基于可拓學的架空輸電線路運行狀態評估研究

楊璽

摘要： 為了解決運行中的架空輸電線路評價參數指標繁多，評價結構體系復雜等問題，提出了一種基于層次分析法和可拓學理論的多層次多指標的輸電線路運行狀態綜合評價模型，對輸電線路運行狀態進行評價，得出評價指標量值，運用層次分析法確定影響輸電線路運行狀態的評價指標權重系數，再根據物元可拓理論確定經典域物元、節域物元和可拓集合中的關聯函數，得到輸電線路運行狀態的評價結果。將層次分析法與可拓學理論相結合，既能客服層次分析法中指標不容易量化的主觀性，又能避免物元可拓評價方法中對指標權重的忽視。最后，將該模型應用于某區域的架空輸電線路，通過具體實例來驗證了該評估模型的可行性。

Abstract： In order to solve the problem of the evaluation index of the overhead transmission lines in operation and the complexity of the evaluation structure system， a comprehensive evaluation model of the transmission line running status of the multi-level and multi-index based on the analytic hierarchy process and the extension theory is proposed. And then the analytic hierarchy process is used to determine the weight index of the evaluation index which affects the running state of the transmission line. Then， according to the theory of extension theory， the classical domain matter element， the kernel element element and the extension set， the transmission line running status evaluation results are obtained. The combination of analytic hierarchy process and extension theory can not only quantify the subjectivity of the index in the customer service analytic hierarchy process （AHP）， but also avoid the neglect of the index weight in the method of matter-element extension evaluation. Finally， the model is applied to the overhead transmission lines in a certain area， and the feasibility of the evaluation model is verified by concrete examples.

關鍵詞： 輸電線路;狀態評價;評價模型;層次分析法;可拓學

Key words： transmission line;state assessment;evaluation model;analytic hierarchy process;extenics

中圖分類號：TM752 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）13-0100-05

0 引言

架空輸電線路的運行狀態影響到電力系統運行的可靠性。輸電線路在我國分布地域廣泛，且可靠性受外界環境影響較大，因此在線監測難度大，發生故障的頻率較高。例如：線路風偏閃絡故障、線路污閃、線路覆冰故障以及雷擊跳閘等[1]。為了確保輸電線路的正常運行，對輸電線路的運行狀態進行科學合理的評價是確保其正常運行工作的必要條件[2，3]。

對輸電線路運行狀態評估一直都是電網運行的重要研究方向，雖然評價方法多種多樣，但是通常的評價步驟都是先選取影響輸電線路運行狀態的評價指標，構建輸電線路運行狀態評價體系，結合定量的評價方法，做出輸電線路運行狀態綜合評價。然而，輸電線路運行狀態收到眾多方面影響，且影響因素均有復雜性和不確定性，使得輸電線路運行狀態評價更為動態、復雜。近年來，國內外研究學者進行大量的研究探索，文獻[4]研究了輸電桿塔的狀態評估方法，采用不確定性方法分析影響桿塔安全工作的因素及其對應的概率，并得出了桿塔安全評估指標體系。文獻[5]在構建灰色評價模型的基礎上，利用 AHP 法評價了某 500 kV高壓輸電線路的運行狀態。文獻[6]等人通過FCE法對輸電線路的整體狀態進行了有效評估。文獻[7]提出一種基于馬爾可夫鏈模型的運行狀態及其風險的評估方法。雖然這些方法對輸電線路的運行狀態進行了有效的評估，但是輸電線路現場的條件千變萬化，目前尚未構建一套比較完整的狀態評價指標體系。

可拓學[8，10]是用一種智能化的解決問題方法，主要研究內容是將具體實際問題抽象為形式化的矛盾問題及解決過程，研究矛盾問題的普遍規律，構建解決矛盾問題的方法體系。本文把可拓學理論和層次分析法相融合，應用在輸電線路運行狀態的評估中，從桿塔、導地線、絕緣子、金具及接地裝置5方面（準則層）綜合考慮影響輸電線路運行狀態的評價指標（指標層），建立多層次多指標的數學模型，最終求出其狀態綜合評價結果。

1 層次分析—物元可拓綜合評判法

1.1 層次分析法

影響架空輸電線路狀態的因素有很多，并且其結構復雜，難以完全采用定量的方法進行分析和評估。層次分析法針對復雜的多目標決策問題，將定性與定量分析方法相結合的綜合決策方法，具有定量數據信息需求少，簡潔實用等優點。基本思想是按照問題要求建立起一個描述系統特性的三層（目標層、準則層、方案層）遞階層次結構模型，然后請相關領域專家對各層次的影響因素進行評判，給出相應的比例標度，計算出各個層次所有影響因素的相對重要性權值，并加以排序，最后根據排序結果進行規劃決策和選擇問題的措施[11]。

1.2 物元可拓評判法

鑒于輸電線路狀態評估的狀態量不易用確切數學描述，采用物元可拓法對其進行量化評估成為必要。關于物元可拓的評估辦法是在可拓集合論的基礎上，根據物元的可拓性，利用關聯函數建立事物相互之間、因素相互之間的聯系水平以及數量上的關系，結合定性定量的方法對一個對象或者多個對象的優劣評價，評價對象包括事物、策略、方法等[12]。進行物元可拓綜合評價的步驟如下：判定衡量條件，構件可拓學評估模型，得出評估物元的經典域和節域;確定待評物元;建立關聯函數并計算;確定權重;計算待評價的物元綜合關聯系數;確定待評價物元的評價級別。

2 輸電線路狀態評價模型的建立

2.1 輸電線路評價指標體系構建

架空輸電線路最突出的特點就是線路部件多、距離長，運用層次分析法，建立輸電線路狀態評價指標體系（O）（即目標層），目標層又包括5個準則層（H），即：一是桿塔（基礎），可從彎曲度、傾斜角度、裂紋、腐蝕、構件牢固等角度分析;二是導地線，可從弧垂、斷股、地線銹蝕等角度分析;三是絕緣子，可從污穢、零值自爆率、鋼帽鋼腳銹蝕等角度分析;四是金具，可從磨損、腐蝕、松動等角度考慮;五是相關接地裝置，可從接地體電阻值、接地體埋深、接地體連接等角度考慮。

2.2 評價指標權重的確定

輸電線路狀態評估指標權重，運用AHP方法確定，過程如下：

4 結論

①架空輸電線路運行狀態指標權重的確定是進行可拓學評價的重要步驟之一，依據層次分析法，從桿塔、導地線、絕緣子、金具、接地裝置5個方面確定了影響架空輸電線路運行狀態的17個評價指標，計算出各個評價指標的權重，有效克服了傳統權重系數確定辦法的主觀性，讓評價辦法更加客觀、精確。

②本文將層次分析法和可拓學相關理論結合，構建出一種新的輸電線路狀態評價指標體系，經過計算得出，輸電線路運行狀態評價的級別關聯程度為0.4145，運行狀態評判等級為Ⅱ級，輸電線路運行狀態處于注意狀態。

③層次分析法—可拓學評價模型的輸電線路運行狀態評價結果與以往運用的模糊評價和灰色關聯法計算的結果一致，由此表明此模型是可行合理的。基于層次分析法的輸電線路運行狀態可拓學評價考慮了多個角度、多個因素，模型所應用指標的數量和種類沒有收到約束，有效避免單因素決策的片面性和人的主觀差異性對評價結果的影響。本模型可適用于不同的架空輸電線路，能夠準確、科學的對線路的運行狀態進行評價，節省人力和財力資源，保證線路運行的安全性。

參考文獻：

[1]劉振亞.特高壓電網[M].北京：中國經濟出版社，2005：185-208，336-388.

[2]翟興麗，文福拴，林振智，等.基于模糊層次分析法的電能質量綜合評估與靈敏度分析[J].華北電力大學學報（自然科學版），2013，40（5）：48-53.

[3]黃立新.智能電網條件下輸電檢修優化模式與實施方案研究[D].北京：華北電力大學，2013.

[4]KAMINSKI J J， RIERA J D， de MENEZES P C R， et al，Model uncertainty in the assessment of transmission line towers subjected to cable rupture[J]. Engineering Structures，2008，30（10）：2935-2944.

[5]謝傳勝，張蕾，賈曉希.基于層次分析法的塞北地區500kV 輸電線路狀態評價[J].水電能源科學，2013，31（2）：189-192.

[6]何樂彰，張忠會，張琪琪.采用模糊綜合評判法的輸電線路狀態評估[J].電力與能源，2014，35（3）：349-352.

[7]蔣樂，劉俊勇，魏震波.基于馬爾可夫鏈模型的輸電線路運行狀態及其風險評估[J].電力系統自動化，2015，39（13）：51-56.

[8]張鵬，陳劍平，邱道宏.基于粗糙集的隧道圍巖質量可拓學評價[J].巖土力學，2009，30（1）：246-250.

[9]Cai W. Extension engineering and applications[J]. International Journal of Operations and Quantitative Management， 1999， 5（1）： 59-72.

[10]Liu M Y. An application of extension theory to the evaluation of slope stability[J]. Journal of Wuhan University of Technology： Materials Science Edition， 1999， 14（4）：57-62.

[11]段巍，林怡.基于層次分析—模糊綜合評判的輸電線路狀態評估[J].電力科學與工程，2015，31（9）：33-34.

[12]焦健.架空輸電線路運行狀態評價方法研究[D].秦皇島：燕山大學，2016.

[13]王新民，康虔，秦健春.層次分析法—可拓學模型在巖質邊坡穩定性安全評價中的應用[J].中南大學學報（自然科學版），2013，44（6）：2456-2457.