基于災度等級評定的變電站巡視檢查技術研究

呂鈞章，冶金順，馬明娟，冶金祥，馬明瑞

(1. 中國電建集團青海省電力設計院有限公司，青海 西寧 810008；2. 國家電網青海省海北供電公司，青海 海北州 812200；3. 南京師范大學南瑞電氣與自動化工程學院，江蘇 南京 210046)

0 引言

變電站是電力系統的中樞轉換關鍵環節，主要對電壓和電流進行有效地分配和交換[1-2]。受限于各類指標因素的紛繁蕪雜性，變電站巡視檢查評定技術呈現多因素綜合交互影響的特征，其運行的穩定性與供電的連續性至關重要。因此，必須定期、定點、定量地開展變電站巡視檢查，以確保變電站的安全運行。

按照相關行業規范標準和相關安全生產法律規定，加強巡視檢查是確保變電站安全運行最基本的規范性條款，是運行維護現代化管理的重要工作內容。

綜合多因素指標的災度等級評定，就其本質而言屬于模糊定量化識別的范疇[3]。近年來，文獻[4-5]表明綜合多指標影響程度的“最大隸屬度”方法，解決多因素指標評定過程的絕對性、片面性，確保評定結果的客觀、公正性；文獻[6-7]研究表明變電站運行狀態評定是一個多屬性決策問題，應用“災度等級”對變電站診斷數據進行信息融合，來明確變電站安全運行的等級；文獻[8]分析的災度評估模型來判斷災度等級，并運用模糊邏輯較好地處理了變壓器故障評估的準確性、相對性。本文采用多因素綜合評估方法，通過構建變電站巡視檢查的災度等級隸屬度函數，實現變電站巡視檢查的模糊評估和定量化度量，有效解決了變電站正常巡視、全面巡視、特殊巡視檢查的安全性狀準確評估的困難，確保變電站正常安全運行。

1 變電站巡視檢查的“災度等級評定”模型

國內袁藝等學者[9-10]通過災度等級進行模糊處理，提出了適用于各種自然災害等級評估的多因素模糊評估法，有效地辨識災前預評估、災中應急評估、災后綜合評估的災害損失絕對量，有效地辨識病害的安全狀況，在實際工程得到廣泛的應用。

電力設備安全運行是電網安全穩定運行的基礎，尤其變電站作為電力系統的關鍵樞紐設備，其健康水平和運行狀況直接關系到整個電網系統運行的安全與穩定。本文以變電站的變壓器、互感器、開關設備、防雷設備以及環境因素等單一因素作為變電站巡視檢查災度評估的主要指標因素。應用“災度等級評定”模型，對變電站巡視檢查的相關數據進行定性、定量的分析，實現快速有效的災度評估。

1.1 災度評定模型

基于災度等級評定的變電站巡視檢查模型，是多因素指標綜合影響的工程進行總的安全等級評定。一般應用最大隸屬度原則確定所屬工程災度等級，工程中按多種因素綜合性狀評定，其災度評定模型技術路線如圖1 所示。

圖1 災度等級評定模型技術路線圖

基于災度等級評定的模糊綜合評判表達式，如式(1)所示。采用式(1)確定災度等級評定，這種模型算法既考慮了指標因素對變電站運行狀態的影響, 又保留了單一因素的全部信息，較符合實際工程安全巡視檢查的情況。

式中：bj為災度等級評定的最大隸屬度評估值；B為災度等級模糊評判矩陣；W為評價因素權向量矩陣，需根據專家打分相對重要性賦予相應的權重；R為由災度隸屬函數所確定的災度評定矩陣。

1.2 災度等級評定算法

1)構建因素集

選定的狀態參量作為評判因素，建立變電站運行狀態因素分析圖如圖2 所示，變電站目標層，可劃分為五個評判層項目，即UX= (UX1,UX2,UX3,UX4,UX5) 。

圖2 變電站運行評定因素指標

2)建立評語集

依據GB 1094.1-85《國家標準電力變壓器》、國家電網技術標準《110(66) kV ～500 kV 電流互感器技術標準》、GB 7251.12-2013《國家標準低壓成套開關設備和控制設備：第2 部分》和《防雷接地規范標準》，并結合文獻綜述與專家評定工程現狀確定變電站巡視的災度等級劃分。基于指標因素對變電站的影響程度，劃分為“良好”“一般” “較重”“嚴重”4 種等級，即評語集為V= ｛v1,v2,v3,v4｝。基于災度等級評定的目的在于綜合多因素指標的基礎上，從評語集中得到最佳的答案。

3)建立災度評定矩陣

本文對于變電站通過第i個因素指標ui對變電站進行等級評定，按評語集中vi的隸屬度為rij(j=1, 2, 3, 4)，建立隸屬度集RX=｛ri1,ri2,ri3,ri4｝，則所有的指標因素構建成為災度隸屬度評定矩陣。

對變電站的因素指標u，按隸屬集構建，其災度評定矩陣如式(2)所示。

4)指標權重的確定

本文確定因素指標的權重，采用層次分析法( analytic hierarchy process，AHP)，需要進行專家咨詢，將多因素指標的冗余復雜劃分為有關聯的權重賦值。把多因素、多指標的權重賦值兩兩比較，形成一種主、客觀評價優勢互補的權重計算方法。各因素指標賦值，具備真實可信、實用的特點。

通常專家咨詢需要5 ～10 位，本次邀請5 位專家按層次分析法的要求給出指標間兩兩比較的相對重要性，其指標因素的判斷標度如表1 所示。

表1 指標因素判斷標度及其含義

依據層次分析法確定變電站安全巡視檢查災度評定權重，計算權重過程如下：

對“目標層UX”的判斷矩陣A進行歸一化處理，經過AHP 法的運算，得到災度等級評定指標因素的權重分配，如表2 所示。

表2 指標因素權重的分配表

經過AHF 法運算，經過歸一化處理得到A'。

1.3 指標因素隸屬度的確定

變電站安全等級評價指標因素的隸屬度是模糊數學最基本也是最重要的基礎性概念，其模糊綜合評價主要采用隸屬度對事物進行評價計算。對于一個確定的模糊集來說，隸屬度主要體現了評價事物的模糊性與不確定性。隸屬度確定的過程，本質而言屬于客觀性與主觀性的綜合描述。

1.3.1 專家評定依據

變電站安全評定巡視中，專家對變電站巡視檢查內容評定依據如表3 所示。

表3 變電站巡視檢查評定內容

1.3.2 指標隸屬度的確定

變電站安全評定巡視中，指標因素變壓器、互感器、開關設備、防雷設備以及環境因素等評定變電站安全等級的數據本文采用德菲爾法(專家打分法)。通過專家調查、檢測以及巡視的形式，給出變電站各指標因素的安全評定等級，制作變電站評定等級表，分發給專家，以此確定各因素指標的隸屬度，從而構建隸屬度評估矩陣。其隸屬度表達式，見式(3)所示[11]。

主要依據專家問卷調查的形式，給出指標因素安全等級評價的依據，分發給5 個專家，根據專家的調查卷評判來確定指標因素的隸屬度。

2 工程應用

2.1 工程簡介

電力管理部門結合日常管理工作，對青海某變電站進行巡視檢查，其變電站巡視檢查的相關資料，如表4 所示。

表4 青海某變電站巡視檢查資料

2.2 工程指標隸屬度的確定

對于變電站災度等級隸屬度的確定采用德菲爾法，其中專家評定的標準主要依據表3 變電站巡視檢查評定內容，作出對該變電站隸屬度的確定，如表5 所示。

表5 指標因素隸屬度的確定

2.3 基于災度等級評定的變電站巡視檢查評估

通過對青海某變電站的安全巡視檢查，并按單一評價因素標準開展安全等級評價研究，獲得災度等級評價結果如表6 所示：

表6 變電站災度等級評價

由表6 所示評估結果，可以知道該變電站的綜合多因素最大隸屬度指數為0.9126，根據最大隸屬度原則可以確定，其巡視檢查評估呈現Ⅰ級災度特征。

3 結語

本文引入了災度評估技術滿足變電站正常巡視、全面巡視、特殊巡視檢查的安全性狀準確評估需要。通過災度等級評價模型，對變電站進行定量、定性評估，較好地解決了多指標綜合影響安全運行評估過程的模糊性和不確定問題。

根據最大隸屬度原則可以明確工程災度指數為0.912 6 的Ⅰ級災度特征，說明該變電站的運行良好，只要在日常巡視檢查過程中對局部輕微的損傷進行修復，可以確保變電站的安全可靠運行。

基于災度等級評定的變電站巡視檢查技術研究，綜合變電站巡視檢查的各因素指標信息，明確變電站的安全運行狀況，實現對變電站多相信息的綜合評估與度量，為變電站安全可靠運行提供的重要支撐技術方法。