CN115169932A - 一种高压断路器状态综合评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压断路器状态综合评估方法，包括：获取高压断路器基本信息、技术参数和运维检修历史记录，获取断路器所在地的气象数据；选取不同因素构成因素集，将各种可能的断路器运行状态评价结果构成评价集；利用模糊统计法或模糊分布法建立各因素对各评价的隶属函数，并计算评价矩阵；利用熵权法计算各个评价因素对断路器运行的相对重要程度，构建评价的断路器数字孪生体，根据综合评价结果给出断路器数字孪生体运行状态的评价；实现基于数字孪生的高压断路器状态综合评估；解决了现有技针对性和维护性较差；而未考虑环境条件对设备运行状况的影响，可能导致部分危险因素被忽视；缺乏科学的数学方法指导等技术问题。

Description

一种高压断路器状态综合评估方法

技术领域

本发明属于高压断路器评估技术领域，尤其涉及一种高压断路器状态综合评估方法。

背景技术

高压断路器作为电力系统的重要设备，可根据运行要求，控制指定线路、电力设备投入或退出系统；当系统发生故障时，能及时切除故障部分，保护没有故障部分正常运行，担负着控制和保护的双重作用。

通过对高压断路器监测和诊断，评估其运行状态，能及时发现运行中的事故隐患，预防和消除故障，防患于未然，对提高其运行的可靠性、安全性和有效性具有重要价值。

对于110kV及以上的高压断路器，绝缘问题非常突出。在强电场、高温度的作用下，绝缘很容易加速劣化，最终出现绝缘故障，因此断路器绝缘状态评估是断路器状态评估的重要内容。

目前来说，一方面，110kV及以上的高压断路器采用计划检修的方法，而不是状态检修的方法，针对性和维护性较差；另一方面，现有的高压断路器状态评估多集中于绝缘状态和开断磨损，而未考虑环境条件对设备运行状况的影响，可能导致部分危险因素被忽视；此外，现有的状态评估方法主观性较强，缺乏科学的数学方法指导。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种高压断路器状态综合评估方法，以解决现有技术采用计划检修的方法，而不是状态检修的方法，针对性和维护性较差；另一方面，现有的高压断路器状态评估多集中于绝缘状态和开断磨损，而未考虑环境条件对设备运行状况的影响，可能导致部分危险因素被忽视；此外，现有的状态评估方法主观性较强，缺乏科学的数学方法指导等技术问题。

本发明的技术方案是：

一种高压断路器状态综合评估方法，所述方法包括：

步骤1、获取高压断路器基本信息、技术参数和运维检修历史记录，获取断路器所在地的气象数据；

步骤2、从上述数据中选取不同因素构成因素集G＝{g₁,g₂,g₃,…,g_n}，将各种可能的断路器运行状态评价结果构成评价集U＝{u₁,u₂,u₃,…,u_n}；

步骤3、基于模糊评价思想，利用模糊统计法或模糊分布法建立各因素对各评价的隶属函数，并计算评价矩阵；

步骤4、基于综合评价方法，利用熵权法计算各个评价因素对断路器运行的相对重要程度，构建评价的断路器数字孪生体，根据综合评价结果给出断路器数字孪生体运行状态的评价；

步骤5、实现基于数字孪生的高压断路器状态综合评估。

所述因素包括绝缘特性、开断磨损、检测参数、环境条件和检修记录；绝缘特性包括气体压力、微水含量、分解物及漏气率；开断磨损包括相对电磨损程度、累计开断次数和使用年限；检测参数包括分合闸不同期和分合闸时间；环境条件包括海拔、温度降水、外绝缘爬距和额定短路开断电流；检修记包括设备缺陷情况和家族性缺陷；所述断路器运行状态评价结果包括“正常”、“注意”、“异常”、“严重”四种，即构建的评价集为U＝{正常,注意,异常,严重}。

评价矩阵的确定方法为：采用改进的三角梯形分布确定隶属度，利用隶属函数进行计算时先将评价因素进行归一化，使函数值域为[0,1]；最后建立评价矩阵，若r_ij表示第i个因素对第j个评价结果的隶属程度，即隶属度，即构建评价矩阵R；

式中，r_ij∈[0,1]；i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；n为因素个数，m为评价个数。

所述隶属函数包括：

气体压力：根据SF₆气体额定压力N_e、报警压力N_b和当前SF₆气体压力N，气体压力的转换公式为：

建立气体压力的隶属函数，如下式所示。

微水含量：

按照相对劣化度的概念把微水含量转化为：

式中，L为测得的三相断路器灭弧室SF₆气体湿度的最大值；

建立微水含量的隶属函数，如下式所示：

相对电磨损：

对于每次分、合闸的相对电磨损量利用下式计算：

式中，Q_M为触头的相对电磨损，N_J为高压断路器机械寿命；

累计开断电流的相对电磨损程度为：

式中，n_sum为累计开断次数；

建立相对电磨损程度的隶属函数，如下式所示：

累计动作次数：

累计动作次数n_act的转化函数可以表示为：

建立累计开断次数的隶属函数，如下式所示：

使用年限：使用年限转化函数为：

式中，m_sum为断路器已使用年数，M为断路器额定使用年数；

建立使用年限的隶属函数，如下式所示：

检测参数：

相间合闸不同期n_3h转化函数为：

建立相间合闸不同期的隶属函数，如下式所示：

同相各断口间合闸不同期n_1h转化函数为：

相间分闸不同期n_3f转化函数为：

同相各断口间分闸不同n_1f期转化函数为：

其隶属函数表相同，均如下式所示：

合闸时间的转化函数定义为

分闸时间的转化函数可以定义为

建立合闸时间的隶属函数，如下式所示：

建立分闸时间的隶属函数，如下式所示：

环境条件：

根据获取历史统计中最大日温差为T_max，当日的最大日温差为T，转化函数表示为

x＝f(T)＝T/T_max

建立最大日温差的隶属函数为

所述隶属度还包括：

分解物和漏气率：通过规程中漏气情况的判断，即漏气率和是否有漏点，通过10位专家进行模糊统计判断评价隶属度；

检修记录：包括断路器运维人员记录的断路器缺陷以及发现的同型号断路器家族性缺陷，采用基于10位专家打分的模糊统计法对检修记录进行模糊评价。

利用熵权法计算各个评价因素对断路器运行的相对重要程度的方法为：采用客观熵权法对权重进行赋值，步骤包括：

1)求熵值

对于评价矩阵R，利用下式求出第j项因素的熵值：

式中，m为评价因素集里的评价个数；

2)求差异系数

利用下式求取第j项因素的差异系数g_j：

g_j＝1-e_j

3)计算熵权

第j项因素的熵权为：

式中，n为评价因素集里的因素个数，将所有w组合，构成权重矩阵W。

构建评价的断路器数字孪生体，根据综合评价结果给出断路器数字孪生体运行状态的评价的方法为：通过B_i＝W_i*R_i计算最终的模糊评价结果，精确刻画孪生体的运行情况，i分别表示绝缘特性、开断磨损、检测参数和环境条件和检修记录，i＝1,2,3,4,5；最后通过专家打分法给出本体机构和基本情况的权重

和

通过

计算断路器数字孪生体的综合评价结果。

步骤5所述实现基于数字孪生的高压断路器状态综合评估的方法包括：

1)输入步骤1中获取的数据，包括高压断路器基本信息、技术参数和运维检修历史记录；

2)输入基于模糊分布法的各因素的隶属函数，或者基于模糊评价法的各因素的评价矩阵，并计算评价矩阵R；

3)通过熵权法计算各因素权重，并计算综合评价的结果，给出评价结论。

本发明的有益效果：

提出了一种高压断路器状态综合评估方法，综合考虑了环境条件、绝缘状态等多种因素对设备运行状况的影响，并采用了模糊数学的方法对各种因素进行了综合评估，兼顾了评价的客观性与主观性，得出了各种因素的危险程度，能够有效指导针对性开展高压断路器检修计划。

解决了现有技术采用计划检修的方法，而不是状态检修的方法，针对性和维护性较差；另一方面，现有的高压断路器状态评估多集中于绝缘状态和开断磨损，而未考虑环境条件对设备运行状况的影响，可能导致部分危险因素被忽视；此外，现有的状态评估方法主观性较强，缺乏科学的数学方法指导等技术问题。

附图说明

图1是本发明高压断路器评估因素集；

图2是本发明隶属函数分布示意图；

具体实施方式

本发明包括以下步骤：

步骤1：获取高压断路器基本信息、技术参数和运维检修历史记录，获取断路器所在地的气象数据；

步骤2：基于数字孪生思想，结合断路器运行机理，从上述数据中选取不同因素构成因素集G＝{g₁,g₂,g₃,…,g_n}，以精确刻画断路器的不同属性，基于断路器运行机理及相关规程，将各种可能的断路器运行状态评价结果构成评价集U＝{u₁,u₂,u₃,…,u_n}；

步骤3：基于模糊评价思想，利用模糊统计法或模糊分布法建立各因素对各评价的隶属函数，并计算评价矩阵；

步骤4：基于综合评价方法，利用熵权法计算各个评价因素对断路器运行的相对重要程度，构建可以精确评价的断路器数字孪生体，根据综合评价结果给出断路器数字孪生体运行状态的评价；

步骤5：编写python程序，通过软件实现基于数字孪生的高压断路器状态综合评估。

进一步地，所述步骤1具体为：

获取高压断路器基本信息，包括：断路器电压等级，断路器生产厂家和设备型号，断路器投运日期，断路器安装地点海拔高度；获取高压断路器技术参数，包括：断路器额定电压，瓷瓶爬电比距，SF₆气体额定压力和报警压力，SF₆气体压力，SF₆气体年漏气率，额定电流下机械寿命，额定短路电流时累计开断次数，相间合闸不同期限值，同相各断口间合闸不同期限值，相间分闸不同期限值，同相各断口间分闸不同期限值，合闸时间和分闸时间限值；获取高压断路器运维检修历史记录，包括：历史缺陷及家族性缺陷，断口间并联电容器的绝缘电阻、电容量和tanδ测量值，辅助回路和控制回路绝缘电阻，SF₆气体预防性实验数据(湿度值、分解物)，相间合闸不同期值，同相各断口间合闸不同期值，相间分闸不同期值，同相各断口间分闸不同期值，合闸时间和分闸时间值；获取高压断路器所在地的气象数据，包括：当日最大温差，历史最大温差，降水量。

进一步地，所述步骤2具体为：

基于数字孪生思想，为准确刻画断路器本体的运行状态，选取影响程度较大的因素作为状态评价因素。高压断路器造价占比较大的部分是本体机构，也最可能出现故障，此外还要考虑断路器自身的基本情况，因此将高压断路器的运行状态分为本体机构和基本情况。本体机构主要是绝缘特性、开断磨损和检测参数等，基本情况主要是环境条件和检修记录等。其中开断磨损程度、绝缘特性和试验检测的数据最能反映一个断路器的状态，开断磨损直接关系着断路器的电气使用寿命，绝缘特性直接影响断路器的使用性能，检测数据则关系着高压断路器的机械特性，即机械使用寿命，高压断路器的健康状况和使用寿命一般就是由电力寿命和机械寿命决定的。因此，基于步骤1的数据构建准确刻画断路器运行状态的评价因素集，准确记录关键因素及其数值相当于构建了断路器数字孪生体，以数学方式描述断路器运行机理和运行状态。

构建的具体因素如附图1所示，为：绝缘特性，包括气体压力、微水含量和其他因素；开断磨损，包括：相对电磨损程度、累计开断次数和使用年限；检测参数，包括分合闸不同期和分合闸时间；环境条件，包括海拔、温度降水、外绝缘爬距和额定短路开断电流；检修记录，包括设备缺陷情况和家族性缺陷。

根据高压断路器实际运行中的工作状态，结合《电力设备预防性试验规程》中的标准和断路器说明书，将高压断路器运行状态划分为“正常”、“注意”、“异常”、“严重”四种，即构建的评价集为U＝{正常,注意,异常,严重}。正常状态表示高压断路器的各因素处于规程或标准规定的限值以内，且其数值几乎没有变化趋势，处于较稳定的状态，在近期发生事故或故障的可能性很低，断路器可以长期正常运行，按照计划巡检即可；注意状态表示高压断路器各因素处于规程或标准规定的限值以内，但其数值有劣化的趋势，目前可以正常运行，长期运行可能会出现故障，应该加强巡检或监测；异常状态表示高压断路器的各因素处于规程或标准规定的限值附近，可能超过或即将超过限制，或者近期其数值变化趋势较大，具有一定的发生故障或事故的可能性，该状态时应通过在线监测、无人机巡检等方式加强对断路器的关注，并寻找机会安排停电维修；严重状态表示高压断路器的各因素已经严重超过规程或标准规定的限值，可能已经发生小故障或即将引起故障，该状态时应该尽快停电检修。基于获取的数据对高压断路器数字孪生体因素集进行评价，可以反映断路器本体的运行状态。

进一步地，所述步骤3具体为：

基于模糊数学思想，即把模糊的概念如好坏、轻重等定量化、确定化，对于高压断路器的评价，评价结果用正常、注意、异常、严重来表示时，定义相对模糊，对于某一个状态无法确切地判断其属于哪一个评价结果，此时需要通过模糊数学中隶属度的方法，将其描述为该状态隶属于每个评价结果的程度。

隶属函数是模糊综合评价方法的应用基础，正确地构建隶属函数是利用模糊综合评价方法有效地解决实际问题的关键之一。目前在确定隶属函数时尚无成熟的方法，常见的隶属度函数模糊统计法和模糊分布法。

模糊统计法与随机事件的概率类似，由不同专家进行实验，通过多次的实验结果确定评价结果。具体为：假设有一个固定的元素g^*和一个可变集合A^*，由不同专家进行试验，可变集合A^*的边界是不同的，而g^*是固定的。如果进行b次试验，其中g^*∈A^*的次数为c，那么g^*隶属于A^*的频率为c/b。模糊统计法适合处理难以量化评价因素的问题，对于统计调查的方式来说，隶属度＝因素g_i∈评价a_i的人数/参加评价的专家总人数。

模糊分布法是当需要确定的隶属函数的曲线与某个模糊分布的形状相似时，隶属函数可以采用现成的模糊分布，常见的模糊分布形式有三角形分布、正态分布和梯形分布。

本方法采用改进的三角梯形分布确定隶属度，得到合理的分布状态。三角形分布简单，参数容易确定；半梯形分布主要是因为当评价因素的数值相对标准值太小或者太大，其因素几乎完全属于较好的评价或较差的评价，这时候半梯形分布更符合实际情况。隶属函数的分布示意图如附图2所示。

利用隶属函数进行计算时需要先将评价因素进行归一化，使函数值域为[0,1]。

最后建立评价矩阵。若r_ij表示第i个因素对第j个评价结果的隶属程度，即隶属度，可以构建评价矩阵R：

式中，r_ij∈[0,1]；i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；n为因素个数，m为评价个数。

进一步地，所述步骤3中建立评价因素的隶属函数具体为：

(3.1)绝缘特性评价

对于采用SF₆气体作为绝缘和灭弧介质的高压断路器，SF₆介质绝缘考虑的主要因素有：气体压力和微水含量，此外还有其他因素(分解物和漏气率)。

1)气体压力

根据步骤1获取的SF₆气体额定压力N_e、报警压力N_b和当前SF₆气体压力N，气体压力的转换公式为：

建立气体压力的隶属函数，如下式所示。

2)微水含量

按照《电力设备预防性试验规程》(DLT/596-2005)中SF₆气体湿度规定，灭弧室中SF₆气体的湿度在断路器正常运行时不大于300ppm。按照相对劣化度的概念，可以把微水含量转化为：

式中，L为测得的三相断路器灭弧室SF₆气体湿度的最大值。

建立微水含量的隶属函数，如下式所示。

3)其他因素

其他因素隶属度的确定，采用模糊统计法来求取，包括分解物和漏气率。SF₆断路器运行中及放电作用下进行检测的气体分解产物主要有：SO₂、H₂S和CO，根据南方电网有限公司《电力设备预防性试验规程》，参考指标应满足SO₂≤3，H₂S≤2，CO≤100，根据检修中分解物测试记录判断其是否满足要求，类似地，通过规程中漏气情况的判断，即漏气率和是否有明显漏点，通过10位专家进行模糊统计判断其评价隶属度。

(3.2)开断磨损评价

开断磨损考虑的因素主要包括相对电磨损程度、累计开断次数和使用年限。

1)相对电磨损

对于每次分、合闸的相对电磨损量可以利用下式计算：

式中，Q_M为触头的相对电磨损，N_J为高压断路器机械寿命。

累计开断电流的相对电磨损程度为：

式中，n_sum为累计开断次数。

建立相对电磨损程度的隶属函数，如下式所示。

2)累计动作次数

累计动作次数n_act的转化函数可以表示为：

建立累计开断次数的隶属函数，如下式所示。

3)使用年限

使用年限转化函数为：

式中，m_sum为断路器已使用年数，M为断路器额定使用年数。

建立使用年限的隶属函数，如下式所示。

(3.3)检测参数

检测参数指机械特性的检修测试情况，这里主要指断路器分合闸情况。高压断路器在三相分闸或合闸时不同步，即断路器出现明显不同期现象时会造成电力系统的非全相运行，造成严重后果。

按照南方电网有限公司《电力设备预防性试验规程》，除了制造厂另有规定外，断路器分合闸同期性应满足：相间合闸不同期不大于5ms，相间分闸不同期不大于3ms，同相各断口间合闸不同期不大于3ms，同向各断口间分闸不同期不大于2ms。下文实施例采用的断路器的厂家规定值是：相间合闸不同期不大于3ms，相间分闸不同期不大于2ms，同相各断口间合闸不同期不大于2ms，同向各断口间分闸不同期不大于2ms。下述转化函数中的常数值均为相应项的厂家规定值。

相间合闸不同期n_3h转化函数为：

建立相间合闸不同期的隶属函数，如下式所示。

同相各断口间合闸不同期n_1h转化函数为：

相间分闸不同期n_3f转化函数为：

同相各断口间分闸不同n_1f期转化函数为：

其隶属函数表相同，均如下式所示。

由于高压断路器合闸时会产生冲击，因此配置缓冲装置减小冲击，导致合闸时间大于分闸时间，对于该型号断路器厂家规定合闸时间不大于85ms，分闸时间不大于19ms。

合闸时间的转化函数可以定义为

分闸时间的转化函数可以定义为

建立合闸时间的隶属函数，如下式所示。

建立分闸时间的隶属函数，如下式所示。

(3.4)环境条件

根据步骤1获取历史统计中最大日温差为T_max，当日的最大日温差为T，转化函数可以表示为

x＝f(T)＝T/T_max

建立最大日温差的隶属函数为

海拔对断路器的影响体现在空气的绝缘能力随着高度的升高而降低，降水对断路器的影响体现在高降水在低温环境可能造成冰冻等灾害，对设备运行产生影响，外绝缘爬距需要满足断路器安装地实际污秽等级要求、额定短路开断电流应不小于安装地点最大运行方式下短路电流。上述环境条件主要是历史数据或现场环境数据等，这些数据相对来说难以量化，因此确定其隶属函数的时候可以采用基于10位专家打分的模糊统计法。

(3.5)检修记录

根据步骤1获取的运维检修记录，包括断路器运维人员记录的断路器缺陷以及发现的同型号断路器家族性缺陷，采用基于10位专家打分的模糊统计法对检修记录进行模糊评价。

进一步地，所述步骤4具体为：

权重是衡量被评价对象的各个评价因素对其影响的相对重要程度，反映的是不同评价因素重要性的差异，在高压断路器模糊综合评价中，直接通过评价矩阵R，采用客观熵权法对权重进行赋值，其基本步骤为：

1)求熵值

对于评价矩阵R，利用下式求出第j项因素的熵值：

式中，m为评价因素集里的评价个数。

2)求差异系数

利用下式求取第j项因素的差异系数g_j：

g_j＝1-e_j

3)计算熵权

第j项因素的熵权为：

式中，n为评价因素集里的因素个数。将所有w组合，构成权重矩阵W。

因素熵值越小，说明其差异程度越大，信息量越多，对于综合评价的影响相对应该较大，所以因素权重应该越大。相反地，熵值越大，权重应该越小。

通过B_i＝W_i*R_i可以计算最终的模糊评价结果，精确刻画孪生体的运行情况，i分别表示绝缘特性、开断磨损、检测参数、环境条件和检修记录等，i＝1,2,3,4,5。

最后通过专家打分法给出本体机构和基本情况的权重

和

通过

计算断路器数字孪生体的综合评价结果。如果评价“严重”的隶属值大于0.3，给出评价结论“断路器数字孪生体运行风险较高，应及时安排检修！”；如果评价“严重”的隶属值大于0.15且评价“异常”的隶属值大于0.3，给出评价结论“断路器数字孪生体运行风险中等，应注意监视风险因素！”；如果评价“异常”的隶属值大于0.15且评价“注意”的隶属值大于0.3，给出评价结论“断路器数字孪生体运行风险较低，应保持监视运行情况！”；否则，给出评价结论“断路器数字孪生体运行正常，可继续运行！”。

进一步地，所述步骤5具体为：

1)输入步骤1中获取的数据，包括高压断路器基本信息、技术参数和运维检修历史记录。

2)输入基于模糊分布法的各因素的隶属函数，并计算其评价矩阵R，或者基于模糊评价法的各因素的评价矩阵。

3)通过熵权法计算各因素权重，并计算综合评价的结果，给出评价结论。

本发明采用南方地区某台500kV高压断路器进行数字孪生建模与状态评估举例对本发明方案进一步进行说明：

断路器电压等级为550kV，由西门子公司生产，型号为3AT2 EI，2008年投运，海拔1349m，运行于山地；断路器额定电压为550kV，瓷瓶爬电比距为33mm/kV，SF₆气体额定压力和报警压力分别为0.7Mpa和0.64MPa，SF₆气体压力为0.67MPa，SF₆气体年漏气率为0.5％，额定电流下机械寿命为10000次，额定短路电流时累计开断次数为20次，相间合闸不同期限值3ms，同相各断口间合闸不同期限值2ms，相间分闸不同期限值2ms，同相各断口间分闸不同期限值2ms，合闸时间限值85ms，分闸时间限值19ms；获取高压断路器运维检修历史记录，包括：历史缺陷有已知的缺陷情况有2016年某日因污秽导致的机构异常，2017年某日因超期服役导致的机构异常，2018年某次作业发现断口间并联电容器的电容量和tanδ测量存在一定误差，tanδ达到0.48％，无家族性缺陷，辅助回路和控制回路绝缘电阻满足要求，SF₆气体最大湿度值为139.3ppm，分解物只有CO，含量为11.72μL/L，相间合闸不同期值2.4ms，同相各断口间合闸不同期值1.1ms，相间分闸不同期值1.1ms，同相各断口间分闸不同期值0.2ms，合闸时间81.3ms，分闸时间17.3ms；获取高压断路器所在地的气象数据，包括：当日最大温差10℃，历史最大温差为22℃，降水量为0mm。

通过说明书所述的各因素隶属值计算方法，计算各因素的隶属函数值和评价矩阵。

通过计算，得到绝缘特性的评价矩阵为

开断磨损的评价矩阵为

检测参数的评价矩阵为

[[0. 0. 0. 1.]

[0. 0. 0.5 0.5]

[0 0.25 0.75 0]

[1. 0. 0. 0.]

[0. 0. 0. 1.]

[0. 0. 0. 1.]]

环境条件的评价矩阵为

[[0.8 0.2 0. 0.]

[1. 0. 0. 0.]

[0.9 0.1 0. 0.]

[0.7 0.3 0. 0.]

[0.7 0.2 0.1 0.]]

检修记录的评价矩阵为

[[0.7 0.1 0.2 0.]

[0.9 0.1 0. 0.]]

通过熵权法计算得到断路器基本情况的评价结果为：正常——0.838466，注意——0.113934，异常——0.047600，严重——0.000000；断路器本体机构的评价结果为：正常——0.444070，注意——0.088391，异常——0.282743，严重——0.159490；通过专家打分法进行赋权，计算得到断路器综合评价结果为：正常——0.582108，注意——0.097331，异常——0.200443，严重——0.103669。得到的最终结论为：断路器数字孪生体运行正常，可继续运行！

Claims (8)

1.一种高压断路器状态综合评估方法，其特征在于：所述方法包括：

步骤1、获取高压断路器基本信息、技术参数和运维检修历史记录，获取断路器所在地的气象数据；

步骤2、从上述数据中选取不同因素构成因素集G＝{g₁,g₂,g₃,…,g_n}，将各种可能的断路器运行状态评价结果构成评价集U＝{u₁,u₂,u₃,…,u_n}；

步骤3、利用模糊统计法或模糊分布法建立各因素对各评价的隶属函数，并计算评价矩阵；

步骤4、利用熵权法计算各个评价因素对断路器运行的相对重要程度，构建评价的断路器数字孪生体，根据综合评价结果给出断路器数字孪生体运行状态的评价；

步骤5、实现基于数字孪生的高压断路器状态综合评估。

2.根据权利要求1所述的一种高压断路器状态综合评估方法，其特征在于：所述因素包括绝缘特性、开断磨损、检测参数、环境条件和检修记录；绝缘特性包括气体压力、微水含量、分解物及漏气率；开断磨损包括相对电磨损程度、累计开断次数和使用年限；检测参数包括分合闸不同期和分合闸时间；环境条件包括海拔、温度降水、外绝缘爬距和额定短路开断电流；检修记包括设备缺陷情况和家族性缺陷；所述断路器运行状态评价结果包括“正常”、“注意”、“异常”、“严重”四种，即构建的评价集为U＝{正常,注意,异常,严重}。

3.根据权利要求1所述的一种高压断路器状态综合评估方法，其特征在于：评价矩阵的确定方法为：采用改进的三角梯形分布确定隶属度，利用隶属函数进行计算时先将评价因素进行归一化，使函数值域为[0,1]；最后建立评价矩阵，若r_ij表示第i个因素对第j个评价结果的隶属程度，即隶属度，即构建评价矩阵R；

式中，r_ij∈[0,1]；i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；n为因素个数，m为评价个数。

4.根据权利要求1所述的一种高压断路器状态综合评估方法，其特征在于：所述隶属函数包括：

气体压力：根据SF₆气体额定压力N_e、报警压力N_b和当前SF₆气体压力N，气体压力的转换公式为：

建立气体压力的隶属函数，如下式所示：

微水含量：

按照相对劣化度的概念把微水含量转化为：

式中，L为测得的三相断路器灭弧室SF₆气体湿度的最大值；

建立微水含量的隶属函数，如下式所示：

相对电磨损：

对于每次分、合闸的相对电磨损量利用下式计算：

式中，Q_M为触头的相对电磨损，N_J为高压断路器机械寿命；

累计开断电流的相对电磨损程度为：

式中，n_sum为累计开断次数；

建立相对电磨损程度的隶属函数，如下式所示：

累计动作次数：

累计动作次数n_act的转化函数可以表示为：

建立累计开断次数的隶属函数，如下式所示：

使用年限：使用年限转化函数为：

式中，m_sum为断路器已使用年数，M为断路器额定使用年数；

建立使用年限的隶属函数，如下式所示：

检测参数：

相间合闸不同期n_3h转化函数为：

建立相间合闸不同期的隶属函数，如下式所示：

同相各断口间合闸不同期n_1h转化函数为：

相间分闸不同期n_3f转化函数为：

同相各断口间分闸不同n_1f期转化函数为：

其隶属函数表相同，均如下式所示：

合闸时间的转化函数定义为

分闸时间的转化函数可以定义为

建立合闸时间的隶属函数，如下式所示：

建立分闸时间的隶属函数，如下式所示：

环境条件：

根据获取历史统计中最大日温差为T_max，当日的最大日温差为T，转化函数表示为

x＝f(T)＝T/T_max

建立最大日温差的隶属函数为

5.根据权利要求4所述的一种高压断路器状态综合评估方法，其特征在于：所述隶属度还包括：

分解物和漏气率：通过规程中漏气情况的判断，即漏气率和是否有漏点，通过10位专家进行模糊统计判断评价隶属度；

检修记录：包括断路器运维人员记录的断路器缺陷以及发现的同型号断路器家族性缺陷，采用基于10位专家打分的模糊统计法对检修记录进行模糊评价。

6.根据权利要求1所述的一种高压断路器状态综合评估方法，其特征在于：利用熵权法计算各个评价因素对断路器运行的相对重要程度的方法为：采用客观熵权法对权重进行赋值，步骤包括：

1)求熵值

对于评价矩阵R，利用下式求出第j项因素的熵值：

式中，m为评价因素集里的评价个数；

2)求差异系数

利用下式求取第j项因素的差异系数g_j：

g_j＝1-e_j

3)计算熵权

第j项因素的熵权为：

式中，n为评价因素集里的因素个数，将所有w组合，构成权重矩阵W。

7.根据权利要求6所述的一种高压断路器状态综合评估方法，其特征在于：构建评价的断路器数字孪生体，根据综合评价结果给出断路器数字孪生体运行状态的评价的方法为：通过B_i＝W_i*R_i计算最终的模糊评价结果，精确刻画孪生体的运行情况，i分别表示绝缘特性、开断磨损、检测参数和环境条件和检修记录，i＝1,2,3,4,5；最后通过专家打分法给出本体机构和基本情况的权重

和

通过

计算断路器数字孪生体的综合评价结果。

8.根据权利要求6所述的一种高压断路器状态综合评估方法，其特征在于：步骤5所述实现基于数字孪生的高压断路器状态综合评估的方法包括：

1)输入步骤1中获取的数据，包括高压断路器基本信息、技术参数和运维检修历史记录；

2)输入基于模糊分布法的各因素的隶属函数，或者基于模糊评价法的各因素的评价矩阵，并计算评价矩阵R；

3)通过熵权法计算各因素权重，并计算综合评价的结果，给出评价结论。

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