基于模糊層次分析法的水力發(fā)電廠的安全性評價

楊　爽，楊　輝，曾　義，張　平

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410004）

基于模糊層次分析法的水力發(fā)電廠的安全性評價

楊爽，楊輝，曾義，張平

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410004）

摘要：為定量綜合評價水電廠的安全狀況，采用模糊層次分析法，根據(jù)水電廠安全性評價標準，建立包含工作人員素質(zhì)、生產(chǎn)設備、勞動安全與環(huán)境、安全生產(chǎn)管理的安全性評價指標體系，構(gòu)建三角模糊互判矩陣，確定各評價指標的權(quán)重。再結(jié)合模糊綜合評價，對某水電廠的安全情況進行綜合評價。研究結(jié)果表明：該水電廠的安全評價為“一般”，影響水電廠安全的首要因素是安全生產(chǎn)管理。該研究成果實用可靠，對提高水電廠安全水平具有實用價值。

關(guān)鍵詞：水電廠安全性評價；模糊層次分析；模糊綜合評判；評價指標體系；安全管理

1　引言

由于水電廠要求穩(wěn)定運行并提供優(yōu)質(zhì)可靠的電能，因此，安全生產(chǎn)工作便成為了水電廠的一項重要課題。如果在水電廠發(fā)生了安全事故，輕則造成設備損壞，重則引起電網(wǎng)崩潰，甚至會危及人身安全，造成災難性后果。因此，非常有必要對水電廠進行安全性評價。通過對水電廠進行定性和定量的分析，確定生產(chǎn)過程中發(fā)生危險的可能性及其嚴重程度，提出相應的預防措施，提高安全生產(chǎn)水平，超前控制事故的發(fā)生。

目前，用于電力生產(chǎn)安全評價的方法主要有安全檢查表評價法（SCL）[1]、故障樹分析法（FTA）[2]，神經(jīng)網(wǎng)絡法[3]以及層次分析法（AHP）[4]等。每個方法都有其優(yōu)點、缺點和使用范圍。如SCL須事先編制大量的檢查表，工作量大且安全檢查表的質(zhì)量受制表人員的知識水平和經(jīng)驗影響。FTA分析針對特定事故較有優(yōu)勢，而對于復雜系統(tǒng)，所需編制的事故樹較龐大，計算較復雜，給定性和定量分析帶來困難。神經(jīng)網(wǎng)絡法工作具有較強的隨機性，需要人為地去調(diào)試，才能得到一個較好的神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，非常耗費人力與時間，具有一定的局限性。AHP進行評價時沒有考慮人的判斷模糊性，而且檢驗判斷矩陣一致性比較困難[5]。而模糊層次分析法（FAHP），評價體系建立較簡單，對使用人員的知識水平和經(jīng)驗要求不高[6]。故本文采用模糊層次分析法（FAHP）來完成對水電廠的安全性評價。

2　模糊層次分析法（FAHP）

模糊層次分析法是以模糊數(shù)學為基礎，應用模糊關(guān)系合成的原理，將一些邊界不清，不易定量的因素定量化，從而對實際的綜合評價問題進行評價的一種方法[7]。使用層次分析法（AHP），可以將復雜的問題分解為若干層次，建立階梯層次結(jié)構(gòu)。再通過決策者對同一層次中各個因素進行兩兩比較和分析，給出比例標度，形成比較判斷矩陣，并通過一定的數(shù)學方法計算得到該層次中各個因素的權(quán)重值，最后通過排序得到最佳方案。

FAHP和AHP的計算步驟基本相同，不同之處在于FAHP用“大約”、“左右”這樣的量來描述因素間重要程度的比較判斷，而不是用精確的值來表示，減少了因決策者認識上的局限性和思維判斷的模糊性而造成的判斷失誤，提高了分析的準確性。模糊層次分析法進行綜合評價的主要步驟見圖1。

圖1　模糊層次分析法進行綜合評價步驟

2.1 構(gòu)造模糊判斷矩陣

構(gòu)造模糊判斷矩陣是FAHP的核心問題。模糊判斷矩陣表示對于上一層某元素，本層次相關(guān)元素間的相對重要程度。該矩陣的構(gòu)造方法有多種，本文根據(jù)實際情況，采用的是三角模糊互補判斷矩陣。三角模糊互補判斷矩陣是由三角模糊數(shù)表示的矩陣，其定義如下：

若a=(al,am,au)，其中0＜al≤am≤au，則稱a為一個三角模糊數(shù)，其隸屬度函數(shù)可表示為

設判斷矩陣A=(aij)n×n，式中，

aij=(al ij,amij,auij),aji=(al ji,amji,auji)，如果alij+auji=amij+amji=auij+alji=1，auij≥amij≥alij＞0，i,j∈N，N={1,2,L,n}，則稱是三角互補判斷矩陣[8]。

采用三角模糊互補標度可構(gòu)造相應的模糊互補判斷矩陣，從而描述任意兩個因素之間的相對重要程度。常用的模糊互補標度為0.1～0.9標度。0.1～0.9模糊互補標度的含義見表1[9]。

表1　0.1～0.9標度法

運用表1的標度方法，可獲得元素a1，a2，，a，其中，a=（a，a，a），則相對于上一層元素的三角模糊互補判斷矩陣為：

2.2確定三角模糊互補判斷矩陣的權(quán)重

計算三角模糊互補判斷矩陣權(quán)重的步驟如下：

Step2計算三角模糊互補矩陣的行和，并通過歸一化處理，求出其權(quán)重向量ωi(i∈N,N={1,2,L,n})為

可能度的概念及計算方法如下：

設a=(al,am,au)，b=(bl,bm,bu)，則稱

類似的，稱

Step4求出可能度矩陣后，利用文獻[10]中給出的公式：

進行求解，可得三角模糊互補判斷矩陣的權(quán)重ω=(ω1,ω2,K ,ωn)T。

2.3確定評語集和多級模糊綜合評價

評價者對評價對象所做評價結(jié)果的集合稱為評語集，用V=(v1,v2,L,vn)表示。評價等級可分為5個等級，見表2[11]。

專家根據(jù)經(jīng)驗和評價等級，分別對各層次中的單因素進行打分，根據(jù)專家的打分情況建立單因素評價矩陣。例如，對某一因素，10名專家中有4人認為好，3人認為較好，3人認為一般，則得到的單因素評價矩陣為（0.4,0.3,0.3,0,0）。結(jié)合單因素評價矩陣，作模糊綜合評判。

模糊綜合評判采用多級模糊綜合評判，針對不同層次的子因素分別進行綜合評判。由各因素對應

1000例職業(yè)健康查體人員直接數(shù)字化攝影檢查后1級片、2級片質(zhì)量對比高千伏胸片檢查顯著更高，P＜0.05，統(tǒng)計學展現(xiàn)組間分析研究意義。

表2　安全等級加權(quán)值和標準分值

備注：1）安全評價等級數(shù)目可視實際情況分級需要而不同，一般為5級；2）加權(quán)值和標準分值是經(jīng)驗確定的。的權(quán)重矩陣和評價矩陣，利用公式=×矩陣運算后歸一得到模糊綜合評判集B=(b1,b2,L,bn)。

3　電廠安全性評價的指標體系

水電廠安全性評價指標體系是根據(jù)水電廠安全生產(chǎn)的實際需求與安全評價理論及其模型的基礎上提出的。確定以水電廠安全性評價為總目標層，采用“人-設備-環(huán)境-管理”為一級指標，以及相應的二級指標為指標層的水電廠安全性評價指標體系。在評價指標體系中，共有20個安全變量，相應的安全評價指標體系見圖2。

圖2　水電廠安全評價指標體系

4　實例分析

根據(jù)水電廠安全性模糊層次分析評價模型，以某水力發(fā)電廠為例進行綜合評價，該水電廠安全管理措施完善，生產(chǎn)設備齊全，安全保障技術(shù)合理。現(xiàn)采用模糊層次分析法，對該水電廠進行安全性評價，并提出相應的預防措施。

4.1計算各層次權(quán)重值

模糊層次分析法各層次權(quán)重值步驟：

（1）建立圖2中的安全評價指標體系，確定以水電廠安全為目標層A，一級指標為準則層，二級指標為指標層C。

（2）根據(jù)指標體系并結(jié)合表1中的標度方法，建立各層次的三角模糊互補矩陣。準則層的模糊評判矩陣見表3。

4.2確定評語集

根據(jù)水電廠安全性評價的相關(guān)指標，并查閱相關(guān)資料[13]，結(jié)合相關(guān)專家的意見，對指標層中各個因素進行打分，建立評語集，并構(gòu)造相應的評價矩陣，見表4。

表3　準則層模糊評判矩陣B

表3　準則層模糊評判矩陣B

評價準則　　工作人員素質(zhì)RB1 　　生產(chǎn)設備RB2 　　勞動安全與環(huán)境RB3 　　安全生產(chǎn)管理RB4工作人員素質(zhì)　?。?.5,0.5,0.5）　?。?.5,0.6,0.7）　　（0.4,0.5,0.6）　　（0.3,0.4,0.5）準則層模糊評判矩陣生產(chǎn)設備　?。?.3,0.4,0.5）　?。?.5,0.5,0.5）　　（0.2,0.3,0.4）　　（0.1,0.2,0.3）勞動安全與環(huán)境　?。?.4,0.5,0.6）　　（0.6,0.7,0.8）　　（0.5,0.5,0.5）　　（0.3,0.4,0.5）安全生產(chǎn)管理　?。?.5,0.6,0.7）　?。?.7,0.8,0.9）　?。?.5,0.6,0.7）　　（0.5,0.5,0.5）

表4　安全評價指標權(quán)重及單因素評價

4.3多級模糊綜合評價

根據(jù)指標層的權(quán)重值以及對應的評價矩陣，進行一級模糊綜合評價：得到該因素的隸屬度。

表5　隸屬度的計算結(jié)果

根據(jù)上述計算結(jié)果，可通過加權(quán)計算求得對該水電廠的綜合安全性評價，即：

由于V∈(6,7.9)，這說明該水電廠的安全狀況屬于“一般”。所得結(jié)果與安全性評價考核結(jié)論是一致的，說明采用模糊層次分析法對水電廠進行安全性評價是可行的。

根據(jù)工作人員素質(zhì)指標層的各個等級的隸屬度，通過加權(quán)計算求得該指標層的安全性評價，即

同理，可相應得到生產(chǎn)設備、勞動安全與環(huán)境和安全生產(chǎn)管理指標層的安全性評價，見表6。

表6　指標層的安全性評價結(jié)果

由計算可知工作人員素質(zhì)和勞動安全與環(huán)境在本層次的綜合評價得分相對較低，因此，為提高水電廠整體的安全水平，應該從這兩個方面加以改進。

4.4評價分析

借鑒前人在水電廠安全性評價方面的研究方法，結(jié)合實例，采用“人-設備-環(huán)境-管理”的分析方法，建立了合理的評價指標體系。根據(jù)上述實例的分析結(jié)果，影響水電廠安全的主要限制因素是安全生產(chǎn)管理。在進行水電廠安全性評價時應加強對工作人員素質(zhì)和勞動安全與環(huán)境的控制。強化工作人員的安全意識，關(guān)注其健康狀況、技術(shù)水平和勞動強度，整體提高工作人員的素質(zhì)水平。同時在水電廠的安全管理中，應注重勞動安全、作業(yè)環(huán)境和交通消防安全等方面的建設。嚴格貫徹執(zhí)行安全檢查管理制度，進行相應的安全教育活動，提出安全措施，減少安全隱患，這樣才能確保水電廠安全可靠的運行。

上述結(jié)果表明，應用模糊層次分析法進行安全評價所得結(jié)果是實用可靠的，結(jié)合模糊綜合評價結(jié)果，可以對水電廠的安全情況進行整體評價，確定水電廠中的不安全因素，便于采取相應的措施，對提高水電廠的安全水平具有實用價值，帶來良好的社會效益。

5　結(jié)論

（1）本文創(chuàng)新性的提出了基于模糊層次分析法的水電廠安全性評價，克服了層次分析法的局限性，提高了分析的準確性。

（2）本方法考慮了人判斷的模糊性，與其他評價方法相比具有評價體系簡單、計算方便等優(yōu)點。

（3）該方法能在缺資料、少信息條件下建模、預測和決策，有一定的可操作性，結(jié)論可信，有一定的實際應用價值。

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中圖分類號：X913

文獻標識碼：A

文章編號：1672-5387（2015）08-0099-05

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.08.029

收稿日期：2015-05-04

作者簡介：楊爽（1988-），女，助理工程師，從事水電廠通訊設備檢修和維護工作。