基于多級可拓法的氣體絕緣組合電器在線監(jiān)測裝置性能評估研究

劉晗, 魏怡, 石磊

(1. 國網(wǎng)冀北電力有限公司唐山供電公司，河北 唐山 063000;2. 國網(wǎng)冀北電力有限公司唐山市豐潤區(qū)供電分公司，河北 唐山 063000)

0 引 言

氣體絕緣組合電器GIS(gas insulated substation)在線監(jiān)測裝置性能的優(yōu)劣直接影響著電力系統(tǒng)的安全可靠運行。在GIS的可靠性評估方法研究方面，國內(nèi)外學(xué)者提出了大量的關(guān)于GIS性能評估方法，在工程實踐中取得了較好的效果[1]。

多目標(biāo)多層次評價法應(yīng)用廣泛，包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[2]、模糊綜合評價法[3]、灰色綜合評價法[4]和多級可拓評價法[5]等。文獻[6]和文獻[7]分別利用層次分析法和可拓法對變壓器的狀態(tài)進行了評估，評估結(jié)果較為準(zhǔn)確，這些方法雖然也能診斷出變壓器故障情況，但計算過程仍不夠系統(tǒng)清晰，對于完整的GIS在線監(jiān)測裝置評估模型研究較少，且存在可以改進的空間。目前的研究基本上只停留在出產(chǎn)與采購時檢驗以及裝置提升方案上，而缺乏一種有效的綜合的評價模型及其性能考核方法。

針對上述問題，對GIS在線監(jiān)測裝置及其性能考核方法的研究是非常必要的。本文對GIS在線監(jiān)測裝置及其性能考核方法進行研究,綜合考慮了GIS局部放電的影響因素，將層次分析法與多級可拓評價方法結(jié)合,為GIS狀態(tài)評估提供了新的思路。

1 GIS局放在線監(jiān)測裝置性能考核指標(biāo)建立

本文主要從傳感器性能、信號傳輸能力、信號處理能力、監(jiān)控主機性能和系統(tǒng)軟件性能5個方面建立了GIS局部放電在線監(jiān)測裝置性能考核評價指標(biāo)體系，如圖1所示。

2 基于層次分析法的權(quán)重計算

AHP方法是用一定標(biāo)度把人的主觀判斷進行量化[8]，通過建立同一層指標(biāo)兩兩比較的判斷矩陣并求解獲得指標(biāo)的權(quán)值[9]。采用專家評分法：由長期從事GIS局部放電監(jiān)測裝置方面研究、設(shè)計的專家根據(jù)多年實踐經(jīng)驗對各項指標(biāo)的重要性進行評分。

AHP法的具體建模過程如下[10]：

(1)建立層次結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)所需評價對象的各個層次之間的關(guān)系，建立層次結(jié)構(gòu)。

(2)構(gòu)建在同一層次下指標(biāo)元素的判斷矩陣。

圖1 GIS局放在線監(jiān)測性能考核評價指標(biāo)體系

根據(jù)評價集X(xi∈X,i=1,2,3，…)，不同評價指標(biāo)之間的相對重要度xij采取表1的取值方法，從而得到相關(guān)指標(biāo)集對應(yīng)的判斷矩陣A。

表1 相對重要程度標(biāo)準(zhǔn)

(1)

(3)計算權(quán)重

對矩陣A計算得到最大特征根所對應(yīng)的特征向量，歸一化后得到各指標(biāo)的相對重要程度參數(shù)。

(4)一致性檢驗

由于判斷矩陣是根據(jù)同一層評價指標(biāo)進行比較所得到的，涉及到判斷是否一致的問題，因此需要計算一致性指標(biāo)C.I.和一致性比率C.R.。當(dāng)C.R.<0.1時，則判斷矩陣一致性檢驗合格。

(2)

(3)

式中:λmax為最大特征根；n為矩陣階數(shù);R.I.為平均隨機一致性指標(biāo)。

3 基于多級可拓的性能評價模型

本文采用多級可拓的方法進行GIS局部放電在線監(jiān)測裝置的性能評價方法研究。多級可拓在傳統(tǒng)的可拓方法上進行了改進，將指標(biāo)權(quán)重與關(guān)聯(lián)度兩個因素相結(jié)合，得到該層指標(biāo)與上一層指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度，最后根據(jù)最大隸屬原則確定最終評價對象[11]。圖2為多級可拓方法的邏輯框圖。

圖2 多級可拓邏輯評價框圖

3.1 確定評價物元

假設(shè)被評價的對象具有個考核指標(biāo)，即為C1，C2，…，Cn，根據(jù)物元可拓的定義，設(shè)定被評價對象的物元模型如下：

(4)

式中:U為在線監(jiān)測裝置性能的評價等級；vk為考核指標(biāo)所允許的取值范圍。

3.2 確定經(jīng)典域

在線監(jiān)測裝置性能的所有評價指標(biāo)都劃分了j個等級(j=1,2,3，…,m)。然后根據(jù)定性與定量相結(jié)合的中和評價物元模型進行設(shè)定。

(5)

式中:Rj為物元模型；Uj為評價效果。

3.3 確定節(jié)域

根據(jù)節(jié)域的定義，評價物元模型下確定節(jié)域。

(6)

式中:Rp為待評價節(jié)域；Up為全體評價等級；vpk對應(yīng)物元模型下的指標(biāo)取值。

3.4 建立關(guān)聯(lián)度函數(shù)，計算關(guān)聯(lián)度

根據(jù)多級可拓評價模型原理，利用建立的關(guān)聯(lián)度函數(shù)計算出評價對象與物元的關(guān)聯(lián)度，避免了主觀情感的判斷聯(lián)系，關(guān)聯(lián)度計算見下式。

(7)

式中:ρ為vk在vpk的接近度，若ρ大于等于零，則vk不在vpk區(qū)間內(nèi)；若ρ小于等于零，則vk在vpk區(qū)間內(nèi)，值的大小表示接近程度不同。

物元的第k個指標(biāo)Ck關(guān)于第j等級的關(guān)聯(lián)度為：

(8)

3.5 多級可拓評價

3.5.1 一級評價

對子系統(tǒng)Ci進行一級評價，計算出事物q對于子系統(tǒng)Ci關(guān)于等級j的關(guān)聯(lián)度。

(9)

3.5.2 二級評價

計算待評事物q關(guān)于等級j的關(guān)聯(lián)度。

(10)

3.5.3 等級評定

(11)

(12)

式中：j*為q的級別變量特征值。例如j0=3，j*=3.7表示q屬于第3類偏向第4類，從j*中可看到偏向某一類的程度。

4 GIS局部放電在線監(jiān)測裝置性能評價實例

4.1 GIS局部放電在線監(jiān)測裝置性能優(yōu)劣分級

由于沒有統(tǒng)一的對變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測裝置性能優(yōu)劣分級，為了對GIS局放監(jiān)測裝置性能進行評價，將GIS局部放電監(jiān)測裝置性能分為1～4級，U1、U2、U3、U4這四個等級分別表示GIS局部放電監(jiān)測裝置性能的好壞。具體性能等級分級如表2所示。

表2 GIS局部放電監(jiān)測裝置性能分級

4.2 指標(biāo)測試值確定與計算

4.2.1 試驗平臺的搭建

本文利用搭建的試驗平臺，用GIS局部放電在線監(jiān)測裝置進行長期的帶電試驗，從而獲得運行數(shù)據(jù)，試驗平臺由252 kV GIS模型、局放監(jiān)測裝置以及其他設(shè)備組成。

4.2.2 指標(biāo)考核測試值

將指標(biāo)體系中各個指標(biāo)相對應(yīng)的考核試驗進行測試，指標(biāo)的測試值、權(quán)重值與轉(zhuǎn)換的優(yōu)劣度值如表3所示。

表3 裝置指標(biāo)考核測試值

4.3 關(guān)聯(lián)度計算以及等級確定

根據(jù)多級可拓評價模型，進行一級指標(biāo)與二級指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度計算。建立的關(guān)聯(lián)度函數(shù)可使確定的待評價對象與物元模型經(jīng)典域和節(jié)域的關(guān)聯(lián)度計算更為準(zhǔn)確。表4為GIS局部放電在線監(jiān)測裝置的一級指標(biāo)與總體評價多級可拓評價結(jié)果。

4.4 多級可拓評價結(jié)果

利用多級可拓評價法對GIS局部放電在線監(jiān)測裝置的二級指標(biāo)、一級指標(biāo)以及總體性能評價計算結(jié)果可知，每個一級性能均較為良好，裝置總體性能按照本文的優(yōu)劣等級劃分，其等級為2級。評估結(jié)果與GIS實際情況相吻合，說明本文方法更能準(zhǔn)確評估GIS在線監(jiān)測裝置的狀態(tài)，進而為GIS檢修提供了更為合理的決策。

表4 一級指標(biāo)與總體評價多級可拓評價結(jié)果

5 結(jié)束語

采用多級可拓法和層析分析法相結(jié)合的GIS狀態(tài)評估方法不僅是基于國家電網(wǎng)狀態(tài)打分規(guī)程，而且還克服了規(guī)程中的各狀態(tài)量權(quán)重的主觀性的缺點，通過不同層次的評價結(jié)果加權(quán)匯總得到的GIS整體狀態(tài)評估結(jié)果準(zhǔn)確可信，計算過程清晰明確,很好地解決了綜合多個指標(biāo)對GIS局部放電在線監(jiān)測裝置性能的評價出現(xiàn)的不一致，甚至是矛盾的情況,為在線狀態(tài)評估提供了新的思路。

(1)GIS在線監(jiān)測裝置性能考核有利于實現(xiàn)GIS電力設(shè)備在線裝置性能的最大化。本文建立了GIS局部放電在線監(jiān)測裝置樹狀結(jié)構(gòu)性能評估指標(biāo)體系，該體系可為今后GIS在線監(jiān)測裝置性能的定量分析和整體評估提供參考。

(2)利用多級可拓法與層次分析相結(jié)合的方法對GIS局部放電在線監(jiān)測裝置性能進行評價，通過計算每個指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度以及利用最大隸屬原則確定指標(biāo)所屬等級，用實例證明了該模型的可行性。