷[1-2]。王濤云等在GIS中設備狀態評估中采用可拓分析理論，對于其狀態評估中各指標的權重問題運用熵值法理論得到有效解決[3]。律方成等采用了一種基于超聲波傳感器的識別方案，其識別率達到了80%左右[4]。趙云峰、陳兢、賀翔、王濤云等將Petri網理論與模糊推理規則有機結合在一起，通過模糊和證據理論對絕緣進行狀態評估[5-14]；
劉勇業等則將特征氣體作為模糊Petri網的輸入庫所，建立GIS中設備絕緣故障診斷模型，利用Petri網分析GIS中設備缺陷類型的置信度[15-16]。在現有的研究工作中，六氟化硫電氣設備狀態監測的發展方向主要是基于人工智能和神經網絡的大規模專家系統[17]，而對六氟化硫電氣設備進行狀態評估的相對較少。因此，加大對六氟化硫電氣設備狀態評估研究十分重要。

1.1 特征量的選取

六氟化硫電氣設備絕緣狀態與氣體狀態有關，主要包括六氟化硫氣體的微水含量、氣體的壓力（密度）、氣體成分等[18]，故選擇滅弧室微水量、其他氣室微水量、氣體泄漏率和分解產物作為評價六氟化硫電氣設備絕緣性能的4個特征量。

1.2 模糊試驗法確定隸屬度

針對六氟化硫電氣設備絕緣性能4個特征量確定其隸屬度時采用模糊統計試驗的方法。邀請28位專家填寫如表1所示的調查表，以確定各特征量隸屬度，從而得到單因素評判矩陣。

表1 六氟化硫電氣設備滅弧室微水含量對應的狀態單位：μL/L

六氟化硫電氣設備的4個特征量越小越優，故選擇式（1）作為歸一化函數

其中，f（x）為隸屬函數自變量；
x為參量原始數據；
b為規程中規定的閾值。

根據國家電網公司變電檢測管理規定：有電弧分解物隔室的運行中微水含量要求不大于300μL/L，無電弧分解物隔室的微水含量不超過500μL/L，氣體泄漏率不超過1%，分解產物不超過10μL/L，由此可知各特征量閾值。

由式（1）可以得到表1相應的歸一化值，其他氣室微水量、氣體泄漏率和分解產物類似。

1.3 特征類型的選取

六氟化硫電氣設備絕緣狀態界限不是特別明顯，因此對六氟化硫電氣設備的不同絕緣狀態進行描述時可用信息熵。信息熵是描述系統混亂的程度，熵值越高系統越混亂。不同方面的有序程度可以用不同的熵進行描述?？梢詫⑾到y信息熵定義為：設W是一個可測集合類v生成的代數和，具有p測度，p（W）=1的勒貝格空間，且其有限劃分C={Ci}中互不相容集合的形式可以用W表示，即

本文通過采用小波能量譜熵、功率譜熵、奇異譜熵、小波空間狀態特征譜熵的特征來描述六氟化硫電氣設備的絕緣狀態。

1.4 隸屬度函數類型的確定

由于六氟化硫電氣設備不同絕緣情況下，同一熵特征均服從高斯分布，因此隸屬度函數可選擇高斯型，即

其中，a、b分別為期望和均方差，為了得到隸屬度函數矩陣，采用樣本參數估計的方法。

表2—表5為六氟化硫電氣設備特征量功率譜熵對應的a、b值。

表2 小波能量譜熵在不同情況下的期望和均方差

表3 功率譜熵在不同情況下的期望和均方差

表4 奇異譜熵在不同情況下的期望和均方差

表5 小波空間狀態特征熵在不同情況下的期望和均方差

首先，對4個特征量的樣本數據提取4種熵特征，確定出隸屬度函數的參數，再融合不同特征量的數。例如，提取某六氟化硫電氣設備各絕緣狀態下的微水量，得到該樣本小波能量譜、功率譜、奇異譜和小波空間譜，然后代入式（4）可得到各絕緣狀態隸屬度值：

各熵值之間相互支持的程度通過隸屬度間偏差大小來衡量，定義dij越大兩不同熵值之間的支持度就越低，dij越小兩不同熵值之間的支持度就越高。因此，同一特征量不同算法的融合度函數可定義為

為了保證達到最大的可信度，確定第i個熵值其他熵值的相融度時，可取與第i個特征熵值相融度中最小的其他熵值，即得到：

設第i個特征量的權系數可由si在總相融度中所占的比重確定，即

由此得到權重系數向量為

融合后的滅弧氣室微水量屬于各絕緣狀態的隸屬度為

通過上述方法，就完成了某一個特征量的絕緣性能評價的融合，以此類推可得到另外3個特征量絕緣狀態判別的結果，然后利用證據理論進行絕緣判別。

同時，由于提取了六氟化硫電氣設備絕緣性能的M類特征，基本信任分配函數對應為m1，m2，...，mM，并且每類特征都與相同的K類絕緣狀態對應，因此，基本信任分配函數的焦元也相同。

基本信任分配函數的值可由融合后的隸屬度值轉化得到，為滿足∑m（Ai）=1，可由式（7）來確定：

由于存在多類特征，進行兩兩融合時采用證據理論，即對m1，m2，m3，m4兩兩融合得到：

根據以上判斷，該六氟化硫電氣設備絕緣類型為良好，并且與實際情況相符。同時，也可采用同樣的方法對于其他樣本數據進行識別。篇幅有限不一一列舉。

利用連續采樣六氟化硫電氣設備的4個特征量進行分析判斷，通過大量的測試數據，得到相應的評判范本。然后將需要測試的六氟化硫電氣設備參數利用該范本進行絕緣能力判別。本文綜合考慮各類特征間的相互關系，避免產生融合過程中的主觀化，提出了基于模糊證據理論的識別方法，該方法能對各種情況下的六氟化硫電氣設備特征進行有效融合，并通過實驗證明了該方法的有效性。