基于層次分析法的帶電跨越方式選擇

黃敬堯，楊爽，郭昊，李維維

（1.三峽大學電氣與新能源學院，湖北省 宜昌市 443002；2.荊州市供電公司檢修公司，湖北省 荊州市 434000）

0 引 言

隨著我國經濟的高速發展，在線路施工中，新建超高壓輸電線路和運行中的高壓電力線路交叉跨越的情況越來越多。由于系統穩定運行和優質可靠供電的要求，安排停電跨越高壓線路施工非常困難，因此施工中采取不停電跨越方案越來越普遍。在進行帶電跨越施工時，選擇合適的方式很關鍵。在實際工程中，通過選擇一種合適的跨越方式，可降低施工難度，優化施工費用，提高工程質量，減少對環境的影響［1］。因此有必要對帶電跨越的施工方式選擇進行研究，為實際的工程提供參考。

1 帶電跨越方式介紹

1.1 搭設跨越架跨越

跨越架跨越是在被跨越電力線路兩側安全距離以外搭設跨越架體進行跨越施工的一種方法［2］。（1）運行電力線路電壓為10kV，跨越高度為10m以下時，通常采取搭設單排或雙排毛竹或扣件式φ48mm鋼管跨越架。（2）運行電力線路電壓為35110kV，高度為1015m時，通常搭設立體桁架式毛竹跨越架或扣件式鋼管跨越架。（3）運行電力線路電壓等級為220500kV時，通常采取搭設鋁合金或鋼結構跨越架［3］。

跨越架跨越運輸量較大，操作簡單，使用的工器具較普通，架體的結構穩定性較好，一次性投入成本較小，但搭設成本隨跨越物變化較大。搭設和拆除跨越架所需時間較長，投入人力較多，運輸量較大，對周圍環境破壞較大。

1.2 索道跨越

利用新建線路兩側的鐵塔（或組立輔助支撐架體）在被跨越帶電線路的上方架設架空索道，在索道上設置保護裝置，使被展放的導線在保護裝置中被牽引展放通過被跨越帶電線路的上方，保證被展放導線和帶電線路之間有足夠的安全距離。施工案例見文獻［4］。

索道跨越方式，適用于各種電壓等級線路跨越，所用材料少，使用條件廣，對地形要求不高，施工難度不大，施工可靠性較高，且是環保性較好的施工方法［5］。但是承力索成本較高，且跨越的檔距不能太大，設計理論暫時還不完善。

1.3 利用臨時橫擔帶電封網跨越

利用臨時橫擔帶電封網跨越即利用在新建鐵塔上固定臨時橫擔，分相搭設迪尼瑪承載索及絕緣網跨越帶電線路施工，包括半檔封網和整檔封網。施工案例見文獻［6－7］。

利用臨時橫擔封網的方式，合適的電壓等級范圍較廣，搭設速度較快，節省了人力物力的投入，工作量不會隨著電壓等級的變化而變化太大，施工難度不大，可靠性較好，也較為環保。但是臨時橫擔需要設置拉線，對施工現場地型有要求，施工現場最好安排在較為開闊的地方。

在進行帶電跨越方式選擇時，影響帶電跨越架線的影響因素眾多，要根據實際情況考慮帶電跨越方式。通過參考相關文獻并對相關施工人員進行問卷調查可知，選擇跨越方式的關鍵因素主要包括跨越的技術因素、經濟因素、可靠性因素、可操作性因素和環境保護因素等。

2 層次分析法及其改進

2.1 層次分析法簡介

層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）的主要思想是通過將復雜的問題分解為若干層次和若干因素，根據一些客觀現實的判斷，對兩兩指標（或目標、準則）之間的重要程度進行對比分析，給出相應的比例標度（常為1—9標度），用數學方法表示每一層次的相對重要性的權重，得出不同方案重要性程度的權重，最后得到最佳方案。AHP的核心問題是排序，它運用了遞階層次結構原理、標度原理和排序原理［8］。

運用AHP解決實際問題時，大致分為如下4個步驟［9］：

（1）分析問題并建立遞階層次結構。通過對問題的分析，建立目標層、準則層和方案層3個層次，把問題條理化，層次化。

（2）構造兩兩比較判斷矩陣。通過對兩兩目標進行對比分析，得到兩兩比較判斷矩陣A，利用比例標度將決策者的判斷量化，這一步是AHP的關鍵。

（3）層次單排序及其一致性檢驗。利用式（1）求出判斷矩陣A的最大特征值λmax及對應的特征向量W，標準化后的W即為該層次下某元素的相對權重。

根據式（2）計算它的一致性指標CI。

最后根據式（3）進行一致性檢驗。

式中：RI為平均一致性指標，具體數值可參考文獻［9］，CR為平均隨機一致性指標。若CR＜0.1時，A具有滿意的一致性，否則要調整A，直到具有滿意的一致性。

（4）層次總排序及其一致性檢驗。根據式（1）—（3）可得到各個方案對目標層的合成權重，并進行一致性檢驗，通過一致性檢驗后，對各個方案進行排序，為決策提供依據。

2.2 傳統的1—9標度的不足

構造判斷矩陣受人的主觀因素影響比較大，而判斷矩陣又是權重排序的基礎，因此構造判斷矩陣是AHP中非常關鍵的一步。Saaty建議使用1—9標度，如表1所示。該方法特點是簡單明了，通俗易懂，但是級別差別較大，1—9標度系統與人們頭腦中的實際標度系統并非一致，往往不能如實表達人們的期望值。如當A1稍優于A2時，按1—9標度，其權重比為3∶1，即前者的重要程度是后者的3倍。這與評判者的“稍優”的實際想法不相符。據調查，通常對于“差不多”、“稍優”、“優”、“甚優”、“極優”的期望非別為1、1.30、1.77、2.40、3.36。因此，采用1—9標度法有可能破壞最后的方案的排序選優［10］。故應采用改進的層次分析法。

表1 1—9標度比較尺度的取值方法Tab.1 Valuing of comparative scale in 1－9scale method

2.3 改進的層次分析法

根據文獻［9－10］可知，改進的層次分析法主要有3種，如表2所示，對于非數量性指標以及與數量性指標的混合狀態下的指標權重，宜采用10／10—18／2標度法或9／9—9／1標度法。

表2 不同指標度及其含義Tab.2 Different scales and meanings

由于本文研究的是非數量性指標，故本文采用10／10—18／2標度法、9／9—9／1標度法和1—9標度法分別對帶電跨越方式各個指標進行標度，分別得到相應的方案權重，進行比較分析得到一種合適的標度方法，應用到實際工程中進行帶電跨越方式選擇。

2.4 標度評估方法

文獻［11］給出了3種檢驗標度合理性的準則：

式中：aij為判斷矩陣元素；λmax為判斷矩陣的最大特征值；ω為其對應的特征向量。所得到的各種準則最小的，表明其性能最好。

3 改進AHP的工程應用

3.1 層次結構模型的建立

根據層次分析法的基本思想，需要構造出一個用于評估帶電跨越方案的層次分析模型，主要包括目標層A準則層B和方案層C。（1）目標層A，就是針對實際工程提出的合適的帶電跨越方案。（2）準則層B，為評估帶電跨越架線方式是否合理的因素，主要有帶電跨越的技術性、經濟型、可靠性、操作性和環保性等。（3）方案層C，為主要研究的帶電跨越方式主要有搭設跨越架跨越、絕緣索橋跨越和利用臨時橫擔帶電封網跨越。構建的層次結構模型如圖1所示。

圖1 層次結構模型Fig.1 Hierarchy model

3.2 實例分析

山西省送變電工程公司承擔1000kV晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗示范工程山西段的施工任務。在特高壓N204—N205跨越段須同時跨越陽—東500kV線路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ回，經協調無法滿足停電要求。因此，為縮短工期，減少因停電造成的經濟損失，擬采用帶電跨越架線技術。

跨越地形為丘陵地段，且交叉跨越角較小。根據實際的工程情況及專家的意見并參考相關文獻資料，對幾種典型帶電跨越方式從技術性、經濟性、可靠性、操作性、環保性進行綜合比較分析，結果見表3。

表3 綜合比較分析表Tab.3 Comprehensive comparative analysis

根據層次分析法的原理，構建出分別采用1—9標度法、9／9—9／1標度法和10／10—18／2標度法時，帶電跨越準則層B各因素對目標層A的判斷矩陣，并計算其CI、s和σ，具體數值見表4。

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由表4中數據可得：

（1）1—9標度法中，CR＝0.083，滿足一致性檢驗，其中CI＝0.0929，s＝5.1648，σ＝1.2217；

（2）9／9—9／1標度法中，CR＝0.0035，滿足一致性檢驗，其中CI＝0.0039，s＝0.7361，σ＝0.2271；

（3）10／10—18／2標度法中，CR＝0，滿足一致性檢驗，其中CI＝0，s＝0.3477，σ＝0.0997。

由上述的分析可知，3種算法均滿足一致性檢驗，其中10／10—18／2標度法3種準則取值都是最小的，其性能最好，因此指標權重的精度也最好。9／9—9／1標度法次之，傳統的1—9標度法最差。因此，采用10／10—18／2標度法繼續構造方案層C對準則層B的判斷矩陣，計算權重值，并進行一致性檢驗。具體數據見表56。

由此可得跨越架跨越方案、索道跨越方案和臨時橫擔封網方案對總目標的權值，并進行一致性檢驗。具體數據見表7。

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表7表明層次總排序計算結果具有滿意的一致性。在本次施工過程中，優先使用的跨越方式為索道跨越，其次是臨時橫擔跨越，最后是跨越架跨越。而在實際的施工過程中，山西省送變電工程公司所選用的也是索道跨越方式，這和本文的分析吻合。

4 結 語

（1）在仿真計算中，始終有CR＜0.1，表明所采用的層次結構模型的跨越方式選擇具有完全的一致性和準確性。

（2）在層次分析法中，10／10—18／2標度法性能最好，指標權重的精度也最好，9／9—9／1標度法次之，傳統的1—9標度法最差。因此，在用層次分析法進行分析時優先選用10／10—18／2標度法。

（3）跨越架跨越方案、索道跨越方案和臨時橫擔封網方案相對于總目標的權值分別為0.2562、0.3926和0.3512，因此，在本工程中，所應選取的跨越施工方式為索道跨越方案。

（4）在實際的施工過程中，不是所有工程都適合使用索道跨越方式進行不停電跨越。對于具體的工程，可以參考本文的方法，根據施工單位的技術條件和實際的工程條件選擇合適的跨越方式。

［1］陳曦鳴.幾種不停電跨越施工方案比較［J］.安徽電氣工程職業技術學院學報，2007（3）：36－41.

［2］呂江林，孟遂民，單魯平.輸電線路常用帶電跨越架線方法的比較與分析［J］.廣東輸電與變電技術，2008（3）：43－46.

［3］凌一朋，李慶林.對不停電跨越施工安全的探討與建議［J］.電力建設，2007，28（8）：32－34.

［4］常敏，胡延軍.輸電線路工程無跨越架跨越架線技術［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［5］蔡生泉，劉利平.懸索跨越架跨越施工綜述［J］.電力建設，2007，28（11）：35－38.

［6］尉建輝，劉紹群.不停電整檔封網跨越施工方法［J］.內蒙古電力技術，2006（S4）：50－52.

［7］豐橋興.500 kV六分裂大檔距無跨越架不停電跨越220 kV線路的攻關［J］.電力學報，2011，26（4）：294－299.

［8］郭金玉，張忠彬，孫慶云.層次分析法的研究與應用［J］.中國安全科學學報，2008，18（5）：148－153.

［9］王蓮芬，許樹柏.層次分析法引論［M］.北京：中國人民大學出版社，1990.

［10］張晨光，吳澤寧.層次分析法（AHP）比例標度的分析與改進［J］.鄭州工業大學學報，2000，21（2）：85－87.

［11］徐澤水.關于層次分析中幾種標度的模擬評估［J］.系統工程理論與實踐，2000（7）：58－62.