配電網故障搶修質量與效率評價體系研究

施萱軒， 孟 軍， 梁 浩， 秦韶楊

(1. 國網南京供電公司，江蘇 南京 210019；2. 東南大學電氣工程學院，江蘇 南京 210096)

0 引言

配電網與用戶直接相連，是構成整個電力網絡的重要環節，連接的設備眾多，網絡拓撲結構復雜，容易造成用戶停電事故的發生[1-2]。高效的配電網故障搶修是電力企業安全生產的重要保證。隨著經濟社會的發展，用戶對供電質量的要求也越來越高，快速高效地完成故障搶修工作至關重要。

目前，國內外對于配電網故障的研究主要集中在故障選線與分析[3-4]、故障診斷與定位[5-8]、故障快速恢復[9-13]、搶修流程與路徑優化[14-15]和搶修資源的合理分配[16-19]等方面。供電公司對于故障搶修工作質量與效率的評價措施較為簡單，缺乏確定的評價體系，不利于發現故障搶修工作的薄弱點。本文基于95598故障報修工單信息，提煉并確定了準確反映配網故障搶修質量與效率的評價指標，建立了配電網故障搶修質量與效率評價體系。為了直觀比較搶修工作的質量與效率，采用專家知識優化決策算法對各指標打分并考慮相關因素進行適當修正；采用層次分析法和熵權法確定各指標的權重，加權求和得到綜合得分，根據綜合得分對各責任單位配電網故障搶修工作的質量與效率進行評價，從而挖掘搶修工作的薄弱點，為實現配網精益化管理和優質服務打好基礎。

1 配電網故障搶修質量與效率評價體系

本文以南京市為例，從時間、空間和故障類型3個維度對配電網故障搶修工作進行統計與分析。將故障搶修區域劃分為江寧、浦口、六合、高淳、溧水和市區6個部分，統計2017年7月南京市95598故障報修工單信息。根據統計情況，將工單類型分為計量設備故障、低壓設備故障、客戶內部故障、低壓電纜線路故障、低壓架空線路故障、架空線路故障、電纜線路故障、變壓器故障、客戶誤報9類。

1.1 評價指標

評價指標須要準確反映配電網故障搶修質量和效率，且數據容易獲得。本文選取客戶滿意度、到達現場時長、處理時長、故障下降率、超長時長工單比例和重復報修工單比例作為評價指標，分別用x1，x2，x3，x4，x5和x6表示，其中用戶滿意度、到達現場時長和處理時長為客觀評價指標，故障下降率、超長時長工單比例和重復報修工單比例為主觀評價指標。

1.1.1 客觀評價指標

(1) 客戶滿意度：95598故障報修工單將客戶滿意度評價分為非常滿意、滿意、一般滿意、不評價和不滿意5個等級。

(2) 到達現場時長：從接到故障派單至到達故障現場的車程時間。

(3) 處理時長：從到達故障現場至故障處理完成所用的時間。

1.1.2 主觀價指標

(1) 故障下降率：同一搶修區域當月的故障數量與往年同期相比的下降比例。

(2) 超長時間工單比例：將處理時長超過該類型故障平均處理時長2倍的工單定義為超長時長工單，除以該類型故障總工單數量得到超長時長工單比例，按故障類型打分并取平均值得到該指標的每月得分。

(3) 重復報修工單比例：將一個月內同一地點同一故障報修超過2次的工單定義為重復報修工單，除以總的工單數量得到重復報修工單比例。

在確定評價指標之后，可以構建配電網故障搶修質量與效率評價體系，體系框圖如圖1所示。

圖1 配電網故障搶修質量與效率評價體系Fig.1 The quality and efficiency evaluation system of distribution network fault repair

1.2 評價指標打分方法

為了直觀比較搶修工作質量與效率，本文對每個評價指標進行賦分(滿分為10分)。根據實際情況和專家經驗，將各評價指標分為5個等級，從高到低得分分別為10分、9分、8分、7分和6分。對于客觀評價指標，每個故障工單都有1個得分，取平均值之后得到每個月的指標得分；另外，由于不同故障類型的處理時長不同，因此處理時長和超長時間工單比例指標需要分故障類型打分再取平均值。

2 評價指標權重的確定

得到各單項指標的得分之后，需要確定各指標的權重，加權求和即得到配電網故障搶修質量與效率評價綜合得分。本文的權重分為主觀權重和客觀權重，分別對應主觀評價指標和客觀評價指標。

2.1 主觀權重的確定

本文的主觀權重采用層次分析法(analytic hierarchy process，AHP)獲得。AHP是將評價相關的元素分解成目標、準則等層次，并以此為基礎，進行定性和定量分析評估[20]。層次分析法步驟如下：

(1) 構造判斷比較矩陣。設評價指標集為{U1,U2,…,Un}，采用1—9標度法對各個狀態量指標重要程度進行相互比較，如表1所示。

表1 判斷矩陣標度及其含義Tab.1 Judgment matrix scale and its meaning

比較各指標因素的重要性，建立判斷比較矩陣：

(1)

(2) 計算狀態量指標重要程度排序。記判斷比較矩陣的最大特征值為λmax，求出λmax對應的特征向量，歸一化后得到主觀權重向量α。

(3) 一致性檢驗。為避免該權重計算方法中主觀性帶來的片面，還要對結果進行一致性檢驗：

CR=CI/RI

(2)

(3)

式中：CR為判斷比較矩陣的隨機一致性比率；CI為一般一致性指標；RI為隨機平均一致性指標，取值如表2所示。

表2 平均隨機一致性指標Tab.2 Average random consistency index

2.2 客觀權重的確定

本文的客觀權重采用熵值熵權法計算得到。熵值法根據各狀態量指標信息量的大小來確定指標權重，某狀態量指標歷史數據的差異越大，所包含的信息量就越大，熵值就越小，對應的權重就越大[21]。

采用熵值法計算權重的一般步驟如下：

(1) 構建樣本矩陣。假定指標數據矩陣為Xmn，m為待評組數，n為評估指標數量：

(4)

(2) 計算指標值xij在指標j下的比值p(xij)：

(5)

(3) 計算指標j的熵值ej：

(6)

式中：k=1/ln(m)，其中k>1,0≤ej≤1。

(4) 計算指標j的差異性系數gj：

gj=1-ej(0≤ej≤1)

(7)

(5) 歸一化后得到權重βj：

(8)

3 配電網故障搶修質量與效率綜合得分計算

設客戶滿意度、到達現場時長、處理時長、故障下降率、超長時長工單比例和重復報修工單比例得分分別為x1，x2，x3，x4，x5和x6，在得到各單項指標的得分之后須根據配電網實際情況進行適當修正，使其更加合理。修正規則如下：

(1) 客戶滿意度。考慮到供電公司對服務質量的重視和不滿意工單數量極少的情況，出現一個不滿意評價工單，該指標得分減去0.5。

(9)

式中：l為不滿意工單數量。

(2) 處理時長。評價區域內負載率越大、設備投運年限越長，設備使用頻次和老化越快，搶修過程就越復雜，處理時長就越長。在對故障處理時長進行打分時需要考慮相關設備的投運年限和負載率的影響(本文以變壓器作為主要考慮對象)，進行適當正向修正，以準確反映搶修難度,則該項指標的最終得分為：

(10)

式中：ρ和γ分別為變壓器的投運年限和負載率的修正系數，其值由專家憑經驗確定。

(3) 到達現場時長。到達現場時長主要受到搶修區域面積和交通狀況的影響。評價區域面積越大、交通狀況越擁堵，到達故障現場時間一般就會越長，須進行適當修正。該項指標的最終得分為：

(11)

式中：μ和φ分別為搶修區域面積和交通擁堵延時指數的修正系數，其值分別由專家經驗和“高德地圖”發布的《中國主要城市交通分析報告》確定。

(4) 超長時長工單比例。在對超長時長工單比例進行打分時須考慮相關設備的投運年限和負載率的影響(本文以變壓器作為主要考慮對象)，類似于“處理時長”指標進行修正，該項指標的最終得分為：

(12)

綜上，配電網故障搶修質量與效率綜合得分S的計算公式為：

(13)

式中：δ為主觀權重偏好系數，其取值區間為(0,1)；α1,α2，α3為層次分析法求得的主觀權重，β1,β2，β3為熵權法求得的客觀權重。

在得到綜合得分之后，須考慮各搶修區域的配網自動化率和配電網供電區域等級進行修正，修正后的綜合得分為：

S′=ετS

(14)

式中：ε和τ分別為配網自動化率和配電網供電區域等級的修正系數，其值由專家憑經驗確定。

4 算例分析

4.1 各評價指標得分計算

本文以南京市2017年7月份95598故障報修工單為例進行配電網故障搶修質量與效率評價。結合專家經驗，各指標的修正系數取值如表3所示。

表3 各指標的修正系數值Tab.3 Correction coefficient of each index

根據本文提出的打分方法和修正系數得到各搶修區域配電網故障搶修質量與效率評價指標得分如表4所示。

表4 故障搶修質量與效率各評價指標得分Tab.4 Scores of evaluation indexes of the quality and efficiency of fault repair

4.2 各評價指標權重計算

4.2.1 主觀權重

結合專家經驗，構建判斷比較矩陣如下：

(15)

根據判斷比較矩陣計算得到主觀權重向量α為[0.296 9，0.539 6，0.163 5]。

經檢驗，一般一致性指標CI=0.004 6，隨機一致性比率CR=0.008 8<0.1，滿足一致性要求。因此，結果通過一致性檢驗。

4.2.2 客觀權重

根據2017年7月份南京市95598故障報修工單信息構建樣本矩陣，經計算得到客觀權重向量β為[0.401 0，0.311 9，0.287 1]。

4.3 評價指標綜合得分計算

得到主觀權重和客觀權重之后，根據表4各評價指標的得分，利用公式(13)計算得到配電網故障搶修質量與效率綜合得分(主觀權重偏好系數δ取值為0.4)。在此基礎上，考慮各搶修區域的配網自動化率和配電網供電區域等級對綜合得分進行修正，最終結果如表5所示。

表5 各區域故障搶修質量與效率綜合得分Tab.5 Comprehensive score of quality and efficiency of fault repair in each area

由表5可知，配電網故障搶修質量與效率綜合得分從高到底的區域分別為高淳、溧水、市區、浦口、江寧和六合。由于高淳和溧水的負荷較低,電網故障數量遠小于市區，故障搶修質量與效率評價得分較高；市區的故障數量雖多，但由于其負荷等級高，是故障搶修工作的重點區域，受供電公司高度重視，因此其故障搶修質量與效率評價得分也較高。

5 結語

本文綜合考慮主、客觀兩方面建立了配電網故障搶修質量與效率的評價體系。選定客戶滿意度、到達現場時長、處理時長、故障下降率、超長時長工單比例和重復報修工單比例作為故障搶修質量與效率的評價指標；采用專家知識優化決策算法對各指標打分并考慮相關因素進行適當修正；采用層次分析法和熵權法確定各指標的權重，加權求和得到各搶修區域的故障搶修質量與效率的綜合得分。通過配電網故障搶修質量與效率的評價體系可以直觀比較并評價各責任單位故障搶修工作的質量與效率，從而挖掘搶修工作的薄弱點，提高故障搶修效率，縮短故障處理時間，提升配電網運行管理水平。

本文雖然建立了配電網故障搶修質量與效率評價體系，但在評價指標的選取上還有待于改進，需要進一步挖掘更多能準確反映搶修質量與效率的評價指標，進一步完善搶修質量與效率評價體系。