基于缺陷关联规则挖掘的开关柜质量智能判定系统_尹旷.pdf

第 46 卷 第 1 期2023 年 2 月电 子 器 件Chinese Journal of Electron DevicesVol.46No.1Feb 2023项目来源:南方电网科技项目(GZHKJXM20180069)收稿日期:20211008修改日期:20211223The Intelligent Quality Evaluation System of SwitchgearBased on Defect Association ules*YIN Kuang1*，MO Wenxiong1，HU Fan1，WANG Hongbing1，DU Hongzhi2，LI Zhihe2(1Key Laboratory of Middle-low Voltage Electric Equipment Inspection and Testing，China Southern Power Grid Company Limited，Guangzhou Guangdong 510410，China;2 State Key Laboratory of Power Transmission Equipment SystemSecurity and New Technology，Chongqing University，Chongqing 400044，China)Abstract:In view of the strong subjective factors and lack of refined quality ratings in current switchgear acceptance work，a switchgearquality evaluation system is proposed based on historical acceptance data A three-dimensional acceptance index system for switchgearappearance size parameters，electrical performance parameters，and mechanical performance parameters is established The apriori algo-rithm is used to mine the historical data of the power grid acceptance switchgear，and the switchgear is dynamically assigned weightsbased on the correlation results On this basis，the fuzzy evaluation method is used to evaluate the quality of the switchgear Based on atruck mobile platform，a robotic arm equipped with multiple sensors is used to build a switchgear detection platform，and the quality e-valuated according to the collected information，realizing the functions of grading the performance of each dimension and the overallquality of the switchgearKey words:switchgear;apriori algorithm;dynamic weight;quality evaluationEEACC:7220;8140doi:103969/jissn10059490202301031基于缺陷关联规则挖掘的开关柜质量智能判定系统*尹旷1*，莫文雄1，胡帆1，王红斌1，杜泓志2，李志鹤2(1南方电网中低压电气设备质量检验测试重点实验室，广东 广州 510410;2重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，重庆 400044)摘要:针对目前开关柜验收工作中检测指标不明确、存在主观因素强、缺少精细化质量评级、数据缺乏平台化管理等问题，提出了一种基于历史验收数据的开关柜质量判定系统。统一并建立了开关柜外观尺寸参数、电气性能参数、机械性能参数三个维度的验收指标体系，利用 apriori 算法对电网验收开关柜历史数据进行关联规则挖掘，基于关联关系结果进行开关柜动态赋权，在此基础上利用模糊评价法对开关柜整体及各层次质量进行精细化等级评分。该系统基于卡车移动平台采用机械臂搭载多传感器搭建了开关柜检测平台，依据采集信息进行质量判定，实现对开关柜各维度性能及整体质量的优劣评级等功能。关键词:开关柜;apriori 算法;动态赋权;质量评估中图分类号:TM07文献标识码:A文章编号:10059490(2023)01018507随着电网中低压电网投入的逐渐增大，开关柜的需求量日渐增加，相应的验收检测工作也会显著增加，将给现有的验收检测方法带来巨大挑战。开关柜作为配电网的关键设备，其质量优劣将直接影响到供电可靠性1。为了保证开关柜的入网质量，目前南方电网等电力企业主要采用出厂见证试验、现场验收检测、实验室抽检等技术手段避免质量不合格产品进入生产运行环节2。通过对开关柜现场验收工作进行总结，结合部分现场调研，发现开关柜目前验收工作存在以下问题:各区县局验收工作方式不统一，缺乏统一验收指标体系。开关柜质量检测数据记录采用手工记录，无统一数据库记录。缺乏对开关柜验收历史数据分析，验收工作缺乏重点;对开关柜的质量评定缺乏多层次的精细化评级以区分各厂家质量等级。近年来，电力系统设备故障诊断与状态分析已向综合智能方法的方向发展37。但是从目前公开发表的文献来看，对开关柜进行验收质量综合判定的研究很少，几乎处于空白。针对前文所述目前验收工作中的问题，本文主要做了以下工作。首先拟定了统一全面的验收指标体系，其次对开关柜历史电子器件第 46 卷验收数据进行关联规则挖掘，在此基础上提出了开关柜的质量判定方法，实现了对开关柜验收质量的多层次精细化评级。基于卡车平台搭建了开关柜综合评估系统，利用机械臂、工业相机、三维扫描仪、材质检测仪等多传感器实现开关柜质量的快捷式智能检测，提高了检测效率。1质量判定方法11构建开关柜质量判定指标体系本文通过对传统验收工作的现场调研，参考南方电网 12 kV405 kV 高压开关柜通用技术规范 、南方电网高压开关柜执行质量标准 南方电网设备标准技术书 等相关技术书，结合可操作性以及全面性等原则，在传统验收指标基础上进行了补充优化，从外观尺寸指标、机械性能指标、电气性能指标这三个维度，构建了开关柜质量判定多层次指标体系。其中二级指标一共由 89 项检测单元组成，由于篇幅有限，表 1 仅给出部分检测指标。表 1开关柜质量判定指标(部分)一级指标二级指标编号外观尺寸参数 x1绝缘层厚度触头中心位置同心度断路器导轨平行度断路器导轨间距母线绝缘距离分支母线裸露长度X101X102X103X104X105X106机械性能参数 x2分闸时间合闸时间分闸速度合闸速度三相分闸不同期时间三相合闸不同期时间合闸弹跳时间X201X202X203X204X205X206X207电气性能参数 x3主回路工频耐压试验(相间及相对地)主回路工频耐压试验(断路器断口间)主回路绝缘电阻(耐压试验前相间及对地)主回路绝缘电阻(耐压试验前断路器断口间)二次回路耐压试验(各导体对地)二次回路耐压试验(不同回路之间)二次回路绝缘电阻(耐压试验前各导体对地)二次回路绝缘电阻(耐压试验前不同回路之间)X301X302X303X304X305X306X307X308利用上述模型对开关柜质量进行判定时，还必须解决开关柜质量评级的问题。目前行业内还未有过对开关柜质量评级的方法，因此本文定义了一种3 级分类方法，即优秀状态(级)、合格状态(级)、不合格状态(级)。12基于缺陷关联规则挖掘确定指标权重在评估、决策研究领域，确定科学的指标权重是进行评估、决策的关键，目前赋权的主要方法有客观赋权法、主观赋权发。为了确保本方法的可靠性，本文对开关柜历史数据进行数据分析，在此基础上对指标进行了动态赋权，考虑了客观因素，提高了判定准确性。121开关柜历史数据缺陷关联度分析Apriori 算法是一种挖掘关联规则的算法，通过多次扫描事务数据库实现频繁项集的挖掘。不同开关柜质量判定指标之间可能存在不同程度的关联度，例如母线绝缘距离不合格导致耐压试验不合格、由于工作人员疏忽导致不同标识缺失等现象。当出现不合格指标时，挖掘缺陷之间的关联规则，针对关联度高的指标重点评估可一定程度上提升质量判定的准确性。因此，本文通过整理近年 3 年的开关柜验收缺陷数据，建立了缺陷数据库。由于缺陷种类繁多，本文为了使挖掘出的关联规则便于分析以对缺陷进行分类，大体上分为了机械性能缺陷、电气性能缺陷以及外观尺寸缺陷三大类，下属各类尺寸缺陷、标识缺陷、绝缘缺陷等共计 34 类。由于开关柜指标过多，挖掘出的频繁项集较多，其中仅展示了部分置信度为 1 的具体关联度，如表 2 所示。表 2缺陷关联度频繁项集支持度 置信度主回路绝缘电阻电缆室尺寸0361二次回路绝缘电阻仪表室尺寸二次回路耐压试验0281二次回路耐压试验仪表室尺寸0281二次回路耐压试验二次回路绝缘电阻0281二次回路耐压试验仪表室尺寸二次回路绝缘电阻0281二次回路绝缘电阻二次回路耐压试验仪表室尺寸0281主回路绝缘电阻小车标识电缆室尺寸0281断路器室元器件断路器室铭牌标识电缆室尺寸0241基于 apriori 算法计算得出缺陷间的关联关系及支持度置信度等数据，下文将基于这些缺陷数据对开关柜指标权重进行计算。122开关柜指标综合权重确定根据前文的关联规则挖掘结果，现计算开关柜指标权重，用于后续开关柜质量判定计算综合评价向量。在关联规则表示中，常用支持度与置信度描述规则的关联强度。支持度表示同时包含频繁项集中所有事务的事务占所有事务的比例，依据关联度挖掘结果，包含不合格指标的项集的支持度大多集中在 02 至 05 之间，如表 2 所示。在进行权重计算时，为强调缺陷指标，弱化正常指标，因此对于缺陷置信度较高的指标需要设置较大的重要度，对数函数符合这一要求，选取恰当的对数函数及系数对指标重要度进行计算，将重要度计算值控制在一定范681第 1 期尹旷，莫文雄等:基于缺陷关联规则挖掘的开关柜质量智能判定系统围内且突出强调了缺陷指标，如式(1)所示。最后根据重要度计算开关柜静态权重。其中，不合格支持度低于等于 01 的指标视为不合格支持度为 01。Ii=0243 4lnSi+0975 8(1)w0i=Iimi=1Ii(2)式中:Ii为第 i 个指标的重要度;Si为第 i 个指标不合格的支持度;w0i为第 i 个指标的静态权重，即权重初始值。将上述由重要度直接计算得的权重定义为常权重，而由于开关柜的检测指标数量多，每个指标的常权重都相对较小，且开关柜对质量分级界限要求明显，而当某一个指标的值出现异常时，其对于最终评价结果的影响也十分有限，极可能将不合格产品判定为合格，常权重的方法无法突出最差或者最优级别因素对判定结果的影响。因此，需要权重根据检测值的大小进行适当调整，以满足开关柜质量判定的精确性。除此之外，各不合格指标之间存在部分关联关系，即 A 项不合格有一定概率导致 B 指标也不合格，利用关联分析结果对指标权重及时调整也有利于提高判定的精确度。本文将常权重进行两次变权，得到动态权重，用于后续计算综合评价向量，具体步骤如下:首先对指标的检测值进行判断，如若存在不满足合格最低标准的指标，则进行第一次变权:对于不合格的指标:w1i=04w0i1w0i1(3)对于合格的指标:w1i=06w0i21