架空輸電線路運行狀態(tài)綜合評價研究

陳龍慶，周琛琛，梁華貴，許 義，周章斌

(國網(wǎng)安徽省電力公司合肥供電公司,合肥 230022)

架空輸電線路的安全運行狀態(tài)對整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定具有關(guān)鍵影響。目前，電網(wǎng)檢修工作由定期檢修轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)檢修，架空輸電線路的狀態(tài)評價就是線路狀態(tài)檢修機制的基礎(chǔ)與核心，指導(dǎo)對線路做出持續(xù)運行、注意監(jiān)控或者實施檢修等決策。本文結(jié)合輸電線路的各項規(guī)程，建立架空輸電線路運行狀態(tài)評估體系，并使用層次分析法確立指標(biāo)權(quán)重，應(yīng)用模糊綜合評價方法建立綜合評價模型，對架空輸電線路進行綜合評價。

1 架空輸電線路運行狀態(tài)評估體系

1.1 評估體系的建立

依據(jù)DL/T 1249—2013《架空輸電線路運行狀態(tài)評估技術(shù)導(dǎo)則》及Q/GDW 173—2014《架空輸電線路狀態(tài)評價導(dǎo)則》架空輸電線路及設(shè)備的特點和功能，選取8個線路單元作為線路評估的一級指標(biāo)，分別為基礎(chǔ)、桿塔、導(dǎo)地線、絕緣子、金具、接地裝置、附屬設(shè)施和通道環(huán)境。根據(jù)架空輸電線路運行過程中的常見故障情況，對每個單元選取二級評價指標(biāo)，共選取32個評價指標(biāo)。根據(jù)層次分析法，得到架空輸電線路運行狀態(tài)的指標(biāo)體系見表1。

1.2 評價指標(biāo)的評分標(biāo)準(zhǔn)

對評價指標(biāo)進行科學(xué)評價的基礎(chǔ)是制定合理的評分標(biāo)準(zhǔn)。評分標(biāo)準(zhǔn)是評估人員對設(shè)備客觀運行狀態(tài)的主觀反映。通常，把架空輸電線路的運行狀態(tài)

表1 架空輸電線路運行狀態(tài)評估體系

分為正常狀態(tài)、注意狀態(tài)、異常狀態(tài)以及嚴(yán)重狀態(tài)。

正常狀態(tài)指的是線路單元各狀態(tài)量的值保持穩(wěn)定且在規(guī)程DL/T 1249—2013規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)限值范圍以內(nèi)，設(shè)備可以正常運行；注意狀態(tài)指的是線路單元的某些狀態(tài)量的值出現(xiàn)變化，該值具有接近標(biāo)準(zhǔn)限值的趨勢，但尚在標(biāo)準(zhǔn)限值范圍以內(nèi)，設(shè)備仍可以繼續(xù)運行，但管理人員應(yīng)加強對其監(jiān)視或視情況安排檢修；異常狀態(tài)指的是線路單元的某些狀態(tài)量的值已略微超過標(biāo)準(zhǔn)限值，但短時間內(nèi)不會對設(shè)備運行造成很大影響，應(yīng)監(jiān)視其運行情況，并及時檢修；嚴(yán)重狀態(tài)指的是部分狀態(tài)量的值已嚴(yán)重超過標(biāo)準(zhǔn)限值，設(shè)備運行存在很大隱患，應(yīng)盡快安排檢修或停止設(shè)備運行。

本文所選取的評價指標(biāo)既有定量指標(biāo)，可以通過設(shè)備測量、儀器檢測等方式確定，如拉線棒彎曲、桿塔傾斜等指標(biāo)，又有定性指標(biāo)，無法進行定量描述，如基礎(chǔ)沉降、桿塔構(gòu)件銹蝕等指標(biāo)。本文依據(jù)國家電網(wǎng)公司以及電力行業(yè)頒布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1249—2013 和Q/GDW 173—2014，參考文獻[1-2]，使用四級評價模型確定了評價指標(biāo)的評分依據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)及桿塔單元的指標(biāo)評分依據(jù)見表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)及桿塔單元的指標(biāo)評分依據(jù)

2 評價指標(biāo)權(quán)重的確定

對于本文中的一級指標(biāo)，由于電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1249—2013對其權(quán)重值進行了規(guī)定，因此直接采用標(biāo)準(zhǔn)的推薦值；對于二級指標(biāo)，邀請運行、維護、檢修經(jīng)驗豐富的輸電線路專家按照指標(biāo)重要性進行排序，基于層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重。

2.1 一級指標(biāo)權(quán)重的確定

根據(jù)文獻[3-4]，各線路單元的指標(biāo)權(quán)重見表3。

表3 各線路單元的指標(biāo)權(quán)重

2.2 二級指標(biāo)相對權(quán)重的確定

使用層次分析法確定二級指標(biāo)相對權(quán)重的步驟為：對每個線路單元的二級指標(biāo)進行重要性判斷，建立判斷矩陣，判斷標(biāo)準(zhǔn)采用薩蒂1～9級重要性標(biāo)準(zhǔn)矩陣；進行判斷矩陣的一致性檢驗，由于對指標(biāo)重要性判斷過程中，可能會出現(xiàn)結(jié)果相互矛盾的情況，因此需對判斷矩陣進行一致性檢驗[5]。判斷矩陣一致性檢驗的步驟如下。

a.計算一致性指標(biāo)CI:

(1)

式中:n為判斷矩陣的階數(shù);λmax為其最大特征根。

b.查表得到平均隨機一致性指標(biāo)RI。1～10階判斷矩陣的平均隨機一致性指標(biāo)值RI見表4。計算時，需根據(jù)判斷矩陣的階數(shù)查表得到RI的值。

表4 1～10階矩陣的RI值

c.計算一致性比例CR:

(2)

對各階判斷矩陣，若一致性比例CR<0.1，可認(rèn)為矩陣的一致性符合要求。對于一階和二階矩陣來說，不需要計算CR。

d.計算指標(biāo)的相對權(quán)重。二級指標(biāo)相對于一級指標(biāo)的權(quán)重計算公式[6]：

(3)

式中：Wi為二級指標(biāo)相對于一級指標(biāo)的權(quán)重；aij為判斷矩陣的元素。

3 架空輸電線路運行狀態(tài)的綜合評價

對輸電線路的運行狀態(tài)進行綜合評價，需要先對線路單元各設(shè)備的運行情況進行評分，再根據(jù)各設(shè)備的權(quán)重，確定各線路單元的評分；再通過對一條線路所有線路單元的得分進行加權(quán)平均，得到架空輸電線路整體運行狀態(tài)的評價結(jié)果[7]。

3.1 架空輸電線路單元的評價

對架空輸電線路單元進行評價的步驟[8]如下。

a.根據(jù)設(shè)備的運行狀態(tài)，對線路單元的二級指標(biāo)狀態(tài)量的總體運行情況進行評分。

b.計算線路單元所包含的二級指標(biāo)的相對權(quán)重。

c.計算線路單元的得分情況，公式為：

Bi=Uij×Wij

(4)

式中：Uij是二級指標(biāo)Cij的得分；Wij是二級指標(biāo)Cij的相對權(quán)重；Bi是一級指標(biāo)Ci的得分。

3.2架空輸電線路整體的評價

根據(jù)線路單元的評價得分，依據(jù)公式(5)，得到整條輸電線路的整體評價：

B=Bi×Wi

(5)

式中:B是架空輸電線路整體的評價得分；Bi取值依據(jù)表3。

根據(jù)本文建立的指標(biāo)體系以及評價指標(biāo)的評分標(biāo)準(zhǔn)，基于模糊評價思想，確定輸電線路運行狀態(tài)的評價標(biāo)準(zhǔn)見表5。

表5 輸電線路運行狀態(tài)的評價標(biāo)準(zhǔn)

4 算例

對某供電公司管轄的110 kV線路A線進行運行狀態(tài)綜合評價。以線路基礎(chǔ)、線路桿塔這兩個指標(biāo)為例，線路基礎(chǔ)、桿塔運行情況以及二級指標(biāo)分別得分見表6。

使用層次分析法，分別對C11至C14、C21至C24指標(biāo)進行重要性排序，評價矩陣分別見表7、表8。

表6 線路基礎(chǔ)與桿塔運行情況及二級指標(biāo)得分

表7 基礎(chǔ)二級指標(biāo)的評價矩陣

表8 桿塔二級指標(biāo)的評價矩陣

通過歸一化處理，得到基礎(chǔ)二級指標(biāo)的權(quán)重向量為W2=[0.467 6 0.277 3 0.159 8 0.095 3]，桿塔二級指標(biāo)的權(quán)重向量為W2=[0.455 8 0.140 6 0.140 6 0.263 0]。通過公式(4)，得到基礎(chǔ)指標(biāo)的評價得分為B2=0.91，桿塔指標(biāo)的評價得分為B2=0.83。

同樣，得到8個線路單元的評價得分矩陣為[B1B2B3B4B5B6B7B8B9]=[0.90 0.83 0.76 0.80 0.92 0.86 0.78 0.72]。

最后，根據(jù)公式(5)，得到架空輸電線路整體運行狀態(tài)的綜合評價得分為0.809 5。根據(jù)表5，可知該線路的綜合評價等級為注意狀態(tài)，需通過加強巡視、實施合理的檢修計劃等措施，防止線路設(shè)備狀態(tài)的進一步劣化。其中，通道環(huán)境的評價得分最低，這是由于該線路通道內(nèi)有較多樹木，導(dǎo)致線路安全距離不滿足要求，威脅線路的安全運行。該公司需盡快采取措施，清除障礙樹木，消除威脅因素。導(dǎo)地線單元的評價得分也較低，進一步分析了解可知，部分地線出線損傷及銹蝕，可能會影響線路的安全運行，該公司應(yīng)盡快安排，對地線進行檢修及更換，保證線路的安全運行。

5 結(jié)論

本文結(jié)合輸電線路規(guī)程DL/T 1249—2013及 Q/GDW 173—2014，建立了架空輸電線路運行狀態(tài)評估指標(biāo)體系，使用層次分析法確立了指標(biāo)權(quán)重，并采用模糊評價方法對架空輸電線路運行狀態(tài)進行綜合評價。通過對某供電公司110 kV線路建模分析，發(fā)現(xiàn)該線路存在安全薄弱環(huán)節(jié)，綜合評價等級為注意狀態(tài)，向運行維護單位提出針對性檢修建議，提升檢修效率。該評價方法可較好地評估線路的運行狀態(tài)，對輸電線路的運行維護具有較好的指導(dǎo)意義。