基于可拓學(xué)的架空輸電線路運(yùn)行狀態(tài)評估研究

楊璽

摘要： 為了解決運(yùn)行中的架空輸電線路評價(jià)參數(shù)指標(biāo)繁多，評價(jià)結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜等問題，提出了一種基于層次分析法和可拓學(xué)理論的多層次多指標(biāo)的輸電線路運(yùn)行狀態(tài)綜合評價(jià)模型，對輸電線路運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評價(jià)，得出評價(jià)指標(biāo)量值，運(yùn)用層次分析法確定影響輸電線路運(yùn)行狀態(tài)的評價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，再根據(jù)物元可拓理論確定經(jīng)典域物元、節(jié)域物元和可拓集合中的關(guān)聯(lián)函數(shù)，得到輸電線路運(yùn)行狀態(tài)的評價(jià)結(jié)果。將層次分析法與可拓學(xué)理論相結(jié)合，既能客服層次分析法中指標(biāo)不容易量化的主觀性，又能避免物元可拓評價(jià)方法中對指標(biāo)權(quán)重的忽視。最后，將該模型應(yīng)用于某區(qū)域的架空輸電線路，通過具體實(shí)例來驗(yàn)證了該評估模型的可行性。

Abstract： In order to solve the problem of the evaluation index of the overhead transmission lines in operation and the complexity of the evaluation structure system， a comprehensive evaluation model of the transmission line running status of the multi-level and multi-index based on the analytic hierarchy process and the extension theory is proposed. And then the analytic hierarchy process is used to determine the weight index of the evaluation index which affects the running state of the transmission line. Then， according to the theory of extension theory， the classical domain matter element， the kernel element element and the extension set， the transmission line running status evaluation results are obtained. The combination of analytic hierarchy process and extension theory can not only quantify the subjectivity of the index in the customer service analytic hierarchy process （AHP）， but also avoid the neglect of the index weight in the method of matter-element extension evaluation. Finally， the model is applied to the overhead transmission lines in a certain area， and the feasibility of the evaluation model is verified by concrete examples.

關(guān)鍵詞： 輸電線路;狀態(tài)評價(jià);評價(jià)模型;層次分析法;可拓學(xué)

Key words： transmission line;state assessment;evaluation model;analytic hierarchy process;extenics

中圖分類號：TM752 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）13-0100-05

0 引言

架空輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)影響到電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。輸電線路在我國分布地域廣泛，且可靠性受外界環(huán)境影響較大，因此在線監(jiān)測難度大，發(fā)生故障的頻率較高。例如：線路風(fēng)偏閃絡(luò)故障、線路污閃、線路覆冰故障以及雷擊跳閘等[1]。為了確保輸電線路的正常運(yùn)行，對輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)合理的評價(jià)是確保其正常運(yùn)行工作的必要條件[2，3]。

對輸電線路運(yùn)行狀態(tài)評估一直都是電網(wǎng)運(yùn)行的重要研究方向，雖然評價(jià)方法多種多樣，但是通常的評價(jià)步驟都是先選取影響輸電線路運(yùn)行狀態(tài)的評價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建輸電線路運(yùn)行狀態(tài)評價(jià)體系，結(jié)合定量的評價(jià)方法，做出輸電線路運(yùn)行狀態(tài)綜合評價(jià)。然而，輸電線路運(yùn)行狀態(tài)收到眾多方面影響，且影響因素均有復(fù)雜性和不確定性，使得輸電線路運(yùn)行狀態(tài)評價(jià)更為動(dòng)態(tài)、復(fù)雜。近年來，國內(nèi)外研究學(xué)者進(jìn)行大量的研究探索，文獻(xiàn)[4]研究了輸電桿塔的狀態(tài)評估方法，采用不確定性方法分析影響桿塔安全工作的因素及其對應(yīng)的概率，并得出了桿塔安全評估指標(biāo)體系。文獻(xiàn)[5]在構(gòu)建灰色評價(jià)模型的基礎(chǔ)上，利用 AHP 法評價(jià)了某 500 kV高壓輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)。文獻(xiàn)[6]等人通過FCE法對輸電線路的整體狀態(tài)進(jìn)行了有效評估。文獻(xiàn)[7]提出一種基于馬爾可夫鏈模型的運(yùn)行狀態(tài)及其風(fēng)險(xiǎn)的評估方法。雖然這些方法對輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了有效的評估，但是輸電線路現(xiàn)場的條件千變?nèi)f化，目前尚未構(gòu)建一套比較完整的狀態(tài)評價(jià)指標(biāo)體系。

可拓學(xué)[8，10]是用一種智能化的解決問題方法，主要研究內(nèi)容是將具體實(shí)際問題抽象為形式化的矛盾問題及解決過程，研究矛盾問題的普遍規(guī)律，構(gòu)建解決矛盾問題的方法體系。本文把可拓學(xué)理論和層次分析法相融合，應(yīng)用在輸電線路運(yùn)行狀態(tài)的評估中，從桿塔、導(dǎo)地線、絕緣子、金具及接地裝置5方面（準(zhǔn)則層）綜合考慮影響輸電線路運(yùn)行狀態(tài)的評價(jià)指標(biāo)（指標(biāo)層），建立多層次多指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，最終求出其狀態(tài)綜合評價(jià)結(jié)果。

1 層次分析—物元可拓綜合評判法

1.1 層次分析法

影響架空輸電線路狀態(tài)的因素有很多，并且其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以完全采用定量的方法進(jìn)行分析和評估。層次分析法針對復(fù)雜的多目標(biāo)決策問題，將定性與定量分析方法相結(jié)合的綜合決策方法，具有定量數(shù)據(jù)信息需求少，簡潔實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。基本思想是按照問題要求建立起一個(gè)描述系統(tǒng)特性的三層（目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層）遞階層次結(jié)構(gòu)模型，然后請相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍Ω鲗哟蔚挠绊懸蛩剡M(jìn)行評判，給出相應(yīng)的比例標(biāo)度，計(jì)算出各個(gè)層次所有影響因素的相對重要性權(quán)值，并加以排序，最后根據(jù)排序結(jié)果進(jìn)行規(guī)劃決策和選擇問題的措施[11]。

1.2 物元可拓評判法

鑒于輸電線路狀態(tài)評估的狀態(tài)量不易用確切數(shù)學(xué)描述，采用物元可拓法對其進(jìn)行量化評估成為必要。關(guān)于物元可拓的評估辦法是在可拓集合論的基礎(chǔ)上，根據(jù)物元的可拓性，利用關(guān)聯(lián)函數(shù)建立事物相互之間、因素相互之間的聯(lián)系水平以及數(shù)量上的關(guān)系，結(jié)合定性定量的方法對一個(gè)對象或者多個(gè)對象的優(yōu)劣評價(jià)，評價(jià)對象包括事物、策略、方法等[12]。進(jìn)行物元可拓綜合評價(jià)的步驟如下：判定衡量條件，構(gòu)件可拓學(xué)評估模型，得出評估物元的經(jīng)典域和節(jié)域;確定待評物元;建立關(guān)聯(lián)函數(shù)并計(jì)算;確定權(quán)重;計(jì)算待評價(jià)的物元綜合關(guān)聯(lián)系數(shù);確定待評價(jià)物元的評價(jià)級別。

2 輸電線路狀態(tài)評價(jià)模型的建立

2.1 輸電線路評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

架空輸電線路最突出的特點(diǎn)就是線路部件多、距離長，運(yùn)用層次分析法，建立輸電線路狀態(tài)評價(jià)指標(biāo)體系（O）（即目標(biāo)層），目標(biāo)層又包括5個(gè)準(zhǔn)則層（H），即：一是桿塔（基礎(chǔ)），可從彎曲度、傾斜角度、裂紋、腐蝕、構(gòu)件牢固等角度分析;二是導(dǎo)地線，可從弧垂、斷股、地線銹蝕等角度分析;三是絕緣子，可從污穢、零值自爆率、鋼帽鋼腳銹蝕等角度分析;四是金具，可從磨損、腐蝕、松動(dòng)等角度考慮;五是相關(guān)接地裝置，可從接地體電阻值、接地體埋深、接地體連接等角度考慮。

2.2 評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

輸電線路狀態(tài)評估指標(biāo)權(quán)重，運(yùn)用AHP方法確定，過程如下：

4 結(jié)論

①架空輸電線路運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)權(quán)重的確定是進(jìn)行可拓學(xué)評價(jià)的重要步驟之一，依據(jù)層次分析法，從桿塔、導(dǎo)地線、絕緣子、金具、接地裝置5個(gè)方面確定了影響架空輸電線路運(yùn)行狀態(tài)的17個(gè)評價(jià)指標(biāo)，計(jì)算出各個(gè)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，有效克服了傳統(tǒng)權(quán)重系數(shù)確定辦法的主觀性，讓評價(jià)辦法更加客觀、精確。

②本文將層次分析法和可拓學(xué)相關(guān)理論結(jié)合，構(gòu)建出一種新的輸電線路狀態(tài)評價(jià)指標(biāo)體系，經(jīng)過計(jì)算得出，輸電線路運(yùn)行狀態(tài)評價(jià)的級別關(guān)聯(lián)程度為0.4145，運(yùn)行狀態(tài)評判等級為Ⅱ級，輸電線路運(yùn)行狀態(tài)處于注意狀態(tài)。

③層次分析法—可拓學(xué)評價(jià)模型的輸電線路運(yùn)行狀態(tài)評價(jià)結(jié)果與以往運(yùn)用的模糊評價(jià)和灰色關(guān)聯(lián)法計(jì)算的結(jié)果一致，由此表明此模型是可行合理的。基于層次分析法的輸電線路運(yùn)行狀態(tài)可拓學(xué)評價(jià)考慮了多個(gè)角度、多個(gè)因素，模型所應(yīng)用指標(biāo)的數(shù)量和種類沒有收到約束，有效避免單因素決策的片面性和人的主觀差異性對評價(jià)結(jié)果的影響。本模型可適用于不同的架空輸電線路，能夠準(zhǔn)確、科學(xué)的對線路的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評價(jià)，節(jié)省人力和財(cái)力資源，保證線路運(yùn)行的安全性。

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