定子線棒改造施工風險評價研究

張 弛

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙410004）

0 引言

近年來，我國各地水電站出現(xiàn)眾多因電腐蝕而產(chǎn)生的定子線棒損壞情況，因此對定子線棒進行改造施工也就勢在必行，但定子線棒改造過程中工藝復雜、定子及定子線棒本身易損傷，稍有不慎則易造成損壞，繼而造成經(jīng)濟損失和工期延誤，如未及時發(fā)現(xiàn)更可能對機組造成極其惡劣的影響。由此可見，對定子線棒改造技術(shù)進行施工風險評價研究，對發(fā)現(xiàn)事故、準確認識安全形勢具有十分重要的意義。本文擬用集對分析與三角模糊數(shù)耦合模型對定子線棒改造施工進行風險評價。

1 集對分析基本理論

集對分析[1-2]是以集對及其聯(lián)系度的概念，描述系統(tǒng)中存在的確定與不確定性及轉(zhuǎn)化規(guī)律的一種系統(tǒng)分析技術(shù)，它先對不確定系統(tǒng)中2個有關(guān)聯(lián)的集合A和B構(gòu)造集對（如物質(zhì)與能源、信息與智能等）H （ A, B ），用μA～B表示其聯(lián)系度。

式中：n為集合A和B的表征特性數(shù)；s為集合A和B所共同具有的表征特性數(shù)；p為集合A和B中相對立的表征特性數(shù)；f為集合A和B既不共同具有、又不對立的表征特性數(shù)；s + f + p = n ；a、b和c為非負實數(shù)，且a、b和c需滿足歸一化條件a+b+c=1；a=s/n，為同一度，表示集對的同一程度；b=f/n，為差異度，表示集對差異的不確定程度；c=p/n，為對立度，表示集對的對立程度；i為差異不確定系數(shù)，在[-1,1]內(nèi)取值，有時i也僅起標記作用；j為對立度系數(shù)，j=-1。c與a對ABμ～聯(lián)系度的作用正好相反。

當μ在[-1,1]變化時，反映了A和B 兩個集合的同一和對立度。當聯(lián)系度μA～B=-1時，說明A和B 兩個集合完全同一，可以滿足目標要求；當聯(lián)系度μA～B=1，說明A和B 兩個集合完全對立，不能滿足目標要求。

2 三角模糊數(shù)

三角模糊數(shù)用來評價數(shù)據(jù)資料較少或具有較大模糊性的工程具有一定優(yōu)越性，不僅可以實現(xiàn)表征信息的模糊性，還可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)處理的隨機性[3-4]。集對分析方法雖然能夠表征定子線棒改造施工風險評價的確定性特征，但是在運用集對分析理論描述不確定性時存在較大的難度，這是因為對聯(lián)系數(shù)的差異度系數(shù)沒有確切的表達式，鑒于上述問題，本文提出采用三角模糊數(shù)來描述差異度系數(shù)的模糊特性，定義G為實數(shù)R（ R ∈ [ 0,1]）上的一個模糊數(shù)，定義一個隸屬函數(shù)()G xμ，若隸屬函數(shù)()G xμ可以表示為：

則稱G為三角模糊數(shù)，記為 A = ( α, β, γ)，其中α≤≤β≤≤γ。

三角模糊數(shù)的隸屬函數(shù)值域在[0,1]之間，而集對分析中差異度系數(shù)i的取值范圍為[-1,1]，為了使兩者在值域范圍上具有一致性，將三角模糊數(shù)的隸屬函數(shù)值域從[0,1]拓展到[-1,1]，這為建立基于集對分析與三角模糊數(shù)定子線棒改造施工風險評價的綜合評價模型提供了理論基礎。

3 集對分析與三角模糊數(shù)耦合的綜合評價模型

3.1 指標體系構(gòu)建

定子線棒改造技術(shù)施工安全設計因素多而復雜，建立統(tǒng)一且全面的安全評價指標體系難度較大。因此，根據(jù)相關(guān)安全生 產(chǎn)行業(yè)標準，并參照大量相關(guān)文獻[6-7]，結(jié)合專家意見以及工程實例，建立了包括作業(yè)人員、設備與材料、施工管理、技術(shù)因素、環(huán)境影響業(yè)5個一級指標以及16個二級指標的定子線棒改造施工安全風險評價指標體系[8-10]，如表1所示：

表1 定子線棒改造施工風險評價體系

本文擬對定子線棒改造施工中危險性較大的步驟，包括并頭套及接頭切割、槽楔退出、線棒拆除、鐵心清理、線棒下線、槽楔打入、線棒接頭焊接7項工作的風險程度進行評價。

3.2 指標賦權(quán)

層次分析法（AHP）法[11]為一種定性定量兼顧的分權(quán)方法，其主要步驟是先對問題進行分解，然后按支配關(guān)系將其進行分組形成層次結(jié)構(gòu)[14]，接著通過兩兩比較確定相對重要性，最后結(jié)合經(jīng)驗判斷，決定各風險因素的總排序。本文結(jié)合定子線棒施工風險定性指標較多的實際情況，對安全評價指標劃分了層次，而后選用層次分析法量化定性指標并對其進行分權(quán)。該方法可以對實際經(jīng)驗進行量化，本文決定采用9級標度，擬用方根法計算權(quán)重向量。

3.3 聯(lián)系度構(gòu)造

對于分類等級為5的實際不確定性評價問題，可用5元聯(lián)系數(shù)來反映其同、異、反系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。不同指標實測值對標準等級的“同、異、反”隸屬程度存在差異，相應的聯(lián)系度表達形式不相同[12]。現(xiàn)以越小越優(yōu)（即反向指標）來闡述對于評價標準等級Ⅰ（k=1）相應的聯(lián)系數(shù)表達式構(gòu)建原理。設評價原理n（n=1,2，…，N）等級 k（k=1,2，…，5）的上界限分別為snk，當評價樣本指標值小于Ⅰ級標準界限值sn1則定義為同一性，相應的同一度數(shù)系數(shù)取1；大于Ⅴ級標準界限值sn5則定義為對立性，對立度系數(shù)j取-1；而將落入Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級標準界限范圍內(nèi)的定義為差異性，此不確定性需進一步細化。若定義符合Ⅱ級標準定義為偏同差異性，符合Ⅲ級標準定義為中差異性，符合Ⅳ級標準定義為偏反差異度系數(shù)，則相應的聯(lián)系數(shù)表達式可構(gòu)建為：

式中，μpn表示待評樣本p的第n個評價指標實測值對評價等級標準I的聯(lián)系數(shù)；spn為樣本p評價指標n的實測值。同理可推得效益型指標的表達式為：

由式（1）和式（2）可知，多元聯(lián)系數(shù)能描述實際問題評價過程中的確定性和不確定性特征,并通過差異度系數(shù)實現(xiàn)表示相鄰標準等級之間的模糊性,但差異度系數(shù)求解一直是集對分析的一個難題,且以往集對分析很少考慮差異度系數(shù)取值的模糊性。在此引入分段三角模糊數(shù)來分析差異度系數(shù)。

若將等級界限值sn2、sn3、和sn4處的差異度系數(shù)分別取作i1=0.5、i2=0和i3=-0.5。則其他指標值對應的差異度可按三角模糊數(shù)求得:

將式（3）～（5）代入式（1）或（2）。可得聯(lián)系數(shù)

式中符號含義同前說明。

3.4 綜合聯(lián)系度計算與評級

首先根據(jù)式（6）計算待評樣本p的第n個指標對等級標準的聯(lián)系數(shù)μpn，再結(jié)合指標向量ωn計算相應的綜合聯(lián)系數(shù)μp，以評定等級，相應的計算模型為

對于等級為5類的綜合評價的數(shù)學模型為

式中，mp為待評樣本的綜合聯(lián)系數(shù)的評價等級。

4 實例分析

本文以近尾洲水電站3號機組定子線棒改造項目為例，簡述集對分析與三角模糊數(shù)耦合風險評價法對定子線棒改造施工風險進行分析與評價的過程，得出評價等級并與實際情況相比較。

4.1 工程資料

近尾洲電廠安裝有3臺由奧地利制造的燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，單機容量為21.06 MW。由于電腐蝕的侵害，近尾洲水電站于2017年對3號機組進行定子線棒改造施工，3號機組定子基本參數(shù)見表2。

表2 定子基本參數(shù)

4.2 模型應用

定子線棒改造施工風險體系的各層指標分別注重于設備安全、危險程度以及措施對風險的影響程度，所以很多指標只能用定性的方法，如安全性、危險性，好與壞來衡量；因此，本文通過參考他人研究成果并結(jié)合多名技術(shù)骨干的意見，對風險等級按照風險很低、風險較低、風險一般、風險較高、風險很高進行5級分類，如表3所示。并通過專家打分法對定子線棒改造施工風險指標中的各項二級指標進行了評分，結(jié)合層次分析法得各指標權(quán)重如表4所示。

表4所得分數(shù)為根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)所得平均值，每項指標的具體權(quán)重皆為利用層次分析法計算結(jié)果。接著根據(jù)二級指標具體評分以及指標權(quán)重求得一級指標評分，如表5所示。

表3

表4

表5

4.3 聯(lián)系數(shù)計算

首先將n個評價指標額樣本值組成評價指標集An和第n個評價指標的評價標準集Bn，構(gòu)成集對H=（An，Bn）。由式（1）～ 式（2）計算得各評價指標樣本值的分級聯(lián)系度計算式，以線棒拆除為例，相應表達見表6。

表6

根據(jù)表6計算式，分別對并頭套及接頭切割、槽楔退出、線棒拆除、鐵心清理、線棒下線、槽楔打入、線棒接頭焊接進行聯(lián)系度計算，具體過程與前面類似。然后根據(jù)式（3）～ 式（5）推論出的式（6），可求得基于三角模糊數(shù)的聯(lián)系數(shù)如表7。

4.4 綜合聯(lián)系度計算與評級

根據(jù)式（7）和式（8）并結(jié)合求得的權(quán)重向量ωn得μp和綜合聯(lián)系度如表8。

表7

表8

由表7可見，線棒拆除、鐵心清理、線棒接頭焊接評價等級為3級 （安全性一般），并頭套及接頭切割、槽楔退出、線棒下線、槽楔打入為2級（較安全），7個步驟的評價結(jié)果都為一般及以上，因此表明該項目總體安全性較好，不易出現(xiàn)重大事故。在實際情況中，線棒拆除時易對設備及材料產(chǎn)生損害，波及范圍廣，損害程度大；鐵心清理時因為作業(yè)面直接接觸鐵心及內(nèi)槽，在清理過程中容易對鐵心造成損傷，且清理過程工作量大，工作是否順利直接影響總工期是否延誤；在線棒接頭焊接時，由于焊接作業(yè)需要專業(yè)人員從事，焊接過程要求一定的精細程度，且焊接工作會產(chǎn)生毒煙并屬于動火作業(yè)，又受工作場地限制易發(fā)生火災、工作人員中毒等事故。由此可見，以上3個工作在施工時需要被重點關(guān)注，而本文的評級也將此3個工作評級為3級（安全性一般），可見評價結(jié)果與實際情況相符。

5結(jié)論

本文先使用集對分析法描述其確定與不確定性，再利用三角模糊數(shù)充分體現(xiàn)了差異度系數(shù)存在的模糊性和不確定性，然后建立了基于集對分析與三角模糊數(shù)耦合模型的定子線棒改造施工風險評價模型。實例應用結(jié)果表明，該模型評價思路清晰、運算簡便、評價結(jié)果精準；同時，該模型將模糊數(shù)學知識和集對分析方法有機結(jié)合，為集對分析對不確定性的描述提供了一種有效的手段，不僅拓展了模糊數(shù)學的應用范圍，豐富了集對分析方法，也為定子線棒改造施工風險提供了一種新的評價方法。

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