采用模糊綜合評(píng)判法的輸電線路狀態(tài)評(píng)估

何樂(lè)彰，張忠會(huì)，張琪琪

（1.國(guó)網(wǎng)江西省電力公司上饒供電公司，上饒334000；2.南昌大學(xué)信息工程學(xué)院，南昌330031）

0 引言

輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，準(zhǔn)確判斷輸電線路狀態(tài)的好壞，對(duì)提高電力系統(tǒng)安全性有著十分重要的意義。目前，輸電線路狀態(tài)評(píng)估技術(shù)得到廣泛關(guān)注。文獻(xiàn)［1］采用灰色層次法，分析評(píng)價(jià)塞北地區(qū)500 k V輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)；文獻(xiàn)［2］分析覆冰對(duì)輸電線路和桿塔可能造成的危害，提出了以在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的覆冰輸電線路狀態(tài)評(píng)估模糊專家系統(tǒng)；文獻(xiàn)［3］采用定量分析法對(duì)輸電線路的桿塔狀態(tài)進(jìn)行了評(píng)價(jià)；文獻(xiàn)［4］依據(jù)不同電壓等級(jí)建立了輸電線路狀態(tài)的評(píng)價(jià)指標(biāo)；文獻(xiàn)［5］提出了基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估的數(shù)學(xué)模型。這些研究提出了輸電線路狀態(tài)評(píng)估的不同理論方法，但并未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，且對(duì)輸電線路狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)權(quán)重確定方面主觀影響較大。鑒此，本文提出了基于模糊綜合評(píng)判法的輸電線路狀態(tài)評(píng)估方法，構(gòu)建了多層次的輸電線路狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系，并采用3標(biāo)度層次分析法確定各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重，進(jìn)而通過(guò)模糊合成處理，得出輸電線路狀態(tài)綜合評(píng)判結(jié)果。

1 模糊綜合評(píng)判法

1.1 基本思想

模糊綜合評(píng)判法是將一些難以用精確數(shù)學(xué)描述本質(zhì)與特征的事物，從多個(gè)因素對(duì)被評(píng)估事物隸屬等級(jí)狀況進(jìn)行綜合性評(píng)估的一種方法。其以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，通過(guò)分析事物的影響因素確定評(píng)估指標(biāo)，應(yīng)用各指標(biāo)間的模糊關(guān)系構(gòu)造出評(píng)判矩陣，最后通過(guò)評(píng)判矩陣與權(quán)向量進(jìn)行模糊運(yùn)算并進(jìn)行歸一化處理，得出綜合評(píng)判結(jié)果，確定被評(píng)估事物所屬等級(jí)。

1.2 輸電線路狀態(tài)評(píng)估流程

輸電線路狀態(tài)由多因素共同作用，通過(guò)模糊綜合評(píng)判法分析影響輸電線路狀態(tài)各因素之間的權(quán)重關(guān)系，最終得出輸電線路狀態(tài)水平，以向運(yùn)行維護(hù)人員提供可靠的信息，使其全面地了解輸電線路狀況。輸電線路狀態(tài)評(píng)估流程主要如下。

1）建立評(píng)估指標(biāo)體系 輸電線路狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系U＝｛U1，U2，…，Um｝是由一系列相互聯(lián)系的指標(biāo)構(gòu)成的整體，各項(xiàng)指標(biāo)從不同側(cè)面描述輸電線路特征，指標(biāo)體系可由多層次指標(biāo)構(gòu)成。設(shè)計(jì)評(píng)估指標(biāo)體系的構(gòu)建原則：系統(tǒng)性，研究影響輸電線路各因素之間的相關(guān)和約束關(guān)系，避免指標(biāo)體系過(guò)于復(fù)雜，避免指標(biāo)之間出現(xiàn)重復(fù)現(xiàn)象；可操作性，既要符合理論要求，又要符合實(shí)際操作需要，使得評(píng)估人員易于接受，更易于在實(shí)際評(píng)估領(lǐng)域中應(yīng)用；客觀性，要客觀、公正，盡量避免加入個(gè)人的主觀意愿。值得注意的是，根據(jù)指標(biāo)分層思想，各項(xiàng)指標(biāo)可能受多種因素影響。

2）各指標(biāo)權(quán)重的確定 在實(shí)際評(píng)估過(guò)程中，各指標(biāo)對(duì)被評(píng)估事物的影響程度往往是不相同的，因此需要確定各指標(biāo)的權(quán)重。采用3標(biāo)度層次分析法，通過(guò)分析各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)輸電線路狀態(tài)影響程度大小來(lái)確定各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。采用人們所熟悉的3標(biāo)度（0，1，2）對(duì)各指標(biāo)的影響程度進(jìn)行相互對(duì)比，構(gòu)建評(píng)判矩陣，計(jì)算出評(píng)判矩陣相對(duì)應(yīng)的最大特征值及相應(yīng)的特征向量，經(jīng)歸一化處理即可得出各指標(biāo)權(quán)重。

3）計(jì)算綜合評(píng)判結(jié)果 輸電線路狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系中不同的指標(biāo)反映了輸電線路狀態(tài)的不同方面，各指標(biāo)的權(quán)重反映了各指標(biāo)對(duì)輸電線路狀態(tài)的影響程度。對(duì)于多層次的指標(biāo)體系，應(yīng)先從最低層開(kāi)始進(jìn)行評(píng)估，通過(guò)對(duì)該層指標(biāo)的模糊合成計(jì)算出高一層的評(píng)判結(jié)果，再對(duì)高一層的指標(biāo)進(jìn)行模糊合成，計(jì)算出輸電線路狀態(tài)綜合評(píng)判結(jié)果。

4）確定評(píng)語(yǔ)等級(jí)集合 評(píng)語(yǔ)等級(jí)集合是評(píng)估者對(duì)被評(píng)估對(duì)象可能出現(xiàn)的評(píng)估結(jié)果所組成的集合。評(píng)語(yǔ)等級(jí)集合的確定要根據(jù)實(shí)際需求而定，一般等級(jí)的劃分在3級(jí)到7級(jí)之間。

2 輸電線路狀態(tài)評(píng)估模型

2.1 輸電線路狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系

根據(jù)輸電線路的構(gòu)成部件，將輸電線路狀態(tài)評(píng)估一級(jí)指標(biāo)分為線路的基礎(chǔ)、桿塔、導(dǎo)地線、絕緣子串、金具、接地裝置、附屬設(shè)施和通道環(huán)境等8項(xiàng)，從多角度對(duì)輸電線路狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。同時(shí)，各項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)包含若干個(gè)二級(jí)指標(biāo)，輸電線路狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系如表1所示。

表1 輸電線路狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系

2.2 各指標(biāo)權(quán)重的確定

采用3標(biāo)度層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重主要包括構(gòu)建層次關(guān)系、構(gòu)建判定矩陣、計(jì)算指標(biāo)權(quán)重3部分。

輸電線路狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系層次關(guān)系主要包括：目標(biāo)層，準(zhǔn)則層（即影響因素層）。目標(biāo)層為輸電線路狀態(tài)，準(zhǔn)則層包括一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo)兩層。

采用3標(biāo)度對(duì)各指標(biāo)的影響程度進(jìn)行相互對(duì)比，構(gòu)建判定指標(biāo)：

輸電線路狀態(tài)評(píng)估有8個(gè)一級(jí)指標(biāo)，其評(píng)判矩陣如表2所示。

表2 輸電線路狀態(tài)評(píng)估評(píng)判矩陣

經(jīng)過(guò)構(gòu)建一致判定矩陣，計(jì)算一致判斷矩陣的最大特征值及特征向量，歸一化處理后，可求得輸電線路狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)權(quán)重為：

對(duì)于輸電線路狀態(tài)評(píng)估準(zhǔn)則層的二級(jí)指標(biāo)，也可運(yùn)用上述方法，計(jì)算各自的權(quán)重，計(jì)算結(jié)果如下：

隸屬于一級(jí)指標(biāo)U1的二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)w1j為（0.5735，0.2195，0.207）；

隸屬于一級(jí)指標(biāo)U2的二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)w2j為（0.2022，0.2361，0.2970，0.2411，0.0236）；

隸屬于一級(jí)指標(biāo)U3的二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)w3j為（0.1269，0.2042，0.1667，0.2263，0.2759）；

隸屬于一級(jí)指標(biāo)U4的二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)w4j為（0.1406，0.1990，0.1135，0.4545，0.0924）；

隸屬于一級(jí)指標(biāo)U5的二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)w5j為（0.7233，0.0715，0.0639，0.1413）；

隸屬于一級(jí)指標(biāo)U6的二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)w6j為（0.4775，0.3750，0.1475）；

隸屬于一級(jí)指標(biāo)U7的二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)w7j為（0.3405，0.3917，0.1831，0.0847）；

隸屬于一級(jí)指標(biāo)U8的二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)w8j為（0.5，0.5）。

2.3 計(jì)算綜合評(píng)判結(jié)果

輸電線路狀態(tài)綜合評(píng)判結(jié)果的計(jì)算是對(duì)一系列指標(biāo)的加權(quán)求和過(guò)程。

式中：R為輸電線路狀態(tài)綜合評(píng)判結(jié)果；ui為指標(biāo)Ui的得分；wi為各指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重；Ki為一級(jí)指標(biāo)Ui下二級(jí)指標(biāo)的個(gè)數(shù)；uij為指標(biāo)Uij的得分；wij為對(duì)應(yīng)指標(biāo)Uij的權(quán)重。

2.4 確定評(píng)語(yǔ)等級(jí)集合

依據(jù)輸電線路狀態(tài)綜合評(píng)判結(jié)果進(jìn)行狀態(tài)評(píng)級(jí)，確定輸電線路所處的水平。評(píng)語(yǔ)等級(jí)包括優(yōu)秀、良好、一般、異常和嚴(yán)重五類。輸電線路狀態(tài)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 輸電線路狀態(tài)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

應(yīng)當(dāng)注意的是，當(dāng)輸電線路狀態(tài)綜合評(píng)判結(jié)果為優(yōu)秀或良好時(shí)，出現(xiàn)文獻(xiàn)［6］中規(guī)定“線路注意狀態(tài)情況”，則該條線路狀態(tài)綜合評(píng)判結(jié)果為一般；在輸電線路狀態(tài)綜合評(píng)判結(jié)果確定時(shí)，當(dāng)任意一級(jí)指標(biāo)為良好、一般、異?；驀?yán)重狀態(tài)時(shí)，輸電線路狀態(tài)綜合評(píng)判結(jié)果應(yīng)為其中最嚴(yán)重的狀態(tài)。

3 算例分析

以某省一條2005年投運(yùn)的220 k V輸電線路為例，針對(duì)該條線路的基礎(chǔ)、桿塔、導(dǎo)線、地線、絕緣子串、金具、接地裝置、附屬設(shè)施和通道環(huán)境8個(gè)部件，采用二級(jí)指標(biāo)逐一進(jìn)行評(píng)估打分，無(wú)文獻(xiàn)［6］所列線路注意狀態(tài)情況。狀態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果如表4所示。

將以上數(shù)據(jù)代入式（3），計(jì)算得出二級(jí)指標(biāo)的得分：u＝｛84.0905，100，97.958，93.08，85.534，100，100，100｝。

由式（2）可知，輸電線路狀態(tài)綜合評(píng)判結(jié)果為：

表4 狀態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果匯總

由表4可知，該輸電線路狀態(tài)良好。但是根據(jù)二級(jí)指標(biāo)得分可知，基礎(chǔ)狀態(tài)得分較低，為一般狀態(tài)。因此，應(yīng)將評(píng)判結(jié)果調(diào)整為一般狀態(tài)，需要監(jiān)視運(yùn)行，并重點(diǎn)關(guān)注基礎(chǔ)、絕緣子串和金具的變化趨勢(shì)，根據(jù)實(shí)際情況盡快安排檢修。

4 結(jié)論

本文將模糊綜合評(píng)判法應(yīng)用于輸電線路狀態(tài)評(píng)估中，建立了多層次的輸電線路狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系，同時(shí)利用3標(biāo)度層次分析法分析各指標(biāo)的權(quán)重，有效地降低了人為因素的影響，使評(píng)估結(jié)果更客觀。通過(guò)實(shí)例分析表明，基于模糊綜合評(píng)判法的輸電線路狀態(tài)評(píng)估方法能有效評(píng)估輸電線路狀態(tài)，較好地實(shí)現(xiàn)了輸電線路狀態(tài)水平的評(píng)估，對(duì)輸電線路的運(yùn)行維護(hù)有指導(dǎo)意義。

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