基于災(zāi)度等級(jí)評(píng)定的變電站巡視檢查技術(shù)研究

呂鈞章，冶金順，馬明娟，冶金祥，馬明瑞

(1. 中國(guó)電建集團(tuán)青海省電力設(shè)計(jì)院有限公司，青海 西寧 810008；2. 國(guó)家電網(wǎng)青海省海北供電公司，青海 海北州 812200；3. 南京師范大學(xué)南瑞電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，江蘇 南京 210046)

0 引言

變電站是電力系統(tǒng)的中樞轉(zhuǎn)換關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要對(duì)電壓和電流進(jìn)行有效地分配和交換[1-2]。受限于各類指標(biāo)因素的紛繁蕪雜性，變電站巡視檢查評(píng)定技術(shù)呈現(xiàn)多因素綜合交互影響的特征，其運(yùn)行的穩(wěn)定性與供電的連續(xù)性至關(guān)重要。因此，必須定期、定點(diǎn)、定量地開展變電站巡視檢查，以確保變電站的安全運(yùn)行。

按照相關(guān)行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)安全生產(chǎn)法律規(guī)定，加強(qiáng)巡視檢查是確保變電站安全運(yùn)行最基本的規(guī)范性條款，是運(yùn)行維護(hù)現(xiàn)代化管理的重要工作內(nèi)容。

綜合多因素指標(biāo)的災(zāi)度等級(jí)評(píng)定，就其本質(zhì)而言屬于模糊定量化識(shí)別的范疇[3]。近年來，文獻(xiàn)[4-5]表明綜合多指標(biāo)影響程度的“最大隸屬度”方法，解決多因素指標(biāo)評(píng)定過程的絕對(duì)性、片面性，確保評(píng)定結(jié)果的客觀、公正性；文獻(xiàn)[6-7]研究表明變電站運(yùn)行狀態(tài)評(píng)定是一個(gè)多屬性決策問題，應(yīng)用“災(zāi)度等級(jí)”對(duì)變電站診斷數(shù)據(jù)進(jìn)行信息融合，來明確變電站安全運(yùn)行的等級(jí)；文獻(xiàn)[8]分析的災(zāi)度評(píng)估模型來判斷災(zāi)度等級(jí)，并運(yùn)用模糊邏輯較好地處理了變壓器故障評(píng)估的準(zhǔn)確性、相對(duì)性。本文采用多因素綜合評(píng)估方法，通過構(gòu)建變電站巡視檢查的災(zāi)度等級(jí)隸屬度函數(shù)，實(shí)現(xiàn)變電站巡視檢查的模糊評(píng)估和定量化度量，有效解決了變電站正常巡視、全面巡視、特殊巡視檢查的安全性狀準(zhǔn)確評(píng)估的困難，確保變電站正常安全運(yùn)行。

1 變電站巡視檢查的“災(zāi)度等級(jí)評(píng)定”模型

國(guó)內(nèi)袁藝等學(xué)者[9-10]通過災(zāi)度等級(jí)進(jìn)行模糊處理，提出了適用于各種自然災(zāi)害等級(jí)評(píng)估的多因素模糊評(píng)估法，有效地辨識(shí)災(zāi)前預(yù)評(píng)估、災(zāi)中應(yīng)急評(píng)估、災(zāi)后綜合評(píng)估的災(zāi)害損失絕對(duì)量，有效地辨識(shí)病害的安全狀況，在實(shí)際工程得到廣泛的應(yīng)用。

電力設(shè)備安全運(yùn)行是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，尤其變電站作為電力系統(tǒng)的關(guān)鍵樞紐設(shè)備，其健康水平和運(yùn)行狀況直接關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。本文以變電站的變壓器、互感器、開關(guān)設(shè)備、防雷設(shè)備以及環(huán)境因素等單一因素作為變電站巡視檢查災(zāi)度評(píng)估的主要指標(biāo)因素。應(yīng)用“災(zāi)度等級(jí)評(píng)定”模型，對(duì)變電站巡視檢查的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行定性、定量的分析，實(shí)現(xiàn)快速有效的災(zāi)度評(píng)估。

1.1 災(zāi)度評(píng)定模型

基于災(zāi)度等級(jí)評(píng)定的變電站巡視檢查模型，是多因素指標(biāo)綜合影響的工程進(jìn)行總的安全等級(jí)評(píng)定。一般應(yīng)用最大隸屬度原則確定所屬工程災(zāi)度等級(jí)，工程中按多種因素綜合性狀評(píng)定，其災(zāi)度評(píng)定模型技術(shù)路線如圖1 所示。

圖1 災(zāi)度等級(jí)評(píng)定模型技術(shù)路線圖

基于災(zāi)度等級(jí)評(píng)定的模糊綜合評(píng)判表達(dá)式，如式(1)所示。采用式(1)確定災(zāi)度等級(jí)評(píng)定，這種模型算法既考慮了指標(biāo)因素對(duì)變電站運(yùn)行狀態(tài)的影響, 又保留了單一因素的全部信息，較符合實(shí)際工程安全巡視檢查的情況。

式中：bj為災(zāi)度等級(jí)評(píng)定的最大隸屬度評(píng)估值；B為災(zāi)度等級(jí)模糊評(píng)判矩陣；W為評(píng)價(jià)因素權(quán)向量矩陣，需根據(jù)專家打分相對(duì)重要性賦予相應(yīng)的權(quán)重；R為由災(zāi)度隸屬函數(shù)所確定的災(zāi)度評(píng)定矩陣。

1.2 災(zāi)度等級(jí)評(píng)定算法

1)構(gòu)建因素集

選定的狀態(tài)參量作為評(píng)判因素，建立變電站運(yùn)行狀態(tài)因素分析圖如圖2 所示，變電站目標(biāo)層，可劃分為五個(gè)評(píng)判層項(xiàng)目，即UX= (UX1,UX2,UX3,UX4,UX5) 。

圖2 變電站運(yùn)行評(píng)定因素指標(biāo)

2)建立評(píng)語(yǔ)集

依據(jù)GB 1094.1-85《國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電力變壓器》、國(guó)家電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《110(66) kV ～500 kV 電流互感器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、GB 7251.12-2013《國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備：第2 部分》和《防雷接地規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)》，并結(jié)合文獻(xiàn)綜述與專家評(píng)定工程現(xiàn)狀確定變電站巡視的災(zāi)度等級(jí)劃分?；谥笜?biāo)因素對(duì)變電站的影響程度，劃分為“良好”“一般” “較重”“嚴(yán)重”4 種等級(jí)，即評(píng)語(yǔ)集為V= ｛v1,v2,v3,v4｝?；跒?zāi)度等級(jí)評(píng)定的目的在于綜合多因素指標(biāo)的基礎(chǔ)上，從評(píng)語(yǔ)集中得到最佳的答案。

3)建立災(zāi)度評(píng)定矩陣

本文對(duì)于變電站通過第i個(gè)因素指標(biāo)ui對(duì)變電站進(jìn)行等級(jí)評(píng)定，按評(píng)語(yǔ)集中vi的隸屬度為rij(j=1, 2, 3, 4)，建立隸屬度集RX=｛ri1,ri2,ri3,ri4｝，則所有的指標(biāo)因素構(gòu)建成為災(zāi)度隸屬度評(píng)定矩陣。

對(duì)變電站的因素指標(biāo)u，按隸屬集構(gòu)建，其災(zāi)度評(píng)定矩陣如式(2)所示。

4)指標(biāo)權(quán)重的確定

本文確定因素指標(biāo)的權(quán)重，采用層次分析法( analytic hierarchy process，AHP)，需要進(jìn)行專家咨詢，將多因素指標(biāo)的冗余復(fù)雜劃分為有關(guān)聯(lián)的權(quán)重賦值。把多因素、多指標(biāo)的權(quán)重賦值兩兩比較，形成一種主、客觀評(píng)價(jià)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的權(quán)重計(jì)算方法。各因素指標(biāo)賦值，具備真實(shí)可信、實(shí)用的特點(diǎn)。

通常專家咨詢需要5 ～10 位，本次邀請(qǐng)5 位專家按層次分析法的要求給出指標(biāo)間兩兩比較的相對(duì)重要性，其指標(biāo)因素的判斷標(biāo)度如表1 所示。

表1 指標(biāo)因素判斷標(biāo)度及其含義

依據(jù)層次分析法確定變電站安全巡視檢查災(zāi)度評(píng)定權(quán)重，計(jì)算權(quán)重過程如下：

對(duì)“目標(biāo)層UX”的判斷矩陣A進(jìn)行歸一化處理，經(jīng)過AHP 法的運(yùn)算，得到災(zāi)度等級(jí)評(píng)定指標(biāo)因素的權(quán)重分配，如表2 所示。

表2 指標(biāo)因素權(quán)重的分配表

經(jīng)過AHF 法運(yùn)算，經(jīng)過歸一化處理得到A'。

1.3 指標(biāo)因素隸屬度的確定

變電站安全等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)因素的隸屬度是模糊數(shù)學(xué)最基本也是最重要的基礎(chǔ)性概念，其模糊綜合評(píng)價(jià)主要采用隸屬度對(duì)事物進(jìn)行評(píng)價(jià)計(jì)算。對(duì)于一個(gè)確定的模糊集來說，隸屬度主要體現(xiàn)了評(píng)價(jià)事物的模糊性與不確定性。隸屬度確定的過程，本質(zhì)而言屬于客觀性與主觀性的綜合描述。

1.3.1 專家評(píng)定依據(jù)

變電站安全評(píng)定巡視中，專家對(duì)變電站巡視檢查內(nèi)容評(píng)定依據(jù)如表3 所示。

表3 變電站巡視檢查評(píng)定內(nèi)容

1.3.2 指標(biāo)隸屬度的確定

變電站安全評(píng)定巡視中，指標(biāo)因素變壓器、互感器、開關(guān)設(shè)備、防雷設(shè)備以及環(huán)境因素等評(píng)定變電站安全等級(jí)的數(shù)據(jù)本文采用德菲爾法(專家打分法)。通過專家調(diào)查、檢測(cè)以及巡視的形式，給出變電站各指標(biāo)因素的安全評(píng)定等級(jí)，制作變電站評(píng)定等級(jí)表，分發(fā)給專家，以此確定各因素指標(biāo)的隸屬度，從而構(gòu)建隸屬度評(píng)估矩陣。其隸屬度表達(dá)式，見式(3)所示[11]。

主要依據(jù)專家問卷調(diào)查的形式，給出指標(biāo)因素安全等級(jí)評(píng)價(jià)的依據(jù)，分發(fā)給5 個(gè)專家，根據(jù)專家的調(diào)查卷評(píng)判來確定指標(biāo)因素的隸屬度。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程簡(jiǎn)介

電力管理部門結(jié)合日常管理工作，對(duì)青海某變電站進(jìn)行巡視檢查，其變電站巡視檢查的相關(guān)資料，如表4 所示。

表4 青海某變電站巡視檢查資料

2.2 工程指標(biāo)隸屬度的確定

對(duì)于變電站災(zāi)度等級(jí)隸屬度的確定采用德菲爾法，其中專家評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)表3 變電站巡視檢查評(píng)定內(nèi)容，作出對(duì)該變電站隸屬度的確定，如表5 所示。

表5 指標(biāo)因素隸屬度的確定

2.3 基于災(zāi)度等級(jí)評(píng)定的變電站巡視檢查評(píng)估

通過對(duì)青海某變電站的安全巡視檢查，并按單一評(píng)價(jià)因素標(biāo)準(zhǔn)開展安全等級(jí)評(píng)價(jià)研究，獲得災(zāi)度等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果如表6 所示：

表6 變電站災(zāi)度等級(jí)評(píng)價(jià)

由表6 所示評(píng)估結(jié)果，可以知道該變電站的綜合多因素最大隸屬度指數(shù)為0.9126，根據(jù)最大隸屬度原則可以確定，其巡視檢查評(píng)估呈現(xiàn)Ⅰ級(jí)災(zāi)度特征。

3 結(jié)語(yǔ)

本文引入了災(zāi)度評(píng)估技術(shù)滿足變電站正常巡視、全面巡視、特殊巡視檢查的安全性狀準(zhǔn)確評(píng)估需要。通過災(zāi)度等級(jí)評(píng)價(jià)模型，對(duì)變電站進(jìn)行定量、定性評(píng)估，較好地解決了多指標(biāo)綜合影響安全運(yùn)行評(píng)估過程的模糊性和不確定問題。

根據(jù)最大隸屬度原則可以明確工程災(zāi)度指數(shù)為0.912 6 的Ⅰ級(jí)災(zāi)度特征，說明該變電站的運(yùn)行良好，只要在日常巡視檢查過程中對(duì)局部輕微的損傷進(jìn)行修復(fù)，可以確保變電站的安全可靠運(yùn)行。

基于災(zāi)度等級(jí)評(píng)定的變電站巡視檢查技術(shù)研究，綜合變電站巡視檢查的各因素指標(biāo)信息，明確變電站的安全運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站多相信息的綜合評(píng)估與度量，為變電站安全可靠運(yùn)行提供的重要支撐技術(shù)方法。