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(xué)院電氣工程學(xué)院，重慶 401331）

0 引言

隨著計算機技術(shù)、人工智能和測試技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，國內(nèi)外對有關(guān)設(shè)備狀態(tài)評估展開了一系列研究。張立功、黃城等用DR檢測技術(shù)實現(xiàn)了對GIS中設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的可視化診斷，能對其內(nèi)部缺陷進(jìn)行有效地初步診斷[1-2]。王濤云等在GIS中設(shè)備狀態(tài)評估中采用可拓分析理論，對于其狀態(tài)評估中各指標(biāo)的權(quán)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(dá)到了80%左右[4]。趙云峰、陳兢、賀翔、王濤云等將Petri網(wǎng)理論與模糊推理規(guī)則有機結(jié)合在一起，通過模糊和證據(jù)理論對絕緣進(jìn)行狀態(tài)評估[5-14]；劉勇業(yè)等則將特征氣體作為模糊Petri網(wǎng)的輸入庫所，建立GIS中設(shè)備絕緣故障診斷模型，利用Petri網(wǎng)分析GIS中設(shè)備缺陷類型的置信度[15-16]。在現(xiàn)有的研究工作中，六氟化硫電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的發(fā)展方向主要是基于人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模專家系統(tǒng)[17]，而對六氟化硫電氣設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)評估的相對較少。因此，加大對六氟化硫電氣設(shè)備狀態(tài)評估研究十分重要。

1 實驗分析

1.1 特征量的選取

六氟化硫電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)與氣體狀態(tài)有關(guān)，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(chǎn)物作為評價六氟化硫電氣設(shè)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(shè)備絕緣性能4個特征量確定其隸屬度時采用模糊統(tǒng)計試驗的方法。邀請28位專家填寫如表1所示的調(diào)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(shè)備滅弧室微水含量對應(yīng)的狀態(tài)單位：μL/L

六氟化硫電氣設(shè)備的4個特征量越小越優(yōu)，故選擇式（1）作為歸一化函數(shù)

其中，f（x）為隸屬函數(shù)自變量；x為參量原始數(shù)據(jù)；b為規(guī)程中規(guī)定的閾值。

根據(jù)國家電網(wǎng)公司變電檢測管理規(guī)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(chǎn)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(yīng)的歸一化值，其他氣室微水量、氣體泄漏率和分解產(chǎn)物類似。

1.3 特征類型的選取

六氟化硫電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)界限不是特別明顯，因此對六氟化硫電氣設(shè)備的不同絕緣狀態(tài)進(jìn)行描述時可用信息熵。信息熵是描述系統(tǒng)混亂的程度，熵值越高系統(tǒng)越混亂。不同方面的有序程度可以用不同的熵進(jìn)行描述?？梢詫⑾到y(tǒng)信息熵定義為：設(shè)W是一個可測集合類v生成的代數(shù)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(tài)特征譜熵的特征來描述六氟化硫電氣設(shè)備的絕緣狀態(tài)。

1.4 隸屬度函數(shù)類型的確定

由于六氟化硫電氣設(shè)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(shù)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(shù)矩陣，采用樣本參數(shù)估計的方法。

表2—表5為六氟化硫電氣設(shè)備特征量功率譜熵對應(yīng)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(tài)特征熵在不同情況下的期望和均方差

2 絕緣狀態(tài)判別

首先，對4個特征量的樣本數(shù)據(jù)提取4種熵特征，確定出隸屬度函數(shù)的參數(shù)，再融合不同特征量的數(shù)。例如，提取某六氟化硫電氣設(shè)備各絕緣狀態(tài)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(tài)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(shù)可定義為

為了保證達(dá)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(shè)第i個特征量的權(quán)系數(shù)可由si在總相融度中所占的比重確定，即

由此得到權(quán)重系數(shù)向量為

融合后的滅弧氣室微水量屬于各絕緣狀態(tài)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(tài)判別的結(jié)果，然后利用證據(jù)理論進(jìn)行絕緣判別。

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

基本信任分配函數(shù)的值可由融合后的隸屬度值轉(zhuǎn)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(jìn)行兩兩融合時采用證據(jù)理論，即對m1，m2，m3，m4兩兩融合得到：

根據(jù)以上判斷，該六氟化硫電氣設(shè)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(shù)據(jù)進(jìn)行識別。篇幅有限不一一列舉。

3 結(jié)束語

利用連續(xù)采樣六氟化硫電氣設(shè)備的4個特征量進(jìn)行分析判斷，通過大量的測試數(shù)據(jù)，得到相應(yīng)的評判范本。然后將需要測試的六氟化硫電氣設(shè)備參數(shù)利用該范本進(jìn)行絕緣能力判別。本文綜合考慮各類特征間的相互關(guān)系，避免產(chǎn)生融合過程中的主觀化，提出了基于模糊證據(jù)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(shè)備特征進(jìn)行有效融合，并通過實驗證明了該方法的有效性。