基于加權評分法的架空輸電線路狀態(tài)評估方法

顧建新

（國網湖北省電力有限公司直流運檢公司，湖北 宜昌 443000）

0 引 言

隨著時間的累積以及各種因素，如設計陳舊、環(huán)境惡劣以及人類活動等，架空輸電線路（Overhead Transmission Lines，OTL）的老化和劣化問題日漸凸顯，包括腐蝕的絕緣子插腳、損壞或腐蝕的導線、腐蝕的鋼結構和混凝土基礎中的裂縫等。由于輸電線路是電力傳輸網絡的重要組成部分，其部件老化導致的故障可能會產生極為嚴重后果，如供電中斷、區(qū)域停電以及降低系統(tǒng)運行性能和可靠性。因此，有效評估以及維護架空輸電線路對于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與發(fā)展具有重要意義。加權評分法（Weighted Scoring Method，WSM）是一種基于用戶經驗和制造商建議的經驗方法，不使用復雜的數學模型。由于歷史數據的分散、龐大，且難以獲取，因此，本研究采用WSM進行狀態(tài)評估，確定了測試和檢查方法及其評估標準之后，應用WSM計算輸電線路的修復指數和整個輸電線路的修復指數。在評估過程中，為了提高計算出的修復指數的敏感性，對每條線路跨度中的各個組件應用了最差評分選擇技術。最后，采用層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）征求專家的意見，以便就所有標準的權重達成共識[1-6]。

1 架空輸電線路組件分類

本文將輸電線路分為8個組件，即導體、導體附件、懸掛絕緣體、鋼結構、混凝土基礎、照明保護系統(tǒng)、塔架附件和優(yōu)先權。第一組導體具有載流功能。第二組導線附件包括接頭、壓縮終端、阻尼器、墊片和PG夾，因為它們連接在導線上并位于導線旁邊。第三組懸式絕緣子位于塔頂，在檢查第一組和第二組絕緣子后，維護人員可在塔頂進行目視檢查。第四組鋼結構包括鋼塔、錨和蓋子。第五組為混凝土基礎。第四組和第五組可以在爬下后在地面上進行檢查。第六組，防雷系統(tǒng)，包括一根光纖地線、一個標記球和一個接地系統(tǒng)。第七組，塔架附件，包括危險標志牌、相位識別牌和塔架號碼牌，并具有其他功能。第八組是優(yōu)先權，因為不同類型的問題和解決問題所需的不同行動。

此外，還為每個組件添加了多個測試，提高了狀態(tài)評估的準確性，確保了結果的可靠性。對于數據收集實施，在輸電塔的每個跨度中，根據新開發(fā)的測試表格和將檢查和測試結果轉換為后續(xù)狀態(tài)評估分數的推薦指南，對這8個部件的狀態(tài)進行評估。在獲得每個塔架跨度所需的檢查和測試數據后，計算每個塔架跨度中OTL組件的狀況，完成所選OTL中每個塔中所有主要部件的狀態(tài)評估后，計算OTL的整體翻新指數。應用WSM確定了老化OTL狀態(tài)分類和修復任務規(guī)劃的8個主要組件的條件指數。為了獲得條件評估中每個標準的可接受權重，通過AHP方法，專家們在OTL系統(tǒng)的工程、施工和維護部門具有豐富經驗。每個子部件的安裝和所有維護人員都接受了同等的培訓，作為對公用設施進行目視檢查的指南。評分范圍如下：0（非常好）、1（良好）、2（滿意）、3（中等）、4（惡化）和5（達到壽命終點）。

2 基于加權評分法的OTL狀態(tài)評估

加權評分法用于確定作為所有標準百分比的權重，以及用于狀態(tài)評估的子組件和主要組件的權重。隨后，執(zhí)行條件評估以計算每個OTL路線的百分比條件指數（CI）和百分比修復指數（RI）。從AHP中獲得的權重百分比不僅分配給每個測試和檢查方法，還分配給OTL系統(tǒng)主要組件的重要性。由于AHP基于對單個標準的成對比較，每個標準必須首先與層次結構中的其他標準配對。評估計算分為以下4個步驟。

步驟1：計算每個標準的加權系數，如表1所示，作為第一位專家給出的所有8個標準的示例。在矩陣中，配對值等于1表示在比較分量時具有同等重要性，配對值大于1表示重要性略高，配對值小于1表示重要性略低于其他分量。每個標準的總和顯示在判斷矩陣的底行。

表1 加權系數矩陣

步驟2：使用矩陣中每列的總和除以其列中的值，生成歸一化判斷矩陣。表2最后一列列出了以百分比表示的加權結果。

表2 權重判斷矩陣

步驟3：通過計算公式（1）中的最大特征向量λmax來檢查判斷矩陣的一致性。

步驟4：通過公式（2）中的一致性指數CI和表3中的隨機指數RI來計算公式（3）中的一致性比CR。

表3 隨機指數

對于大于5×5的判斷矩陣，可接受的CR須小于0.1。由于從表2中的判斷矩陣中獲得的CR為0.09，因此可以接受。表4所示為7位專家的AHP成對比較矩陣，作為OTL狀態(tài)評估的組件權重平均百分比。為了從專家處獲得每個標準的平均權重，采用等式（4）中的幾何平均值。

表4 架空輸電線路8個組件的最終權重（單位：（%））

式中，n為專家的數量。

表4給出了根據幾何平均值表示總體狀況評估中8個主要組件重要性的最終權重。由于7位專家的幾何平均值之和為88.68%，因此最終標準化為100%，如表5所示。

表5 標準化權重（單位：（%））

在對OTL的8個主要部件和子部件進行分類后，通過WSM進行的狀況評估。每個主要成分的百分比計算如下：

式中，Si為分數；Smax為每個子組件的最大分數；Wi為第i個子組件的權重；M為每個主要組件的子組件數。

根據式（5），進一步使用每個主要成分的權重來計算輸電桿塔組件權重：

式中，CIj,max為8個主要部件的最大百分比狀態(tài)指數；W為第j個組件的權重；N為部件總數。

根據式（5），進一步使用OTL路線上每個塔的8個主要組件中最差的狀態(tài)指數來計算該OTL路線的翻新指數RI：

將獲得的百分比翻新指數RI分為3個區(qū)域：正常情況下為綠色，需要常規(guī)預防性維護；黃色表示中等條件，需要后續(xù)檢查和增加定期維護任務的頻率以及翻新或更換OTL的中期規(guī)劃；紅色表示條件差，需要緊急更換有缺陷的部件，或短期計劃翻新或更換OTL。

3 結 論

本文全面介紹了架空輸電線路組件的狀態(tài)評估標準，將WSM用于確定作為所有標準百分比的權重，以及用于狀態(tài)評估的子組件和主要組件的權重，并采用WSM，結合最差評分選擇技術，計算了架空輸電線路組件的狀態(tài)指標及其整體更新指標，提出一種基于WSM的架空輸電線路狀態(tài)評估和維護管理方法。通過評估結果將架空輸電線路分為正常、中等和不良狀態(tài)，從而有效地管理輸電線路的維護任務。