LEC法在重要輸電通道風險評估中的應用研究

吳濡生，操松元，季 坤，嚴 波，方登洲，陰酉龍

(1.國網安徽省電力公司，安徽 合肥 230061；2.安徽送變電工程公司，安徽 合肥 230601)

LEC法在重要輸電通道風險評估中的應用研究

吳濡生1，操松元2，季 坤1，嚴 波1，方登洲1，陰酉龍2

(1.國網安徽省電力公司，安徽 合肥 230061；2.安徽送變電工程公司，安徽 合肥 230601)

提出了重要輸電通道的概念，并結合重要輸電通道現(xiàn)場運行的實際情況，以適用性和統(tǒng)籌兼顧、量化分析為原則，確定了影響通道安全運行的11個技術要素，并按照危害程度賦以一定的權重，引入LEC法確定風險程度等級，按照通道區(qū)段對所有技術要素風險開展疊加評估，確定區(qū)段的風險狀態(tài)，為風險治理決策提供量化支撐。

重要輸電通道；風險評估；LEC法

0 引言

隨著經濟的發(fā)展以及我國對全球能源互聯(lián)網的大力倡導，特高壓跨區(qū)電網建設也在如火如荼地進行。由于電源和負荷點的相同或相近，多條重要輸電線路平行接近架設，形成大負荷斷面的通道走廊也越來越多，這些重要輸電通道一旦發(fā)生故障，將會對電網安全穩(wěn)定運行造成巨大的影響。因此有必要針對重要輸電通道開展風險評估，防患于未然，提高重要輸電通道運行的可靠性。

風險評估是指按照科學的程序和方法，對潛在的危險及其嚴重性進行預先的安全分析和評估，具有預測的性質和特點，一般主要從產生損失和傷害的可能性、影響范圍以及影響程序著手。風險評估包括評估事件發(fā)生的可能性大小和評估事件發(fā)生后果的嚴重程度2個方面。目前，電力系統(tǒng)常用的風險評估方法分為3類：基于可靠性理論的評估方法、基于風險管理的評估方法和基于人工智能等新理論的評估方法。鑒于重要輸電線路通道的實際操作特點，主要采用基于可靠性理論的評估方法，并引入了危險源辨識和風險評估法（LEC評估法）。

1 重要輸電通道風險評估指標及體系構建

1.1 界定及分類

重要輸電線路是指戰(zhàn)略性架空輸電線路和構成核心骨干網架的架空輸電線路。其中，戰(zhàn)略性輸電線路包括大型水電、煤電、核電送出架空線路，跨國聯(lián)網架空輸電線路，跨區(qū)聯(lián)網架空輸電線路。核心骨干網架包括交直流特高壓電網和750 kV，500 kV每座變電站至少有1條出線組成的電網最小骨干網架以及向二級及以上負荷供電的330 kV，220 kV變電站至少1條連接主網的線路。

重要輸電通道是指由相鄰間距不超過600 m的所有重要輸電線路組成的大負荷斷面，這樣的斷面一旦發(fā)生故障，將會造成4級及以上區(qū)域或省級電網事件。這里需特別指出：上述的通道或其區(qū)段是一個斷面的概念，是指通道內所有線路在相同起止點所組成的某一段，而不是單條線路的一個區(qū)段。

1.2 技術要素的選取

重要輸電通道由若干條重要輸電線路組成，其特點就是長期暴露于自然環(huán)境中，外部環(huán)境的變化是造成其故障停運的最主要原因，因此只考慮外部環(huán)境對重要輸電通道的影響。

根 據GB/T 28813—2012，GB 50545—2010，GB 50665—2011，GB 50790—2013，DL/T 741—2010，DL/T 307—2010，Q/GDW 1210—2014，GB/T 22696.2—2008等規(guī)程規(guī)范要求，結合實際運行經驗，選取山火、冰害、舞動、風害、地質災害、污閃、雷擊、機械外破、異物、樹線放電、鳥害等11個外部環(huán)境影響因素作為為安全評估體系的技術要素。需特別指出的是：這里所選取的技術要素都是以對重要輸電通道造成同時故障停運的可能性為出發(fā)點和落腳點。

1.3 風險評估指標體系的構建

采用AHP(analytic hierarchy process，層次分析法)法中的分層思想對重要輸電通道風險評估體系進行構建。將重要輸電通道的數(shù)條線路同時故障停運作為目標層，由山火、冰害、舞動、風害、地質災害、污閃、雷擊、機械外破、異物、樹線放電、鳥害等11個技術要素組成準則層，并針對這些要素，從人、機、料、法、環(huán)等方面再進行深入分析，細化出各個要素的主要因素作為子準則層。采用直線標示上下層之間的隸屬關系后，即得到重要輸電通道風險評估體系，如圖1所示（限于篇幅，圖中子準則層只給出了部分狀態(tài)量）。

2 基于LEC法的通道風險評估方法

2.1 重要通道風險評估的基本原則

根據國家電網公司相關規(guī)程規(guī)范的要求，結合重要輸電通道現(xiàn)場運行的實際情況，本著適用性和統(tǒng)籌兼顧、量化分析的原則對重要輸電通道開展風險評估工作。

采用危險源識別方法確定出11個技術要素中所包含的狀態(tài)量，并編制隱患技術排查路線，以隱患技術排查路線為指導，進行現(xiàn)場隱患排查工作，明確排查區(qū)段所存在的隱患。引入改進的AHP法對11個技術要素按照危害程度不同賦以一定的權重，采用LEC法對各要素排查出的隱患進行風險值計算。根據計算結果確定扣分，并結合各技術要素的權重得出所有扣分，確定所排查區(qū)段的風險等級，進而全面排查得到整個輸電通道各區(qū)段的風險等級。

2.2 技術要素的風險值計算與基本扣分值確定

圖1 重要輸電通道風險評估指標體系

在對重要輸電通道技術要素進行風險評價工作中，要想確定出各技術要素風險區(qū)段的風險程度，就必須定量計算出每一個技術要素所對應風險區(qū)段的風險值。采用傳統(tǒng)方式對重要輸電通道進行隱患排查所給出的風險評價結果都是定性的，如“通道情況良好”、“需持續(xù)關注”、“情況危急，需立即處理”等。為定量計算各個技術要素對重要輸電通道所造成的風險，可采用由美國科學家K.J.格雷厄姆和G.F.金尼所提出的作業(yè)條件危險評價法(LEC法)。它根據隱患內容，按照一定的參數(shù)取值規(guī)則選取相應的L，E，C值，再按照公式(1)計算該技術要素風險區(qū)段的風險值D。

后果(C)定義為由于危害造成的通道內所包含全部線路停電事故的最大可能的結果。事故的最可能后果以數(shù)字化的分值來體現(xiàn)，從100分的特別嚴重性到15分的一般性，其取值如表1所示。

表1 事件發(fā)生的后果(C)分值

事件發(fā)生的頻率(E)定義為危害事件是第一個可能引發(fā)事故序列的意外事件，其取值如表2所示。

表2 事件發(fā)生的頻率(E)分值

可能性(L)定義為一旦危害事件發(fā)生，危害事件導致后果的機會，其取值如表3所示。

表3 事件發(fā)生的可能性(L)分值

根據風險值D的大小，將風險區(qū)段技術要素風險程度從小到大分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ 4個等級，并定義出各風險等級所對應的技術要素基本扣分值，如表4所示。

依照重要輸電通道風險評價體系中所列各技術要素所包含的狀態(tài)量，制定詳細完備的隱患技術排查路線。將排查結果與各狀態(tài)量評價標準及L，E，C分值表對照，即可得到各個技術要素相應的L，E，C值，繼而根據式(1)可算出該技術要素風險區(qū)段的風險值D。

表4 技術要素風險程度

2.3 技術要素權重的設置

各個技術要素對重要輸電通道風險評估結果所帶來的影響各不相同，因此需根據所選取的11個技術要素間的相對重要性來賦予其合適的權重。權重設置最為常用的方法是AHP法，AHP法中所構造的矩陣必須通過一致性檢驗，而在實際操作中，判斷矩陣一般靠經驗調整，隨意性強，且常需要多次調整才能通過一致性檢驗。為此，利用最優(yōu)傳遞矩陣對AHP法進行改進，使判斷矩陣可以自然滿足一致性要求，直接求出技術要素的權重值，其步驟如下。

(1) 建立比較矩陣A。將各個技術要素以對重要輸電通道造成同時故障停運的影響程度進行兩兩比較，所構成的判斷矩陣A即為2個技術要素對重要輸電通道造成同時故障停運的比例標度，如式(2)、式(3)所示。

式中n，m分別表示判斷矩陣A的行數(shù)與列數(shù)，在此n=m=11。

aij的形成過程需采取適當?shù)臉硕龋?-9標度和0-2標度目前較為常用。1-9標度適合選取技術要素較少的情況。在此共選取了11個技術要素，選取技術要素較多，為降低決策者的判斷難度使其更容易做出正確的判斷，快速形成判斷矩陣，這里采用0-2標度，aij的取值如式(4)所示。

(2) 構造判斷矩陣B。

式中：

(3) 求最優(yōu)傳遞矩陣L。

(4) 求矩陣的擬優(yōu)一致矩陣B*。

(5) 求技術要素權重值。求矩陣B*最大特征值對應的特征向量W*，經歸一化處理后，即可得到各技術要素的權重向量W。

經上述方法計算可得到各技術要素權重值，如表5所示。

表5 各技術要素權值

為了方便現(xiàn)場評估打分，將上表中的權重換算成整數(shù)，繼而得到技術要素扣分值的權重系數(shù)。權重系數(shù)越大表示技術要素對重要輸電通道造成同時故障停運的可能性越大，如表6所示。

技術要素扣分值由技術要素風險程度和技術要素權重共同決定，即技術要素扣分值等于該技術要素的基本扣分值乘以權重系數(shù)，如表7所示。技術要素沒有風險時不扣分。

2.4 通道區(qū)段風險狀態(tài)的確定

對通道內各技術要素扣分值進行合計，依據各技術要素合計扣分值相同且連續(xù)的原則，劃分通道風險區(qū)段。

表6 經換算后的各技術要素權值

表7 技術要素扣分值

通道區(qū)段風險狀態(tài)設為4級：正常狀態(tài)、低風險狀態(tài)、中風險狀態(tài)、高風險狀態(tài)。重要輸電通道風險狀態(tài)的確定應同時考慮單個技術要素的扣分值和所有技術要素合計扣分情況。根據單項最大扣分值和合計扣分值，確定區(qū)段的風險狀態(tài)，具體評價標準如表8所示。表中，單項最大扣分值或合計扣分任一項達到較高值，即應歸到此類風險。

表8 重要輸電通道區(qū)段風險狀態(tài)評價標準

2.5 通道區(qū)段的評估結果

當所有技術要素單項扣分和通道內所有技術要素合計扣分值同時符合表8中正常狀態(tài)扣分規(guī)定時，該區(qū)段視為正常狀態(tài)。

區(qū)段整體評價應為區(qū)段內任一技術要素評價的最嚴重狀態(tài)，當存在權重系數(shù)和達到一半以上的多個技術要素評價結果同時達到某一風險狀態(tài)時，整體評價狀態(tài)應提高一個等級。

3 應用建模

以風云通道(模型)為例，進行重要輸電通道風險評估，通道情況如表9所示。

表9 風云通道重要輸電通道情況

對通道內11個技術要素開展隱患排查，對每個技術要素存在的隱患進行評價，以山火技術要素為例，本通道共計排查出3處隱患，具體如表10所示。

表10 山火技術要素風險評估

則山火技術要素的單項扣分值如表11所示。

表11 山火技術要素單項扣分值統(tǒng)計

同理，可得到其他10個技術要素的風險等級及扣分情況，根據單項最大扣分值和合計扣分值，可確定出區(qū)段的風險狀態(tài)，評估結果如表12所示。

表12 重要輸電通道風險評估

4 結論

(1) 通過對重要輸電通道可能造成同時故障停運的各類危險源進行風險評估，判斷其風險等級、所造成故障的類型及后果的嚴重程度，為線路運維單位制定有針對性的預防、管控措施及合理的治理計劃提供科學依據。

(2) LEC法具有簡單易學、便于操作的優(yōu)點，它可適用于各類人員層次的基層班組，有助于全員參與到重要輸電通道風險評估工作中來。

(3) 實現(xiàn)了風險評估從定性到定量的改變，量化了風險評估結果，提高了風險評估的準確性。為達到統(tǒng)一風險評估標準，規(guī)范重要輸電通道風險評估工作起到了積極的作用。

1 中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 28813—2012 ±800 kV直流架空輸電線路運行規(guī)程[S].北京：中國標準出版社，2013.

2 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50545—2010 110-750 kV架空輸電線路設計規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2010.

3 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50665—2011 1 000 kV架空輸電線路設計規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2011.

4 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50790—2013 ±800 kV直流架空輸電線路設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2013.

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2016-06-16。

吳濡生(1957-)，男，高級工程師，主要從事電網設備運檢與安全管理工作，email：442665365@qq.com。

操松元(1978-)，男，高級工程師，主要從事高電壓及絕緣技術研究工作。

季 坤(1978-)，男，高級工程師，主要從事輸電運行、檢修和專業(yè)管理工作。

嚴 波(1983-)，男，工程師，主要從事輸電運行、檢修工作。

方登洲(1982-)，男，工程師，主要從事輸電運行、檢修工作。

陰酉龍(1989-)，男，助理工程師，主要從事輸電線路狀態(tài)評價研究工作。