500 kV輸電線路運行穩定性評價模型研究

戴北城，李 梅，姜 恒，喻紅林，蔣建紅

(三峽大學電氣與新能源學院，湖北 宜昌 443002)

1 模糊綜合評價模型

1.1 評價指標

由500 kV輸電線路本體、線路通道以及歷年故障情況等3方面綜合考慮，將500 kV輸電線路的通道地理環境、線路里程、運行時長、是否聯網以及故障情況等5項評價指標作為一級因素集，某些一級因素集還有相關的二級因素集和三級因素集，如圖1所示。

圖1 模糊綜合評價模型

本文將輸電線路運行狀況分為良好、一般、注意、警告、嚴重警告5個等級，評語集V={良好、一般、注意、警告、嚴重警告}[1]。

1.2 隸屬度函數

一級因素集的5個評價指標，采取不同數據對應不同隸屬度函數的確定方法。采用改進的三角梯形分布[2]，其函數表達式和圖像簡單、直觀，能較好地表示某一指標對于各個評價等級的隸屬度關系，其函數表達式為

式中：f(xk)為隸屬度函數；x為狀態量評分值；xk(k=1,2,3,4,5)為狀態量的狀態級別對應的模糊分界區間界限。隸屬度函數如圖2如示。

圖2 隸屬度函數

a.通道地理環境的隸屬度函數

按照經驗將線路通道地理環境分為4種典型類型，即平原、丘陵、山地與河網/沼澤[3]，每種通道地理環境用各種地形所占的百分比表示，利用層次分析法確定每種地形對應的權重，得到權重向量β1×4。當線路通道環境為100%平原地形時，是最理想的情況，所對應的權重ω1最大，作為基準值按照式(6)進行折算，確定每種地形初始分數。輸電線路通道地理環境的初始分數如表1所示。

表1 通道地理環境的初始分數

線路通道地理環境的總分等于4種地形所占的百分比乘以對應的初始分數求和。

式中：Y為4種地形對應的初始分數；α為4種地形所占百分比；S為總分。模糊分界區間界線xk={10,30,50,70,90}。

b.線路里程的隸屬度函數

由運維經驗可知，輸電線路越長，運維檢修難度越大，模糊分界區間界限xk={50,100,150,200,250}。

c.線路運行時長的隸屬度函數

由每回輸電線路投運日期開始計算，以年為單位，模糊分界區間界限xk={5,10,15,20,25}。

d.歷年故障情況的隸屬度函數

輸電線路故障分為跳閘和停運2種情況，通過數值分析方法確定跳閘和停運的權重，最后得到總分。本文設定跳閘、停運的初始分值為100分，根據線路歷年故障情況，分別計算線路最后跳閘和停運的總分[4-5]。

式中：ti為線路跳閘初始分值；mi為跳閘次數；tj為線路停運初始分值；mj為停運次數；Q1為跳閘總分；Q2為停運總分。跳閘模糊分界區間界限xk={50,60,70,80,90}；停運模糊分界區間界限xk={60,70,80,90,100}[6]。

e.是否聯網的隸屬度函數

當某條500 kV輸電線路與外省/地區聯網時，其是否聯網的隸屬度向量R5=[0,0,1,0,0];當線路沒有與外省/地區聯網時，R5=[1,0,0,0,0]。

2 基于層次分析法的各因素集權重

2.1 層次分析模型構建與權值計算

a.一級因素集層次分析模型如圖3所示，構建判斷矩陣。

圖3 一級因素集層次分析模型

b.標度選擇

選擇{1,3,5,7,9}作為評價指標的標度，1表示2個指標的重要性相同；3表示2個指標相比，ci比cj稍微重要；5表示ci比cj明顯重要；7表示ci比cj強烈重要；9表示ci比cj極端重要[7-9]。根據運維檢修經驗并結合專家意見，構建判斷矩陣。

c.一致性檢驗

構建判斷矩陣過程中，需要對其進行一致性檢驗。

式中：CI為一致性指標；CR為一致性比例；λmax為判斷矩陣特征值的最大值；n為指標個數；RI為通過指標個數查到的隨機一致性指標。當CR<0.1時，認為判斷矩陣符合要求，否則需要對判斷矩陣進行修改。

d.權值計算。采用特征值法得出一級因素集權重θ=[0.262,0.129,0.06,0.513, 0.033]。

2.2 地理環境因素集層次分析模型

地理環境因素集層次分析模型如圖4所示，構建判斷矩陣。

圖4 地理環境因素集層次分析模型

本文選取4種比較典型的地理環境，根據各地區地形特點對方案層進行修改。

3 基于熵權法的因素集元素權重

以某地區所有500 kV輸電線路作為評價對象，分別求出跳閘和停運的權重向量A以及7種故障分別對應于跳閘和停運情況的權重向量W1、W2[10-11]。熵權法模型構建與權值計算如下。

a.原始數據矩陣處理

評價對象設為n(n為500 kV輸電線路的回數)，指標數為7，將指標正向化。

Xij=max{X1j,X2j,…,Xnj}-Xij

(15)

b.正向矩陣標準化

為消除不同指標的量綱，需要將正向矩陣Xij進行標準化。

c.概率矩陣計算

經過標準化處理得到最終的概率矩陣：

d.熵權計算

第j個指標信息熵為

dj=1-ej

(19)

歸一化得到每個指標的熵權：

4 案例分析

以華中某電網10回500 kV輸電線路作為評價對象，如表2、表3所示。

表2 輸電線路狀況 單位：%

表3 輸電線路歷年故障情況

注：逗號前的數字表示線路故障跳閘的次數;逗號后的數字表示線路故障停運的次數。

4.1 該地區各地形條件的權重

按照該地區特點構建層次分析判斷矩陣：

權重向量δ=[0.56,0.26,0.12,0.06],則各地形對應的初始分數如表4所示,為計算方便，初始分數四舍五入。

表4 輸電線路通道環境初始分數 單位：%

4.2 相關評價指標的隸屬度

a.地理環境的隸屬度

10回線路地理環境指標的分數為S=[36.68,36.12,22.55,23.25,59.06,26.70,60.27,25.55,31.28,28.45]。

b.歷年故障情況的隸屬度

統計該地區所有500 kV輸電線路跳閘和停運的次數，求出該地區線路跳閘、停運的權重向量A=[0.34,0.66]，跳閘權重向量W1=[0.1009,0.1426,0.0825,0.2545,0.2545,0.0825,0.0825]，停運權重向量W2=[0.0638,0.0638,0.0720,0.4109,0.1293,0.1966,0.0638]。跳閘和停運的初始分值如表5所示。

表5 跳閘和停運的初始分值 單位:%

以線路1為例，綜上求出：

根據一級因素集對應的權重向量，得到B=[0.033,0.0645,0.1898,0.1997,0.513]。由于“嚴重警告”的隸屬度最大為0.513，所以線路1運行穩定狀態評語為“嚴重警告”。

求出剩余9回線路2-10的隸屬度，構成最終的隸屬度矩陣。

(23)

4.3 數據分析及應對措施

分析發現線路1、3、4、9、10隸屬度最大的評價等級為“警告”及以上，在大修技改工作安排中，優先安排上述5回線路的大修技改。對于線路1，建議優先安裝防鳥裝置、在線監測裝置以及重錘片，如有條件可進行相應的抗冰改造；線路3及線路4建議優先在外破易發區段加裝在線監測裝置，鳥類活動頻繁的區段加裝防鳥裝置；線路9建議優先在山火易發區段加裝報警裝置；線路10建議優先在地面落雷密度較大的區段加裝避雷器、避雷針。線路1、3、9、10所在的通道環境或線路運行時間的評價等級為“警告”，特別是線路1、9，線路里程均超過110 km，給線路運維檢修工作帶來不小的困難，故上述4回線路建議由專門的班組負責，并分配更多的人力、物力資源。

其他線路中,建議先對線路2、6、8進行觀察，但上述3回線路通道地理環境評價為“警告”，且線路2、8里程較長，建議分配相關責任班組更多的資源；線路5、7評價等級為“良好”，可以暫時不安排技術改造工作。

5 結語

該評價模型有針對性的按照輸電線路目前的運行情況，優先對評價等級較低的線路進行技術改造，并對通道地理環境、線路里程等指標評價較低的線路分配更多的人力、物力資源。在資金、人力、物力有限的情況下，盡最大可能提升線路運行穩定性，對500 kV輸電線路日常運維及大修技改工作的分析、管理和決策具有較大的積極作用[12]。