輸電線路雷擊災(zāi)害風(fēng)險評估

司 鵠，周 洋，夏 濤

（1.重慶大學(xué) 煤礦災(zāi)害學(xué)及控制國家重點實驗室，重慶 400030；2.重慶大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，重慶 400030；3.重慶市電力公司，重慶 400030）

輸電線路雷擊災(zāi)害風(fēng)險評估

司 鵠1，2，周 洋3，夏 濤3

（1.重慶大學(xué) 煤礦災(zāi)害學(xué)及控制國家重點實驗室，重慶 400030；2.重慶大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，重慶 400030；3.重慶市電力公司，重慶 400030）

為了綜合、全面地對輸電線路雷擊系統(tǒng)進行風(fēng)險評價，提出一種基于模糊層次分析法的風(fēng)險評價模型。針對輸電線路雷擊災(zāi)害，劃分出六個一級指標(biāo)和多個二級指標(biāo)，采用層次分析法確定各指標(biāo)之間的權(quán)重；依據(jù)多層次模糊綜合評判法，對輸電線路進行風(fēng)險評價。最后，進行算例分析，驗證了該方法的有效性。

風(fēng)險評價；模糊綜合評價；輸電線里；雷擊災(zāi)害

隨著我國電網(wǎng)的不斷發(fā)展，以及近幾年全球異常氣候的多發(fā)，因雷擊引起的輸電線路故障仍然是影響電網(wǎng)安全運行和可靠供電的主要因素。電網(wǎng)通常有點多、面廣、線長、地處空曠區(qū)域的特點，所以極易遭受雷擊災(zāi)害［1］。輸電線路遭受雷擊，發(fā)生跳閘的事故是造成輸電設(shè)備非計劃停運的主要原因［2］。因此，需要對輸電線路進行雷擊的風(fēng)險評價并提出合適的防范措施，同時，也對我國輸電線路的安全運行起著十分重要的意義。

近年來，我國已逐步開展了對輸電線路雷擊災(zāi)害的風(fēng)險評價工作。國內(nèi)主要采用跳閘率單一指標(biāo)對輸電線路進行風(fēng)險評價，即跳閘率高的線路風(fēng)險較大。根據(jù)國家電網(wǎng)公司統(tǒng)計數(shù)據(jù)表示，輸電線路雷擊重合閘成功率均在85%以上［3］。因此，通過使用單一的跳閘率指標(biāo)對輸電線路進行綜合評級，并不能反映出輸電線路的真實風(fēng)險［4］。本文建立一套涉及地形地貌、絕緣設(shè)施、防雷措施、雷電活動以及線路結(jié)構(gòu)等指標(biāo)的風(fēng)險評價體系［5-6］，綜合評估各個區(qū)段輸電線路的風(fēng)險等級，確定易發(fā)生雷擊災(zāi)害的輸電線路。

1 評價方法

1.1 主要研究方法

為了確保對輸電線路雷擊災(zāi)害進行綜合和有效的風(fēng)險評價，本文采用定量與定性相結(jié)合的方法，通過數(shù)據(jù)收集以及調(diào)查訪問，采用模糊層次綜合評判的方法對輸電線路雷擊災(zāi)害風(fēng)險等級進行評價。層次分析法是一種多目標(biāo)評價決策方法，以確定各個因素權(quán)重的方法。它一般包括四個步驟：建立遞階層次結(jié)構(gòu)、構(gòu)造比較判斷矩陣、解析矩陣并進行一致性檢驗、計算各因素權(quán)重。

模糊綜合評判的基本思想是利用模糊線性變換原理和最大隸屬原則，考慮與被評判事件相關(guān)的各個因素，對其做出合理的綜合評價。綜合評判有三要素［7］：

（1）因素集：與評判對象相關(guān)的因素的集合；

（2）評語集：在評判過程中，可能出現(xiàn)的評語的集合；

（3）單因素判斷：對因素集中單個因素的模糊評判。

模糊綜合評判包括一級模糊綜合評判和多級模糊綜合評判。本體系包括三層評價指標(biāo)，所以采用二級模糊評判模型。

1.2 研究步驟

（1）通過對輸電線路雷擊故障進行分析，找出可能發(fā)生的故障類型，并對其進行風(fēng)險評價，并確認(rèn)風(fēng)險程度以及風(fēng)險等級。

（2）對輸電線路雷擊災(zāi)害風(fēng)險分析之后，建立包括自然條件、絕緣設(shè)施、防雷裝置、雷電活動以及線路特點的指標(biāo)體系。

（3）通過文獻的數(shù)據(jù)收集，并結(jié)合專家的意見，采用層次分析法確定各級指標(biāo)權(quán)重，并結(jié)合使用模糊評判的方法進行定量分析。

（4）最后，結(jié)合輸電線路雷擊災(zāi)害的定量分析結(jié)果，確定風(fēng)險等級。

2 風(fēng)險評價

2.1 風(fēng)險指標(biāo)建立

根據(jù)目前輸電線路雷擊災(zāi)害可能發(fā)生的風(fēng)險類型，結(jié)合風(fēng)險評估指標(biāo)的建立原則及思路，將輸電線路雷擊風(fēng)險指標(biāo)體系分為地形與地貌［8-9］、雷電特征［10］、防雷設(shè)備［11］、保護裝置、經(jīng)濟損失以及線路結(jié)構(gòu)［12］6部分。具體見圖1。

圖1 輸電線路雷擊災(zāi)害指標(biāo)體系

基于體系指標(biāo)，用層次分析法確定各工藝指標(biāo)權(quán)重，并綜合專家以及文獻數(shù)據(jù)，對各階層指標(biāo)進行打分判斷，最后使用模糊綜合評判法確定風(fēng)險等級。

2.2 權(quán)重計算和指標(biāo)量化

層次分析法是一種較為成熟和有效的方法，它能有效地將錯綜復(fù)雜、模糊不清的關(guān)系轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)關(guān)系，進行定量分析。

基于專家打分法對各層指標(biāo)進行兩兩比較，結(jié)合標(biāo)度范圍內(nèi)給出的判斷信息，得到重要程度，從而形成判斷矩陣，見表1。以一級指標(biāo)為例，構(gòu)造的判斷矩陣為

表1 標(biāo)度ija　 重要度及描述

使用方根法求特征向量并驗證一致性，得到最大特征值λmax=6.21;最終得到一級指標(biāo)權(quán)重為

w=（0.12,0.29,0.1,0.29,0.13,0.07）

同理，使用相同方法得到各二級指標(biāo)權(quán)重值，其指標(biāo)量化，見表2。

表2 指標(biāo)量化表

3 模糊綜合評判

（1）模糊綜合評判的步驟如下所示。

③建立因素權(quán)重集：

·建立因素類權(quán)重集A；

首先由第一級F綜合評判矩陣得到二層F綜合評判的單因素類評判矩陣R：

在充分考慮了國內(nèi)外類似產(chǎn)品現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對其他產(chǎn)品存在的重載啟動困難、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易損件壽命短等技術(shù)缺陷，通過優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)、提升控制水平，使用新型材料等手段，研制了性能優(yōu)異的KLM立磨機，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示［4］。

設(shè)第二層F綜合評判中采用F綜合評判模型M，第二層綜合評判矩陣B為：

（2） 風(fēng)險評價

評判集是指指標(biāo)評價過程中，可能出現(xiàn)的評語的集合。本文使用的評判集為

式中，Vi表示指標(biāo)風(fēng)險程度。

根據(jù)本文所提出的輸電線路雷擊災(zāi)害評價指標(biāo)，依次建立第一層因素以及第二層因素集：依據(jù)評判集的風(fēng)險程度，對每個進行單因素評價，由6位專家組成的評價小組，用投票的方法，得到相應(yīng)的單因素評價矩陣。某電網(wǎng)綜合評價數(shù)據(jù)，見表3。

表3 某電網(wǎng)雷擊災(zāi)害風(fēng)險綜合評價表

通過層次分析法確定二級指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)合已經(jīng)確定判斷矩陣，帶入計算公式（1），得到一級指標(biāo)的評判向量：

同理計算得到

一級指標(biāo)權(quán)重為

w=（0.12,0.29,0.1,0.29,0.13,0.07），一級指標(biāo)模糊評判矩陣R為

根據(jù)式（2），可得到總的評判向量為

B=（0.154,0.110,0.312,0.327,0.176）

根據(jù)隸屬度最大原則，Bmax=0.327，可知，評價對象的風(fēng)險等級為較低。

4 結(jié)論

通過對輸電線路雷擊災(zāi)害的分析，確定輸電線路評價指標(biāo)，并使用層次分析法確定各級指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)合該指標(biāo)建立多層次的模糊綜合評判模型，對輸電線路雷電災(zāi)害進行綜合風(fēng)險評價。使用此模型對某輸電線路雷擊災(zāi)害進行模糊綜合評判，確定風(fēng)險等級為較低，這與線路實際情況基本符合。但在權(quán)重確定以及模糊評判過程中，人為主觀比例較大，對風(fēng)險評價結(jié)果的客觀性有所影響。同時，評判向量中存在隸屬度相近的可能，這對客觀確認(rèn)風(fēng)險等級有一定的影響。

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（1.State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control of College of Chongqing University，Chongqing 400030，China；2.Resources and Environmental Science of Chongqing University，Chongqing 400030，China；3．Chongqing Electric Power Corporation of SGCC，Chongqing 400015，China）

A Study on the Risk Assessment of Lightning Disasters of the Transm ission Line

SI Hu1，2，ZHOU Yang3，XIA Tao3

Lightning disasters are a main cause of tripping operations of the transmission line．For integrated and comprehensive risk assessment of those disasters，this article puts forward a FAHP-based risk assessment model．Six first-class indexes and many second-class ones are established according to the disasters with the FAHP being applied to determine the weight of each index．The risk assessment is implemented based on the multi-level fuzzy comprehensive evaluation method．Finally，its effectiveness is verified by means of computational example analysis．

risk assessment；fuzzy comprehensive evaluation；transmission line；lightning disasters

【中國分類號】TM773 A

1008-8032（2015）05-0023-05

2015-02-06

該文獲重慶市電機工程學(xué)會2014年學(xué)術(shù)年會優(yōu)秀論文三等獎

司 鵠（1964-），教授，研究方向為安全科學(xué)，工程力學(xué)以及流體力學(xué)。