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開關(guān)柜是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備，對線路的控制保護(hù)等起著非常重要的作用，其運行狀態(tài)是電力系統(tǒng)能否安全可靠運行的關(guān)鍵之一，因此如何預(yù)防和盡早發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜運行存在的問題非常重要。我國早期的“定期維修制”是在不知道開關(guān)柜運行狀態(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，甚至因為過度檢修對開關(guān)柜造成損壞。對開關(guān)柜的運行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測和狀態(tài)評價，對保證開關(guān)柜的正常運行，減少維修次數(shù)，提高電力系統(tǒng)的運行可靠性和自動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)評價中，有學(xué)者提出一種基于分層模糊方法的綜合評價方案，利用不同形式的現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)對開關(guān)柜絕緣狀態(tài)進(jìn)行評分。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)評價方案，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)柜的運行狀態(tài)進(jìn)行定量評價，但選取的評價特征量較為單一。有學(xué)者提出一種基于變權(quán)重理論和多源實時信息融合的開關(guān)柜狀態(tài)評價模型，不僅解決了當(dāng)前狀態(tài)評價時效性較差的問題，還充分反映了設(shè)備日常運行時的健康狀態(tài)變化趨勢。

但從現(xiàn)有文獻(xiàn)來看，傳統(tǒng)的開關(guān)柜絕緣狀態(tài)評價方法通常只會對開關(guān)柜一個位置的超聲波和暫態(tài)對地電壓（Transient Earth Voltage, TEV）進(jìn)行測量，但局部放電產(chǎn)生的電磁波位置隨機(jī)性很大，僅靠測量單個位置的絕緣狀態(tài)數(shù)據(jù)難以全面評估開關(guān)柜的絕緣健康狀態(tài)，另外環(huán)境狀態(tài)和運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開關(guān)柜進(jìn)行狀態(tài)評價，并利用定值對聚類中心進(jìn)行修正，使得評價結(jié)果更加符合變電站實際運行情況，但該算法無法識別出開關(guān)柜數(shù)據(jù)中的離群點。此外，在該學(xué)者的研究中采用的某變電站開關(guān)柜帶電檢測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常狀況的僅為8.89%。因此，有效識別離群點便于運維人員發(fā)現(xiàn)運行狀態(tài)異常的開關(guān)柜，具有重要的實際應(yīng)用價值。

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)評價方法，通過對各層特征量的融合來評估開關(guān)柜的當(dāng)前運行狀態(tài)。有學(xué)者指出異常點數(shù)據(jù)對于電力設(shè)備健康狀態(tài)評估的重要性，給出了一種基于變權(quán)理論的健康評估方法。有學(xué)者為了解決單一特征量評估不足的問題，提出一種基于組合賦權(quán)-雙基點法的多特征量綜合評估模型來評價變壓器油紙絕緣狀態(tài)。有學(xué)者基于多級局部密度聚類算法和三比值法建立了變壓器油中氣體評估方法，能更有效地識別故障狀態(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，并以離群點的形式存在于數(shù)據(jù)集中，傳統(tǒng)狀態(tài)評價方法通常會忽略算法對離群點的魯棒性，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)評價方法。他們結(jié)合開關(guān)柜的實際運行情況，選取了開關(guān)柜6個檢測點的暫態(tài)對地電壓值和超聲波值、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度以及運行年限作為評價開關(guān)柜運行狀態(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)評價示意圖

為了更合理地設(shè)置開關(guān)柜狀態(tài)評價算法中的參數(shù)，他們引入密度閾值，利用開關(guān)柜檢測數(shù)據(jù)集自身分布特性對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)確性的同時對離群點的魯棒性也更好；并給聚類中心點加入健康標(biāo)簽便于運維人員更直觀地了解開關(guān)柜的運行狀態(tài)。

圖2 開關(guān)柜絕緣狀態(tài)評價流程

科研人員最后以開關(guān)柜的實際檢測數(shù)據(jù)為例，對該評價方法進(jìn)行實例驗證，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），對聚類結(jié)果的有效性進(jìn)行判斷，通過對K-means和DBSCAN兩種算法聚類結(jié)果的比較分析驗證該評價方法的優(yōu)越性。

他們最后得出結(jié)論：1）本研究采用的自適應(yīng)DBSCAN算法能夠更好地識別出開關(guān)柜絕緣狀態(tài)數(shù)據(jù)中的離群點，使聚類結(jié)果更加貼近開關(guān)柜實際運行情況；2）針對傳統(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，實現(xiàn)了參數(shù)的自適應(yīng)尋優(yōu)和聚類過程的全自動化，對開關(guān)柜在線數(shù)據(jù)的實時聚類有重要的應(yīng)用價值；3）針對開關(guān)柜狀態(tài)評價結(jié)果是否有效合理的問題，采用WSVF指標(biāo)對兩種聚類結(jié)果進(jìn)行對比分析，驗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》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)評價方法”，作者為胡金磊、賴俊駒 等。