基于加權(quán)評(píng)分法的架空輸電線路狀態(tài)評(píng)估方法

顧建新

（國網(wǎng)湖北省電力有限公司直流運(yùn)檢公司，湖北 宜昌 443000）

0 引 言

隨著時(shí)間的累積以及各種因素，如設(shè)計(jì)陳舊、環(huán)境惡劣以及人類活動(dòng)等，架空輸電線路（Overhead Transmission Lines，OTL）的老化和劣化問題日漸凸顯，包括腐蝕的絕緣子插腳、損壞或腐蝕的導(dǎo)線、腐蝕的鋼結(jié)構(gòu)和混凝土基礎(chǔ)中的裂縫等。由于輸電線路是電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，其部件老化導(dǎo)致的故障可能會(huì)產(chǎn)生極為嚴(yán)重后果，如供電中斷、區(qū)域停電以及降低系統(tǒng)運(yùn)行性能和可靠性。因此，有效評(píng)估以及維護(hù)架空輸電線路對(duì)于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與發(fā)展具有重要意義。加權(quán)評(píng)分法（Weighted Scoring Method，WSM）是一種基于用戶經(jīng)驗(yàn)和制造商建議的經(jīng)驗(yàn)方法，不使用復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型。由于歷史數(shù)據(jù)的分散、龐大，且難以獲取，因此，本研究采用WSM進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估，確定了測(cè)試和檢查方法及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)之后，應(yīng)用WSM計(jì)算輸電線路的修復(fù)指數(shù)和整個(gè)輸電線路的修復(fù)指數(shù)。在評(píng)估過程中，為了提高計(jì)算出的修復(fù)指數(shù)的敏感性，對(duì)每條線路跨度中的各個(gè)組件應(yīng)用了最差評(píng)分選擇技術(shù)。最后，采用層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）征求專家的意見，以便就所有標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重達(dá)成共識(shí)[1-6]。

1 架空輸電線路組件分類

本文將輸電線路分為8個(gè)組件，即導(dǎo)體、導(dǎo)體附件、懸掛絕緣體、鋼結(jié)構(gòu)、混凝土基礎(chǔ)、照明保護(hù)系統(tǒng)、塔架附件和優(yōu)先權(quán)。第一組導(dǎo)體具有載流功能。第二組導(dǎo)線附件包括接頭、壓縮終端、阻尼器、墊片和PG夾，因?yàn)樗鼈冞B接在導(dǎo)線上并位于導(dǎo)線旁邊。第三組懸式絕緣子位于塔頂，在檢查第一組和第二組絕緣子后，維護(hù)人員可在塔頂進(jìn)行目視檢查。第四組鋼結(jié)構(gòu)包括鋼塔、錨和蓋子。第五組為混凝土基礎(chǔ)。第四組和第五組可以在爬下后在地面上進(jìn)行檢查。第六組，防雷系統(tǒng)，包括一根光纖地線、一個(gè)標(biāo)記球和一個(gè)接地系統(tǒng)。第七組，塔架附件，包括危險(xiǎn)標(biāo)志牌、相位識(shí)別牌和塔架號(hào)碼牌，并具有其他功能。第八組是優(yōu)先權(quán)，因?yàn)椴煌愋偷膯栴}和解決問題所需的不同行動(dòng)。

此外，還為每個(gè)組件添加了多個(gè)測(cè)試，提高了狀態(tài)評(píng)估的準(zhǔn)確性，確保了結(jié)果的可靠性。對(duì)于數(shù)據(jù)收集實(shí)施，在輸電塔的每個(gè)跨度中，根據(jù)新開發(fā)的測(cè)試表格和將檢查和測(cè)試結(jié)果轉(zhuǎn)換為后續(xù)狀態(tài)評(píng)估分?jǐn)?shù)的推薦指南，對(duì)這8個(gè)部件的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。在獲得每個(gè)塔架跨度所需的檢查和測(cè)試數(shù)據(jù)后，計(jì)算每個(gè)塔架跨度中OTL組件的狀況，完成所選OTL中每個(gè)塔中所有主要部件的狀態(tài)評(píng)估后，計(jì)算OTL的整體翻新指數(shù)。應(yīng)用WSM確定了老化OTL狀態(tài)分類和修復(fù)任務(wù)規(guī)劃的8個(gè)主要組件的條件指數(shù)。為了獲得條件評(píng)估中每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的可接受權(quán)重，通過AHP方法，專家們?cè)贠TL系統(tǒng)的工程、施工和維護(hù)部門具有豐富經(jīng)驗(yàn)。每個(gè)子部件的安裝和所有維護(hù)人員都接受了同等的培訓(xùn)，作為對(duì)公用設(shè)施進(jìn)行目視檢查的指南。評(píng)分范圍如下：0（非常好）、1（良好）、2（滿意）、3（中等）、4（惡化）和5（達(dá)到壽命終點(diǎn)）。

2 基于加權(quán)評(píng)分法的OTL狀態(tài)評(píng)估

加權(quán)評(píng)分法用于確定作為所有標(biāo)準(zhǔn)百分比的權(quán)重，以及用于狀態(tài)評(píng)估的子組件和主要組件的權(quán)重。隨后，執(zhí)行條件評(píng)估以計(jì)算每個(gè)OTL路線的百分比條件指數(shù)（CI）和百分比修復(fù)指數(shù)（RI）。從AHP中獲得的權(quán)重百分比不僅分配給每個(gè)測(cè)試和檢查方法，還分配給OTL系統(tǒng)主要組件的重要性。由于AHP基于對(duì)單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的成對(duì)比較，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)必須首先與層次結(jié)構(gòu)中的其他標(biāo)準(zhǔn)配對(duì)。評(píng)估計(jì)算分為以下4個(gè)步驟。

步驟1：計(jì)算每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的加權(quán)系數(shù)，如表1所示，作為第一位專家給出的所有8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的示例。在矩陣中，配對(duì)值等于1表示在比較分量時(shí)具有同等重要性，配對(duì)值大于1表示重要性略高，配對(duì)值小于1表示重要性略低于其他分量。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的總和顯示在判斷矩陣的底行。

表1 加權(quán)系數(shù)矩陣

步驟2：使用矩陣中每列的總和除以其列中的值，生成歸一化判斷矩陣。表2最后一列列出了以百分比表示的加權(quán)結(jié)果。

表2 權(quán)重判斷矩陣

步驟3：通過計(jì)算公式（1）中的最大特征向量λmax來檢查判斷矩陣的一致性。

步驟4：通過公式（2）中的一致性指數(shù)CI和表3中的隨機(jī)指數(shù)RI來計(jì)算公式（3）中的一致性比CR。

表3 隨機(jī)指數(shù)

對(duì)于大于5×5的判斷矩陣，可接受的CR須小于0.1。由于從表2中的判斷矩陣中獲得的CR為0.09，因此可以接受。表4所示為7位專家的AHP成對(duì)比較矩陣，作為OTL狀態(tài)評(píng)估的組件權(quán)重平均百分比。為了從專家處獲得每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的平均權(quán)重，采用等式（4）中的幾何平均值。

表4 架空輸電線路8個(gè)組件的最終權(quán)重（單位：（%））

式中，n為專家的數(shù)量。

表4給出了根據(jù)幾何平均值表示總體狀況評(píng)估中8個(gè)主要組件重要性的最終權(quán)重。由于7位專家的幾何平均值之和為88.68%，因此最終標(biāo)準(zhǔn)化為100%，如表5所示。

表5 標(biāo)準(zhǔn)化權(quán)重（單位：（%））

在對(duì)OTL的8個(gè)主要部件和子部件進(jìn)行分類后，通過WSM進(jìn)行的狀況評(píng)估。每個(gè)主要成分的百分比計(jì)算如下：

式中，Si為分?jǐn)?shù)；Smax為每個(gè)子組件的最大分?jǐn)?shù)；Wi為第i個(gè)子組件的權(quán)重；M為每個(gè)主要組件的子組件數(shù)。

根據(jù)式（5），進(jìn)一步使用每個(gè)主要成分的權(quán)重來計(jì)算輸電桿塔組件權(quán)重：

式中，CIj,max為8個(gè)主要部件的最大百分比狀態(tài)指數(shù)；W為第j個(gè)組件的權(quán)重；N為部件總數(shù)。

根據(jù)式（5），進(jìn)一步使用OTL路線上每個(gè)塔的8個(gè)主要組件中最差的狀態(tài)指數(shù)來計(jì)算該OTL路線的翻新指數(shù)RI：

將獲得的百分比翻新指數(shù)RI分為3個(gè)區(qū)域：正常情況下為綠色，需要常規(guī)預(yù)防性維護(hù)；黃色表示中等條件，需要后續(xù)檢查和增加定期維護(hù)任務(wù)的頻率以及翻新或更換OTL的中期規(guī)劃；紅色表示條件差，需要緊急更換有缺陷的部件，或短期計(jì)劃翻新或更換OTL。

3 結(jié) 論

本文全面介紹了架空輸電線路組件的狀態(tài)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，將WSM用于確定作為所有標(biāo)準(zhǔn)百分比的權(quán)重，以及用于狀態(tài)評(píng)估的子組件和主要組件的權(quán)重，并采用WSM，結(jié)合最差評(píng)分選擇技術(shù)，計(jì)算了架空輸電線路組件的狀態(tài)指標(biāo)及其整體更新指標(biāo)，提出一種基于WSM的架空輸電線路狀態(tài)評(píng)估和維護(hù)管理方法。通過評(píng)估結(jié)果將架空輸電線路分為正常、中等和不良狀態(tài)，從而有效地管理輸電線路的維護(hù)任務(wù)。