計(jì)及數(shù)據(jù)時(shí)效性的輸電線(xiàn)路狀態(tài)綜合評(píng)估方法

葉保璇，王康堅(jiān)，余盛達(dá)，黃廷城，易婷婷

(1.海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司文昌供電局，海南 文昌 571300； 2.廣州市奔流電力科技有限公司，廣東 廣州 510670)

隨著我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)和電力市場(chǎng)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)公司和電力用戶(hù)都對(duì)電網(wǎng)的安全性和可靠性提出了更高的要求[1]。架空輸電線(xiàn)路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜、分布范圍廣，巡視和檢修難度大、成本高，發(fā)生故障會(huì)嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定[2-3]；因此，有必要對(duì)架空輸電線(xiàn)路運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在缺陷和安全隱患的環(huán)節(jié)，為輸電設(shè)備的狀態(tài)檢修提供決策依據(jù)，保障輸電網(wǎng)的安全、可靠運(yùn)行。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)針對(duì)輸電線(xiàn)路的狀態(tài)評(píng)估開(kāi)展了大量研究工作，狀態(tài)評(píng)估的數(shù)據(jù)來(lái)源可分為巡檢數(shù)據(jù)和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有的輸電設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)規(guī)范大多基于巡檢數(shù)據(jù)，將輸電線(xiàn)路劃分為基礎(chǔ)、桿塔、導(dǎo)地線(xiàn)、絕緣子、金具、接地裝置、附屬設(shè)施、通道環(huán)境8個(gè)評(píng)價(jià)單元，每個(gè)線(xiàn)路單元設(shè)置多個(gè)狀態(tài)量及其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，工作人員在巡檢過(guò)程中對(duì)各狀態(tài)量進(jìn)行評(píng)分，最后綜合計(jì)算總分值來(lái)對(duì)輸電線(xiàn)路運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)[4-5]。該評(píng)價(jià)方法實(shí)用性強(qiáng)，但存在不同規(guī)范中的指標(biāo)參量有所差異、指標(biāo)權(quán)重過(guò)于僵硬、評(píng)價(jià)結(jié)果受巡檢方式影響等問(wèn)題[6]。為解決上述問(wèn)題，當(dāng)前研究從以下2個(gè)方面著手：①簡(jiǎn)化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如文獻(xiàn)[7-8]均基于主成分分析法提取輸電線(xiàn)路狀態(tài)關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)集，在降低評(píng)價(jià)指標(biāo)體系復(fù)雜性的同時(shí)保證了狀態(tài)評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性；②重構(gòu)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，如文獻(xiàn)[9]構(gòu)建了輸電線(xiàn)路的模糊綜合評(píng)價(jià)模型，基于變權(quán)理論，引入均衡函數(shù)對(duì)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

隨著輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，微氣象、視頻圖像、覆冰、舞動(dòng)、桿塔傾斜等多種在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置被廣泛應(yīng)用，為輸電線(xiàn)路狀態(tài)評(píng)估提供了重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[10]。文獻(xiàn)[11]基于輸電線(xiàn)路全景狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù)，采用多態(tài)分層評(píng)估模型，建立輸電線(xiàn)路動(dòng)態(tài)評(píng)估模型。由于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的狀態(tài)量少、評(píng)估結(jié)果不夠全面，部分文獻(xiàn)融合巡檢和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評(píng)估：文獻(xiàn)[6]構(gòu)建了包含巡檢狀態(tài)信息、運(yùn)行參數(shù)信息、在線(xiàn)傳感信息、空間位置信息在內(nèi)的基礎(chǔ)參數(shù)體系，并采用主成分法提取輸電線(xiàn)路簡(jiǎn)約參數(shù)集作為狀態(tài)評(píng)估參量；文獻(xiàn)[12]將巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行定量化處理后與在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)融合，利用綜合賦權(quán)法進(jìn)行輸電線(xiàn)路動(dòng)態(tài)綜合評(píng)估。

然而當(dāng)前研究暫未考慮輸電線(xiàn)路巡檢數(shù)據(jù)與在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的時(shí)效性問(wèn)題。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的，能夠有效反映輸電線(xiàn)路實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和變化趨勢(shì)。而輸電線(xiàn)路巡檢數(shù)據(jù)通常數(shù)月才更新1次，即在1個(gè)巡檢周期內(nèi)巡檢狀態(tài)量是靜態(tài)的，隨著時(shí)間的推移，靜態(tài)的巡檢數(shù)據(jù)愈發(fā)不能反映輸電線(xiàn)路的真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)[13]。因此，融合巡檢數(shù)據(jù)和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的狀態(tài)綜合評(píng)估有必要考慮不同類(lèi)型數(shù)據(jù)的時(shí)效性。

鑒于此，本文首先構(gòu)建了基于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的輸電線(xiàn)路狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；然后兼顧指標(biāo)的主觀和客觀權(quán)重，提出了基于層次分析法(analytic hierarchy process，AHP)和反熵權(quán)法的輸電線(xiàn)路狀態(tài)動(dòng)態(tài)評(píng)估方法；接著計(jì)及不同數(shù)據(jù)的時(shí)效性特征，提出了融合巡檢數(shù)據(jù)和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的輸電線(xiàn)路狀態(tài)綜合評(píng)估方法；最后通過(guò)南方地區(qū)輸電線(xiàn)路實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行了算例分析，以驗(yàn)證所提綜合評(píng)估方法的可行性和有效性。

1 輸電線(xiàn)路狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.1 基于巡檢數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

當(dāng)前架空輸電線(xiàn)路已有規(guī)范的巡檢和狀態(tài)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則，本文依據(jù)DL/T 1249—2013《架空輸電線(xiàn)路運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》，結(jié)合電網(wǎng)公司實(shí)際生產(chǎn)平臺(tái)信息，并參考現(xiàn)有研究成果[9,14]，歸納提取了基礎(chǔ)、桿塔、導(dǎo)地線(xiàn)、絕緣子、金具、接地裝置、附屬設(shè)施、通道環(huán)境8個(gè)線(xiàn)路單元作為基于巡檢數(shù)據(jù)的輸電線(xiàn)路狀態(tài)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)。每個(gè)線(xiàn)路單元對(duì)應(yīng)的具體二級(jí)評(píng)價(jià)狀態(tài)量見(jiàn)表1，狀態(tài)量的具體描述、權(quán)重及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)詳見(jiàn)DL/T 1249—2013。

表1 基于巡檢數(shù)據(jù)的輸電線(xiàn)路評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab.1 Evaluation index system of transmission line based on inspection data

基于輸電線(xiàn)路巡檢結(jié)果對(duì)上述二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分，根據(jù)指標(biāo)權(quán)重即可計(jì)算得到架空輸電線(xiàn)路的狀態(tài)評(píng)分值。根據(jù)DL/T 1249—2013可知分值越低則線(xiàn)路劣化越嚴(yán)重，需及時(shí)采取措施，適當(dāng)安排檢修。

由于輸電線(xiàn)路巡檢周期長(zhǎng)，在巡檢周期內(nèi)，基于巡檢數(shù)據(jù)的狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果的置信度會(huì)隨著時(shí)間的推移逐漸降低。同時(shí)，多類(lèi)輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的推廣應(yīng)用，可為輸電線(xiàn)路狀態(tài)感知提供重要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，有效彌補(bǔ)輸電線(xiàn)路巡檢數(shù)據(jù)置信度下降的問(wèn)題。

1.2 基于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采樣周期短，通常為分鐘級(jí)，能夠反映工況條件下架空輸電線(xiàn)路運(yùn)行狀態(tài)的短期變化趨勢(shì)信息。將基于巡檢數(shù)據(jù)和基于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的評(píng)價(jià)指標(biāo)融合分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)架空輸電線(xiàn)路運(yùn)行狀態(tài)的綜合評(píng)估。

根據(jù)GB/T 35697—2017《架空輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置通用技術(shù)規(guī)范》，結(jié)合當(dāng)前電網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用情況，架空輸電線(xiàn)路常用的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置主要有微氣象監(jiān)測(cè)、舞動(dòng)監(jiān)測(cè)、桿塔傾斜監(jiān)測(cè)以及視頻圖像監(jiān)測(cè)裝置。針對(duì)上述監(jiān)測(cè)裝置，本文構(gòu)建了基于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的輸電線(xiàn)路評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，涵蓋以下4個(gè)一級(jí)指標(biāo)和9個(gè)二級(jí)指標(biāo)。

a)微氣象(G1)。微氣象監(jiān)測(cè)裝置重點(diǎn)監(jiān)測(cè)輸電線(xiàn)路周?chē)h(huán)境的風(fēng)速、氣溫、濕度[14]。為了降低數(shù)據(jù)采樣誤差及波動(dòng)對(duì)狀態(tài)評(píng)估的影響，本文選取一段時(shí)間Δt內(nèi)的平均值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括平均風(fēng)速G11、平均氣溫G12、平均濕度G13。

b)舞動(dòng)(G2)。導(dǎo)地線(xiàn)舞動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)和地線(xiàn)的舞動(dòng)幅值G21和舞動(dòng)頻率G22。

c)桿塔傾斜(G3)。桿塔傾斜裝置重點(diǎn)監(jiān)測(cè)桿塔的順線(xiàn)傾斜角和橫向傾斜角。由于輸電線(xiàn)路運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，在一些采空區(qū)、沉降區(qū)，以及大轉(zhuǎn)角桿塔、終端塔等，可能發(fā)生桿塔持續(xù)傾斜但傾斜角仍在正常范圍內(nèi)，此時(shí)無(wú)論是現(xiàn)場(chǎng)巡檢還是在線(xiàn)監(jiān)測(cè)均不會(huì)告警，進(jìn)而導(dǎo)致桿塔傾斜不斷加劇甚至發(fā)生損毀；因此，在輸電線(xiàn)路狀態(tài)評(píng)估過(guò)程中有必要計(jì)及桿塔傾斜的變化趨勢(shì)。本文選取順線(xiàn)傾斜角G31、橫向傾斜角G32和傾斜角變化率G33作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中傾斜角變化率的計(jì)算值

(1)

式中：αG31,1和αG31,2分別為監(jiān)測(cè)當(dāng)天和前一天的平均順線(xiàn)傾斜角；βG32,1和βG32,2分別為監(jiān)測(cè)當(dāng)天和前一天的平均橫向傾斜角。

d)視頻圖像(G4)。隨著電力行業(yè)人工智能圖像識(shí)別技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[15]，輸電線(xiàn)路視頻圖像智能識(shí)別技術(shù)可對(duì)輸電線(xiàn)路外力破壞、異物掛線(xiàn)、山火煙霧等通道環(huán)境異常情況進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)和告警；因此，本文選取一天內(nèi)視頻圖像智能識(shí)別到的異常告警次數(shù)G41作為狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2 基于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的輸電線(xiàn)路動(dòng)態(tài)評(píng)估方法

基于巡檢數(shù)據(jù)的輸電線(xiàn)路狀態(tài)評(píng)估采用標(biāo)準(zhǔn)化的評(píng)分細(xì)則，根據(jù)輸電線(xiàn)路現(xiàn)場(chǎng)巡檢結(jié)果進(jìn)行逐項(xiàng)打分和綜合評(píng)估，適用于輸電線(xiàn)路例行巡檢的場(chǎng)景?；谠诰€(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的狀態(tài)評(píng)估則是根據(jù)輸電線(xiàn)路的多類(lèi)型實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在后臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行多層級(jí)指標(biāo)的分析處理和動(dòng)態(tài)評(píng)估。

為此，本文將AHP和反熵權(quán)法用于指標(biāo)體系主觀和客觀權(quán)重的確定，AHP將專(zhuān)家主觀經(jīng)驗(yàn)定量化，基于反熵權(quán)法的客觀賦權(quán)方法可避免熵權(quán)法所存在的指標(biāo)無(wú)序程度過(guò)大而導(dǎo)致權(quán)重過(guò)于極端的問(wèn)題[16]。AHP-反熵權(quán)法兼顧了工程應(yīng)用過(guò)程的主觀經(jīng)驗(yàn)和指標(biāo)數(shù)據(jù)的客觀規(guī)律，并通過(guò)主客觀權(quán)重的組合賦權(quán)對(duì)輸電線(xiàn)路狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估。

2.1 層次分析法

AHP[17]將定量分析與定性分析相結(jié)合，可系統(tǒng)化、層次化地分析本文所構(gòu)建的輸電線(xiàn)路多指標(biāo)綜合評(píng)估問(wèn)題。AHP根據(jù)專(zhuān)家的主觀經(jīng)驗(yàn)，判斷各指標(biāo)間的相互關(guān)系及相對(duì)重要程度，形成多層次分析結(jié)構(gòu)模型。AHP的具體實(shí)施步驟如下：

a)構(gòu)建判斷矩陣。根據(jù)本文所構(gòu)建的、基于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的架空輸電線(xiàn)路評(píng)估指標(biāo)體系，將問(wèn)題層次化，在同一層次內(nèi)，由專(zhuān)家將所有指標(biāo)通過(guò)成對(duì)比較法和九級(jí)標(biāo)度法[16]進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造出判斷矩陣E，判斷矩陣E是一個(gè)正互反矩陣，它的互反關(guān)系是一種把人的判斷進(jìn)行合理結(jié)合的方式。

(2)

式中：eij為第i個(gè)指標(biāo)和第j個(gè)指標(biāo)的相對(duì)重要性標(biāo)度，eij>0，eii=1且eij=1/eji；m為該層級(jí)的指標(biāo)數(shù)量。

b)一致性校驗(yàn)。判斷矩陣受專(zhuān)家主觀判斷影響，與指標(biāo)客觀重要程度可能存在差異，因此需要進(jìn)行一致性校驗(yàn)，若一致性校驗(yàn)未能滿(mǎn)足要求，說(shuō)明專(zhuān)家對(duì)各指標(biāo)相對(duì)重要程度的判斷存在沖突。計(jì)算各判斷矩陣的一致性指標(biāo)CI和隨機(jī)一致性比率CR，以進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

CI=(λmax-m)/(m-1)，

(3)

CR=CI/RI.

(4)

式中：λmax為判斷矩陣的最大特征值；RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，RI只與m有關(guān)，其取值詳見(jiàn)文獻(xiàn)[18]。

一般認(rèn)為當(dāng)CR<0.1時(shí)判斷矩陣滿(mǎn)足一致性要求，結(jié)果具備合理性，否則需對(duì)指標(biāo)的重要性標(biāo)度進(jìn)行調(diào)整直至通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

c)計(jì)算指標(biāo)主觀權(quán)重。判斷矩陣通過(guò)一致性校驗(yàn)后，根據(jù)其最大特征值λmax可計(jì)算最大特征向量，歸一化處理后即可得到評(píng)價(jià)指標(biāo)的主觀權(quán)重值。

2.2 反熵權(quán)法

熵權(quán)法利用熵值與無(wú)序程度的關(guān)系，評(píng)估各指標(biāo)中包含的信息量，從而確定指標(biāo)權(quán)重。然而熵權(quán)法容易出現(xiàn)極端權(quán)重情況，因而本文采用反熵權(quán)法對(duì)指標(biāo)客觀賦權(quán)，即當(dāng)指標(biāo)的無(wú)序程度越大時(shí)，其反熵越大，權(quán)重越大。經(jīng)由AHP確定的主觀權(quán)重結(jié)合由反熵權(quán)法確定的客觀權(quán)重構(gòu)成綜合權(quán)重，能夠?qū)崿F(xiàn)更準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。采用反熵權(quán)法求取架空輸電線(xiàn)路評(píng)估指標(biāo)權(quán)重的基本步驟如下：

a)指標(biāo)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理。不同指標(biāo)的單位不同，為便于分析計(jì)算，對(duì)各指標(biāo)集指標(biāo)進(jìn)行min-max標(biāo)準(zhǔn)化處理。對(duì)于越小越優(yōu)型指標(biāo)(G11、G21、G22、G31、G32、G33、G41)，其標(biāo)準(zhǔn)化處理方法為

k=1,2,…,l.

(5)

式中：l為評(píng)價(jià)對(duì)象數(shù)；d′jk和djk分別為評(píng)估指標(biāo)實(shí)際值和標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果。越大越優(yōu)型指標(biāo)的處理方法與此類(lèi)似。

指標(biāo)體系中的部分指標(biāo)為中間型指標(biāo)，即指標(biāo)數(shù)值在正常運(yùn)行區(qū)間內(nèi)最優(yōu)，如平均氣溫G12和平均濕度G13，其標(biāo)準(zhǔn)化處理方法為

(6)

式中：d′j和dj分別為評(píng)估指標(biāo)實(shí)際值和標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果；d′jbest為第j個(gè)指標(biāo)的最佳運(yùn)行參數(shù)；d′jmin、d′jmax分別為第j個(gè)指標(biāo)的正常運(yùn)行范圍下限和上限。

b)求取指標(biāo)的反熵值。第j個(gè)指標(biāo)的反熵值

(7)

c)計(jì)算指標(biāo)的客觀權(quán)重。第j個(gè)指標(biāo)在評(píng)價(jià)體系中的客觀權(quán)重

(8)

2.3 組合賦權(quán)

采用最小二乘法將所得的主觀和客觀權(quán)重進(jìn)行組合優(yōu)化，采用拉格朗日乘數(shù)法求解得到指標(biāo)的綜合權(quán)重值。具體目標(biāo)函數(shù)及約束條件可參見(jiàn)文獻(xiàn)[19]。

3 計(jì)及數(shù)據(jù)時(shí)效性的狀態(tài)綜合評(píng)估

通過(guò)上述分析可知，基于巡檢數(shù)據(jù)的輸電線(xiàn)路狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系全面，但評(píng)估時(shí)間間隔長(zhǎng)，隨著時(shí)間的推移愈發(fā)難以準(zhǔn)確反映輸電線(xiàn)路真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)?；谠诰€(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的輸電線(xiàn)路狀態(tài)評(píng)估實(shí)時(shí)性高、數(shù)據(jù)可信度高，但涵蓋的狀態(tài)量相對(duì)較少。傳統(tǒng)的狀態(tài)評(píng)估模型大多無(wú)法區(qū)分歷史數(shù)據(jù)與當(dāng)前數(shù)據(jù)之間的信度差異，從而影響了評(píng)估的準(zhǔn)確度。為此，本文綜合考慮輸電線(xiàn)路運(yùn)行狀態(tài)的靜態(tài)數(shù)據(jù)(巡檢數(shù)據(jù))和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)(在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù))，提出一種計(jì)及數(shù)據(jù)時(shí)效性的輸電線(xiàn)路狀態(tài)綜合評(píng)估方法。

在1個(gè)巡檢周期內(nèi)，假定基于巡檢數(shù)據(jù)的輸電線(xiàn)路狀態(tài)評(píng)估值為F，基于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的狀態(tài)評(píng)估值為G(t)，綜合評(píng)估值為H(t)，則

H(t)=λ(t)F+(1-λ(t))G(t).

(9)

式中：λ(t)為計(jì)及巡檢數(shù)據(jù)時(shí)效性的評(píng)估值權(quán)重，取值范圍為(0,1]，t表示上一次巡檢到當(dāng)前評(píng)估時(shí)刻的時(shí)間間隔，取值范圍為[0,T]，T為輸電線(xiàn)路例行巡檢周期。

巡檢數(shù)據(jù)的權(quán)重值受評(píng)估時(shí)刻與巡檢時(shí)刻的時(shí)間間隔長(zhǎng)短影響，近期巡檢數(shù)據(jù)的可信度明顯高于歷史數(shù)據(jù)。在剛完成巡檢時(shí)，巡檢數(shù)據(jù)能夠有效反映輸電線(xiàn)路當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，其權(quán)重值λ(t)較大。在巡檢周期內(nèi)，巡檢數(shù)據(jù)評(píng)估結(jié)果的置信度隨時(shí)間的推移而降低，λ(t)也逐漸降低。本文參照220 kV及以上電壓等級(jí)的電力變壓器預(yù)防性試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)間可信度的變化規(guī)律[20]，構(gòu)建λ(t)在巡檢周期內(nèi)隨時(shí)間變化的表達(dá)式為

(10)

式中k>0為常系數(shù)。式(10)含義在于評(píng)估時(shí)刻距離巡檢時(shí)刻的時(shí)間間隔越大，置信權(quán)重λ(t)越小，評(píng)估時(shí)刻距離巡檢時(shí)刻的時(shí)間間隔越小，置信權(quán)重λ(t)越大，在剛完成巡檢時(shí)進(jìn)行評(píng)估，則權(quán)重值最大為1。引入λ(t)指標(biāo)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)靜態(tài)參數(shù)的動(dòng)態(tài)化處理，提高狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確度。

由式(10)可知，對(duì)于不同的輸電線(xiàn)路，以及不同的缺陷或故障，其巡檢數(shù)據(jù)時(shí)效性的變化情況可能有所不同，可通過(guò)實(shí)際數(shù)據(jù)來(lái)擬合計(jì)算式(10)中的常系數(shù)k。

計(jì)及數(shù)據(jù)時(shí)效性的輸電線(xiàn)路狀態(tài)綜合評(píng)估流程如圖1所示。

圖1 計(jì)及數(shù)據(jù)時(shí)效性的輸電線(xiàn)路狀態(tài)綜合評(píng)估流程Fig.1 Comprehensive evaluation process of transmission lines status considering data timeliness

4 算例分析

為了驗(yàn)證本文所提計(jì)及數(shù)據(jù)時(shí)效性的架空輸電線(xiàn)路狀態(tài)綜合評(píng)估方法的有效性，選取南方某地市6條輸電線(xiàn)路數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與評(píng)估，各輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)原始狀態(tài)指標(biāo)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，其中一級(jí)指標(biāo)G1數(shù)據(jù)由微氣象在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置采集，G2數(shù)據(jù)由舞動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置采集，G3數(shù)據(jù)由桿塔傾斜監(jiān)測(cè)裝置采集，G4數(shù)據(jù)由視頻圖像監(jiān)測(cè)裝置采集。采用式(5)、(6)對(duì)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)原始指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 各輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)原始狀態(tài)指標(biāo)數(shù)據(jù)Tab.2 Original state index data for online monitoring of each transmission line

表3 各輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)原始指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果Tab.3 Standardized processing results of original index data for online monitoring of each transmission line

采用AHP計(jì)算各指標(biāo)的主觀權(quán)重，依次構(gòu)建輸電線(xiàn)路二級(jí)指標(biāo)、一級(jí)指標(biāo)的判斷矩陣，并進(jìn)行一致性校驗(yàn)，得到基于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的輸電線(xiàn)路狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)主觀權(quán)重θj。采用反熵權(quán)法計(jì)算各指標(biāo)的客觀權(quán)重ωj，根據(jù)2.3節(jié)進(jìn)行主觀權(quán)重與客觀權(quán)重融合，得到綜合權(quán)重σj，見(jiàn)表4。

表4 不同方法的輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)指標(biāo)權(quán)重Tab.4 Online monitoring index weights of transmission lines obtained by different methods

由表3數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果，以及表4的指標(biāo)權(quán)重可計(jì)算基于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的輸電線(xiàn)路狀態(tài)評(píng)估結(jié)果，見(jiàn)表5。通過(guò)雷達(dá)圖將歸一后指標(biāo)值與平均水平對(duì)比，可直觀體現(xiàn)該輸電線(xiàn)路的運(yùn)行狀態(tài)，圖2分別給出了不同輸電線(xiàn)路與平均水平的對(duì)比雷達(dá)圖。

圖2 部分輸電線(xiàn)路與平均水平的指標(biāo)對(duì)比雷達(dá)圖Fig.2 Comparisons between index values of transmission lines with average value in a radar map

表5 不同方法下輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)評(píng)估結(jié)果Tab.5 Comprehensive evaluation results of transmission lines online monitoring based on different methods

由表5可知：將AHP-反熵權(quán)法的各輸電線(xiàn)路評(píng)估結(jié)果按優(yōu)劣性排序，后3位為線(xiàn)路2、線(xiàn)路3和線(xiàn)路5；將AHP的狀態(tài)評(píng)估結(jié)果按優(yōu)劣性排序，后3位為線(xiàn)路1、線(xiàn)路2和線(xiàn)路5。其主要差別體現(xiàn)在線(xiàn)路1與線(xiàn)路3的排序上，由雷達(dá)圖可較為直觀看出：線(xiàn)路3的舞動(dòng)幅值G21和舞動(dòng)頻率G22指標(biāo)等指標(biāo)顯著低于平均水平，相比于線(xiàn)路1更需運(yùn)維部門(mén)重點(diǎn)關(guān)注。將反熵權(quán)法的狀態(tài)評(píng)估結(jié)果按優(yōu)劣性排序，后3位為線(xiàn)路1、線(xiàn)路2和線(xiàn)路3，其與AHP-反熵權(quán)法評(píng)估結(jié)果的差別體現(xiàn)在線(xiàn)路1和線(xiàn)路5的排序上，由雷達(dá)圖可較為直觀看出：線(xiàn)路5的視頻圖像異常告警次數(shù)G41等指標(biāo)顯著低于平均水平，相比于線(xiàn)路1更需運(yùn)維部門(mén)重點(diǎn)關(guān)注。

由原始指標(biāo)數(shù)據(jù)和雷達(dá)圖可以看出，線(xiàn)路1處于正常運(yùn)行狀態(tài)，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)仍處于正常范圍，AHP對(duì)其評(píng)價(jià)結(jié)果較低，原因在于AHP對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)僅進(jìn)行了主觀賦權(quán)，權(quán)值受專(zhuān)家主觀意愿影響強(qiáng)烈，無(wú)法拉開(kāi)被評(píng)價(jià)對(duì)象的差異。AHP-反熵權(quán)法根據(jù)指標(biāo)的重要性程度，充分考慮主客觀因素對(duì)權(quán)重的影響，避免了部分次要指標(biāo)權(quán)重過(guò)大對(duì)評(píng)估結(jié)果造成的影響，同時(shí)使得被評(píng)價(jià)對(duì)象之間的差異更加明顯，更具有效性和代表性。

假定所有線(xiàn)路的巡檢周期均為90天，當(dāng)前評(píng)估時(shí)刻距上次巡檢的時(shí)間間隔見(jiàn)表6，計(jì)及巡檢數(shù)據(jù)和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)效性不同，輸電線(xiàn)路狀態(tài)綜合評(píng)估的結(jié)果見(jiàn)表6，其中k取2。

由表6可知，各輸電線(xiàn)路綜合評(píng)估結(jié)果的優(yōu)劣性排序結(jié)果為：線(xiàn)路1>線(xiàn)路6>線(xiàn)路3>線(xiàn)路4>線(xiàn)路2>線(xiàn)路5。而單純考慮巡檢數(shù)據(jù)時(shí)，輸電線(xiàn)路4評(píng)估得分值最低，輸電線(xiàn)路2、輸電線(xiàn)路5均比輸電線(xiàn)路4稍高。可以看出，在工程實(shí)際中，受環(huán)境狀態(tài)變化等影響，架空輸電線(xiàn)路的狀態(tài)隨時(shí)間的推移會(huì)產(chǎn)生一定的變化，同時(shí)考慮巡檢數(shù)據(jù)和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以更全面地對(duì)輸電線(xiàn)路狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估。

表6 計(jì)及數(shù)據(jù)時(shí)效性的輸電線(xiàn)路狀態(tài)綜合評(píng)估結(jié)果Tab.6 Comprehensive evaluation results of transmission lines status considering data timeliness

5 結(jié)束語(yǔ)

本文構(gòu)建了基于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的輸電線(xiàn)路狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，提出了基于AHP-反熵權(quán)法的輸電線(xiàn)路狀態(tài)動(dòng)態(tài)評(píng)估方法，并且計(jì)及不同數(shù)據(jù)的時(shí)效性特征，提出了融合巡檢數(shù)據(jù)和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的輸電線(xiàn)路狀態(tài)綜合評(píng)估方法。算例結(jié)果表明，所提方法可以有效對(duì)架空輸電線(xiàn)路進(jìn)行更合理的分析，充分考慮專(zhuān)家主觀經(jīng)驗(yàn)及客觀指標(biāo)數(shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，避免指標(biāo)權(quán)重失衡現(xiàn)象，滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行需求。在后續(xù)的研究中，可以結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能、傳感器技術(shù)等，對(duì)輸電線(xiàn)路的狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、處理、分析方面進(jìn)行深入研究，以提高輸電線(xiàn)路運(yùn)行安全性和可靠性。