基于模糊綜合評價的特高壓直流輸電工程風(fēng)險因素分析

張澤鳴 甘增朔 郭曉晨 孫松松 劉明源

(國網(wǎng)山東省電力公司超高壓公司)

0 引言

我國能源資源與生產(chǎn)力分布、布局不平衡的基本國情, 決定了我國必須在全國范圍內(nèi)統(tǒng)籌優(yōu)化能源資源配置方式。大容量、遠(yuǎn)距離、低損耗的特高壓直流跨區(qū)輸電擁有多能互補(bǔ)的電源體系, 能夠解決不同區(qū)域間的電力供需矛盾, 成為我國電力發(fā)展的必然走向[1-2]。截至2021 年底我國已有18 個特高壓直流輸電工程建成投產(chǎn)。

由于特高壓直流輸電工程產(chǎn)業(yè)發(fā)展新、技術(shù)難度大、系統(tǒng)、設(shè)備構(gòu)成復(fù)雜, 工程風(fēng)險管理面對巨大挑戰(zhàn)。本文旨在通過模糊綜合評價分析特高壓直流輸電工程的風(fēng)險因素, 供工程的決策者、設(shè)計者、實(shí)施者、使用者在不同維度了解特高壓直流輸電工程的風(fēng)險及其影響, 助力特高壓直流輸電工程安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 特高壓直流輸電工程風(fēng)險因素分析方法與指標(biāo)體系構(gòu)建

因?yàn)樘馗邏褐绷鬏旊姽こ痰奶厥庑? 目前鮮有該工程領(lǐng)域的風(fēng)險分析, 相近的研究多為單從技術(shù)角度對工程風(fēng)險進(jìn)行分析控制或?qū)こ痰木C合效益進(jìn)行研判分析, 缺乏系統(tǒng)性、針對性、差異性[3-6]。本文首先利用層次分析法分析確定各項指標(biāo)權(quán)重, 再通過模糊綜合評價求取各風(fēng)險指標(biāo)的綜合得分, 進(jìn)而輔助對風(fēng)險因素體系進(jìn)行系統(tǒng)分析。

設(shè)計一套科學(xué)合理的評價指標(biāo)體系是進(jìn)行特高壓直流輸電工程風(fēng)險因素分析的基礎(chǔ)和關(guān)鍵, 本文綜合考慮運(yùn)維檢修風(fēng)險、設(shè)備技術(shù)風(fēng)險、工程管理風(fēng)險及外部環(huán)境風(fēng)險四個維度, 構(gòu)建特高壓直流輸電工程的風(fēng)險因素體系。各維度影響因子通過文獻(xiàn)查閱、專家評審綜合確定, 最終形成圖1 所示的特高壓直流輸電工程風(fēng)險因素體系。

圖1 特高壓直流輸電工程風(fēng)險因素體系

2 特高壓直流輸電工程風(fēng)險因素分析模型

2.1 利用層次分析法確定各維度及各維度下屬影響因子權(quán)重

層次分析法可以結(jié)合定性分析與定量分析綜合處理評估問題。主要步驟包括建立層次結(jié)構(gòu)模型、構(gòu)建成對比較判斷矩陣、計算權(quán)重及一致性校驗(yàn)。影響風(fēng)險因素體系的指標(biāo)包括運(yùn)維檢修風(fēng)險、設(shè)備技術(shù)風(fēng)險、工程管理風(fēng)險、外部環(huán)境風(fēng)險四個維度。每個維度又受2 ～5 個不同影響因子的影響, 如運(yùn)維檢修風(fēng)險受職業(yè)態(tài)度、技術(shù)能力、故障預(yù)判、應(yīng)急處置4 個影響因子影響, 詳見圖1。

以風(fēng)險因素體系為例, 首先通過專家評判及以往工程經(jīng)驗(yàn)構(gòu)造兩兩比較的判斷矩陣, 詳見表2, 進(jìn)而通過按列歸一、按行求和, 再次歸一的方式得出各維度權(quán)重指標(biāo)。權(quán)重指標(biāo)得出后, 通過計算一致性指標(biāo)CI和一致性比率CR進(jìn)行一致性校驗(yàn)。

式中, λmax 表示該判斷矩陣的最大特征值,n表示矩陣階數(shù)。

式中,RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo), 對應(yīng)矩陣不同階數(shù)n有不同取值, 詳見表1。

表1 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

表2 風(fēng)險因素體系判斷矩陣

一致性指標(biāo)CI=0.011, 一致性比率CR=0.012 ＜0.1, 判斷矩陣一致性滿足要求。

由此可得特高壓直流輸電工程風(fēng)險因素體系下運(yùn)維檢修風(fēng)險、設(shè)備技術(shù)風(fēng)險、工程管理風(fēng)險、外部環(huán)境風(fēng)險四個維度權(quán)重指標(biāo)W1為 (0.479, 0.165,0.292, 0.064)。

同理可得運(yùn)維檢修風(fēng)險維度下職業(yè)態(tài)度、技術(shù)能力、故障預(yù)判、應(yīng)急處置四個影響因子權(quán)重指標(biāo)W2為(0.466, 0.277, 0.096, 0.161)。

設(shè)備技術(shù)風(fēng)險維度下設(shè)計質(zhì)量、設(shè)備質(zhì)量、家族缺陷、服役年限、備件供應(yīng)五個影響因子權(quán)重指標(biāo)W3為(0.314, 0.331, 0.140, 0.122, 0.093)。

工程管理風(fēng)險維度下施工安全、工程質(zhì)量兩個影響因子權(quán)重指標(biāo)W4為(0.587, 0.413)。

外部環(huán)境風(fēng)險維度下民事問題、運(yùn)行環(huán)境兩個影響因子權(quán)重指標(biāo)W5為(0.396, 0.604)。

2.2 通過模糊綜合評價分析風(fēng)險因素體系中各維度及其下屬影響因子的必要程度

模糊綜合評價是基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評價方法,可通過模糊數(shù)學(xué)中的隸屬度理論將定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價, 以用來分析各指標(biāo)的必要程度。主要步驟包括構(gòu)建模糊評價指標(biāo)、分析求解權(quán)重向量、構(gòu)造隸屬矩陣、權(quán)重向量與隸屬矩陣合成。

本文邀請?zhí)馗邏褐绷鬏旊婎I(lǐng)域的50 位專家、學(xué)者對影響工程風(fēng)險的各維度影響因子進(jìn)行評價, 整理得到表3 風(fēng)險因素體系評價結(jié)果表。

表3 風(fēng)險因素體系評價結(jié)果表

按照模糊綜合評價方法, 第k個風(fēng)險維度的影響因子隸屬度矩陣Rk為:

結(jié)合風(fēng)險因素體系評價結(jié)果表, 可整理得到運(yùn)維檢修風(fēng)險(R11)、設(shè)備技術(shù)風(fēng)險(R12)、工程管理風(fēng)險(R13)、外部環(huán)境風(fēng)險(R14) 四個維度的隸屬度矩陣。

前期已通過層次分析法確定各維度及其下屬影響因子的權(quán)重, 現(xiàn)可通過兩級模糊綜合評價對風(fēng)險因素體系進(jìn)行分析。

一級模糊綜合評價:

運(yùn)維檢修風(fēng)險維度的評價結(jié)果為: A11=W2R11=(0.341, 0.326, 0.222, 0.092, 0.019)

設(shè)備技術(shù)風(fēng)險維度的評價結(jié)果為: A12=W3R12=(0.285, 0.289, 0.268, 0.115, 0.043)

工程管理風(fēng)險維度的評價結(jié)果為: A13=W4R13=(0.377, 0.360, 0.181, 0.081, 0.000)

外部環(huán)境風(fēng)險維度的評價結(jié)果為: A14=W5R14=(0.188, 0.317, 0.324, 0.100, 0.071)

二級模糊綜合評價:

風(fēng)險因素體系的綜合評價結(jié)果為:

通過對非常必要、很必要、必要、一般必要、不必要五個必要程度等級進(jìn)行賦分(ET), 可得到各指標(biāo)必要程度的綜合得分(N), 其中:

ET=(1.0, 0.7, 0.5, 0.3, 0.0) N=A*ET

由此可得風(fēng)險因素體系、運(yùn)維檢修風(fēng)險維度、設(shè)備技術(shù)風(fēng)險維度、工程管理風(fēng)險維度、外部環(huán)境風(fēng)險維度五個指標(biāo)必要程度綜合得分分別為0.703、0.708、0.656、0.744、0.602。

3 特高壓直流輸電工程風(fēng)險因素分析

根據(jù)各指標(biāo)必要程度綜合得分可知, 專家、學(xué)者普遍認(rèn)為在特高壓直流輸電領(lǐng)域?qū)︼L(fēng)險因素體系的關(guān)注是很必要的。近年來特高壓直流輸電工程加速上馬, 構(gòu)成了國家電力能源輸送的主動脈。特高壓直流高速發(fā)展的今天, 伴隨著新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備的不斷迭代, 它為電力行業(yè)帶來新的機(jī)遇, 同時也為安全生產(chǎn)帶來新的風(fēng)險挑戰(zhàn)。特高壓直流輸電工程的決策者、設(shè)計者、實(shí)施者、使用者必須對工程領(lǐng)域的各類風(fēng)險進(jìn)行及時正確的辨識、認(rèn)知和防控, 才能在風(fēng)險挑戰(zhàn)與日俱增的背景下, 維護(hù)特高壓直流專業(yè)的長治久安。

在風(fēng)險因素體系下, 工程管理風(fēng)險必要程度綜合得分最高, 應(yīng)首要關(guān)注。工程管理風(fēng)險包括施工安全風(fēng)險與工程質(zhì)量風(fēng)險兩個部分。站在工程倫理的角度, 公眾的安全、健康和福祉是最重要的, 施工安全決定著工程實(shí)施者的人身安全, 工程質(zhì)量決定著工程使用者的切身福祉, 所以綜合得分最高。工程的管理者應(yīng)時刻對照安全工作規(guī)程及工程驗(yàn)收規(guī)范對施工安全與工程質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管, 消除工程實(shí)施過程中的風(fēng)險隱患。

運(yùn)維檢修風(fēng)險必要程度綜合得分較工程管理風(fēng)險次之, 但仍屬于“很必要”級別。其下風(fēng)險包括職業(yè)態(tài)度、技術(shù)能力、故障預(yù)判、應(yīng)急處置。特高壓直流專業(yè)不勝枚舉的設(shè)備種類、錯綜復(fù)雜的電壓等級、晦澀難解的控保技術(shù)讓直流運(yùn)檢的風(fēng)險防控和應(yīng)急處置變得極為復(fù)雜。職業(yè)態(tài)度直接決定著特高壓直流運(yùn)檢工作能否得到全面、細(xì)致開展, 是該風(fēng)險維度下最重要的因素。技術(shù)能力的欠缺可以通過系統(tǒng)服務(wù)商、設(shè)備供應(yīng)商的技術(shù)支持彌補(bǔ), 故權(quán)重較職業(yè)態(tài)度次之。在職業(yè)態(tài)度、技術(shù)能力得到全面保障的前提下, 絕大部分設(shè)備隱患、缺陷都能在萌芽階段被遏制, 故障預(yù)判、應(yīng)急處置的權(quán)重便因此削弱?；膺@一維度的風(fēng)險要把強(qiáng)化特高壓直流從業(yè)者的責(zé)任感、使命感作為第一要務(wù), 同時加強(qiáng)與系統(tǒng)服務(wù)商、設(shè)備供應(yīng)商的交流合作, 通過技術(shù)服務(wù)協(xié)議保障技能培訓(xùn)的質(zhì)量、頻次與技術(shù)支撐的響應(yīng)速度。通過一體化在線監(jiān)測、數(shù)字化、智能巡檢機(jī)器人等多種新興手段及時準(zhǔn)確的感知預(yù)判可能發(fā)生的故障, 并根據(jù)步驟清晰、分工明確的應(yīng)急處置預(yù)案處理。

設(shè)備技術(shù)風(fēng)險必要程度綜合得分處于“必要”級別, 其下風(fēng)險包括設(shè)計質(zhì)量、設(shè)備質(zhì)量、家族缺陷、服役年限、備件供應(yīng)。因特高壓直流工程整體發(fā)展比較新, 設(shè)備服役年限相對較短, 新建工程的方案設(shè)計及設(shè)備選型也多是參照已建成投產(chǎn)的樣板工程,

外部環(huán)境風(fēng)險必要程度雖處于“必要”級別,但其綜合得分最低。究其原因或?yàn)榻陙黼S著新聞媒體對國內(nèi)特高壓等大型基建項目的宣傳報道, 百姓對特高壓工程有了更加理性、清晰的認(rèn)識, 接納度、包容度不斷提升, 民事問題隨之化解。運(yùn)行環(huán)境方面特高壓直流輸電工程多是在選址、設(shè)計初期就已將基本運(yùn)行環(huán)境及其發(fā)展演化規(guī)律考慮在內(nèi), 工程對運(yùn)行環(huán)境的適應(yīng)性較高, 故外部環(huán)境風(fēng)險必要程度綜合評分排位最后。

4 結(jié)束語

特高壓直流輸電工程包含換流站、輸電線路兩個部分, 前者作為國家電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的重要樞紐, 后者作為電力能源輸送的主動脈, 共同影響著國計民生。特高壓直流輸電領(lǐng)域的從業(yè)者要清醒、正確的認(rèn)識工程領(lǐng)域的各類風(fēng)險, 追本溯源、對癥下藥, 才能保障特高壓直流工程的長治久安。