基于層次分析法的變電站消防能力評(píng)估

董玉林，韓忠暉，朱 磊，楊 俊，陳 武，李國棟

（1.國網(wǎng)湖南省電力有限公司長沙供電分公司，長沙 410029；2.國網(wǎng)湖南省電力有限公司，長沙 410029；3.國網(wǎng)湖南省電力有限公司檢修公司，長沙 410004）

0 引言

變電站中存在大量高電壓、大電流、高儲(chǔ)能和易燃易爆設(shè)備，如變壓器、電容器、電力電纜等，這些設(shè)備發(fā)生起火事件時(shí)，危險(xiǎn)性高、經(jīng)濟(jì)損失及社會(huì)影響很大。變電站消防管理遵循“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的工作方針，堅(jiān)持“安全第一”的指導(dǎo)思想，需要做到盡早發(fā)現(xiàn)消防隱患，避免火災(zāi)事件的發(fā)生[1]?；诖耍斜匾_展針對(duì)性的變站消防能力評(píng)估，從根本上提升變電站消防水平，保障設(shè)備的運(yùn)行安全，切實(shí)提高供電可靠性。

目前，國內(nèi)外開展的消防評(píng)估工作主要針對(duì)石油、化工、建筑等火災(zāi)高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)，而對(duì)變電站消防能力的評(píng)估少有涉及[2-7]。變電站內(nèi)設(shè)備類型多、風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)多、設(shè)備運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，較其他建筑或區(qū)域消防評(píng)估更為復(fù)雜。同時(shí)，當(dāng)前尚無統(tǒng)一的表述變電站消防能力的特征指標(biāo)及評(píng)估體系。

目前，常采用的評(píng)估方法有層次分析法（Analyt?ic hierarchy process，AHP）[8]、模糊綜合評(píng)判、基于證據(jù)理論、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的評(píng)估等[4，9-12]。其中，AHP是一種將主觀、定性評(píng)價(jià)定量化的方法，是目前應(yīng)用最廣的多目標(biāo)規(guī)劃和決策方法，其可以更好地解決變電站內(nèi)運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜、消防安全影響因素多等問題。為此，本文從消防設(shè)備巡視、消防設(shè)施維護(hù)、消防設(shè)備檢測(cè)和火災(zāi)救援措施四個(gè)方面提取出19個(gè)評(píng)估指標(biāo)，應(yīng)用兩層AHP模型開展變電站消防能力評(píng)估。

1 評(píng)估指標(biāo)體系

1.1 評(píng)估指標(biāo)

變電站消防設(shè)施及設(shè)備的種類繁多，覆蓋區(qū)域廣，應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜多樣，欲有效地開展變電站消防能力評(píng)估工作，必須從多層面多尺度分析影響變電站消防能力的各種直接、間接因素，并提取出關(guān)鍵因素[13-17]。本文從火災(zāi)預(yù)防、設(shè)備、設(shè)施和應(yīng)急救援等方面梳理了變電站消防能力的影響因素，確定了明顯影響變電站消防能力的各類因子，并將指標(biāo)體系細(xì)分為消防預(yù)控措施、設(shè)備健康水平、消防應(yīng)急設(shè)施和消防救援措施4個(gè)一級(jí)指標(biāo)和19個(gè)二級(jí)指標(biāo)（見圖1）。

圖1 變電站消防能力評(píng)估指標(biāo)Fig.1 Evaluation index of substation fire fighting capacity

1.2 評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

由于目前采用的變電站消防能力評(píng)估指標(biāo)量只是一種定性量值，憑直觀感覺描述為“好”、“一般”和“不好”等，在實(shí)際應(yīng)用中，這類描述并不能準(zhǔn)確給出設(shè)備狀態(tài)，在開展變電站實(shí)際消防能力評(píng)估時(shí)操作性不高，因此，本文采用賦分制，設(shè)定每一個(gè)二級(jí)指標(biāo)滿分為100分，即指標(biāo)完全符合設(shè)備（設(shè)施）運(yùn)行、維護(hù)、配置等要求；0分表示相應(yīng)設(shè)備（設(shè)施）缺失、不能正常運(yùn)行、不能實(shí)現(xiàn)50%及以上正常監(jiān)視功能，以及不能滿足50%及以上相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的情況。（0，100）表示指標(biāo)打分處于以上兩種極端情況之間，判分標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)百分比進(jìn)行分配。實(shí)際實(shí)施過程中，為了減少專家主觀因素影響，每次評(píng)價(jià)由多名專家對(duì)變電站二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分。

1.3 指標(biāo)狀態(tài)定義及檢修策略

變電站消防能力評(píng)估指標(biāo)的狀態(tài)定義及檢修策略見表1。

表1 變電站消防能力評(píng)估指標(biāo)狀態(tài)定義Tab.1 Definition of evaluation index status of substation fire fighting capacity

2 指標(biāo)權(quán)重及其一致性檢驗(yàn)

2.1 判別矩陣構(gòu)建

本文根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系所確定的上下層因素之間的隸屬關(guān)系，將下一層制約因素對(duì)上一層準(zhǔn)則因素的重要程度利用專家調(diào)查法進(jìn)行兩兩比較，結(jié)合Saaty的1—9標(biāo)度法[12]進(jìn)行標(biāo)度（見表2），建立各層次因素的判斷矩陣[15]。

表2 1—9標(biāo)度的含義Tab.2 Meaning of from 1 to 9 scale

根據(jù)專家意見，本文對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行排序得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)判斷矩陣，如表3—表7所示。

表3 一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)判斷矩陣S0Tab.3 Primary evaluation index judgment matrix S0

表4 消防預(yù)控措施評(píng)價(jià)指標(biāo)判斷矩陣S1Tab.4 Fire prevention and control measures evaluation index judgment matrix S1

表5 設(shè)備健康狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)判斷矩陣S2Tab.5 Equipment health status evaluation index judgment matrix S2

表7 消防救援措施評(píng)價(jià)指標(biāo)判斷矩陣S4Tab.7 Evaluation index judgment matrix of fire rescue measures S4

判斷矩陣是根據(jù)某些原則人為規(guī)定的，所以往往會(huì)出現(xiàn)判斷不一致的情況，一個(gè)混亂的經(jīng)不起推敲的判斷矩陣有可能導(dǎo)致決策失誤。當(dāng)判斷矩陣過于偏離一致性時(shí)，其可靠度也值得懷疑，因此需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，以便將偏差控制在允許范圍內(nèi)。具體步驟如下：

表6 消防應(yīng)急設(shè)施評(píng)價(jià)指標(biāo)判斷矩陣S3Tab.6 Evaluation index judgment matrix of fire emergency facilities S3

（1）計(jì)算一致性指標(biāo)CI，其計(jì)算公式為：

式中：λmax為判斷矩陣的最大特征值；n為判斷矩陣的階數(shù)。

（2）求取平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI

由多次重復(fù)進(jìn)行隨機(jī)判斷矩陣特征值的計(jì)算后取算術(shù)平均值，得到平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，表8給出了階矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)值。

表8 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)R ITab.8 Average random consistency index R I

（3）計(jì)算一致性指標(biāo)CR，公式為：

對(duì)于1，2階判斷矩陣總是完全一致的，當(dāng)階數(shù)大于2時(shí)，只要CR≤0.1，則認(rèn)為這個(gè)判斷矩陣的一致性可以接受，否則就要修改判斷矩陣使之符合要求。

計(jì)算可得S矩陣最大特征根為2；其一致性指標(biāo)CI值為4.017，CR值為0.0064。計(jì)算獲得S1、S2、S3和S4的 最 大 特 征 根 分 別 為4.0458、5、6.0343和4.0968；其 一 致 性 指 標(biāo)CI值 分 別 為0.0153、0、0.0069、0.0323，則CR值分別為0.0172、0、0.0054、0.0363?？梢姳疚臉?gòu)建的判別矩陣符合要求。

2.2 相對(duì)權(quán)重計(jì)算

對(duì)于排序權(quán)向量的計(jì)算方法主要有特征根法最小二乘法、對(duì)數(shù)最小二乘法和上三角元素法。在精度要求不高的情況下，特征根法方便簡潔，更具實(shí)用價(jià)值，故本文采用特征根法，其計(jì)算公式為：

式中：wi為相對(duì)權(quán)重；si,j為判斷矩陣元素。排序權(quán)向量W即為相應(yīng)的n個(gè)制約因素的相對(duì)權(quán)重，則：

通過式（3）—（5）可以計(jì)算各二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)內(nèi)部評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)向量W1、W2、W3和W4，分別為：

一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)向量W0為：

3 消防能力評(píng)分

本文通過多名專家對(duì)每個(gè)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行打分，確定了每項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)得分值矩陣Φi（i=1，2，3，4），i對(duì)應(yīng)4個(gè)一級(jí)指標(biāo)。

式中：φi,1為第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)下第j個(gè)二級(jí)指標(biāo)得分；N為第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)下第j個(gè)二級(jí)指標(biāo)個(gè)數(shù)。則第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)得分為：

式中：pi為第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)得分；wi,j為第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)下第j個(gè)二級(jí)指標(biāo)權(quán)值。則一級(jí)指標(biāo)得分矩陣P為：

變電站消防能力水平評(píng)估最終得分pfinal為：

4 案例分析

4.1 實(shí)際變電站消防能力評(píng)分

某省級(jí)電力公司從各地市公司變電專業(yè)選取消防專業(yè)人員共45名，同時(shí)協(xié)同屬地消防大隊(duì)，選取共30名專業(yè)消防人員，組建了公司消防評(píng)價(jià)專家?guī)旌妥冸娬鞠涝u(píng)價(jià)小組。本文選擇某220 kV變電站開展消防能力評(píng)估，隨機(jī)從消防專家?guī)熘羞x取5名專家對(duì)19個(gè)指標(biāo)進(jìn)行打分，打分結(jié)果見表9。

表9 某220 kV變電站消防能力評(píng)分結(jié)果Tab.9 Scoring results of fire fighting capacity of a 220 kV substation

4.2 消防能力評(píng)估計(jì)算與分析

利用表9中數(shù)據(jù)，得到各指標(biāo)的評(píng)分值見式（12）：

根據(jù)式（6）、式（12）計(jì)算出各二級(jí)指標(biāo)得分情況：

由式（13）可知，設(shè)備健康水平和火災(zāi)救援措施兩個(gè)一級(jí)指標(biāo)的得分分別為71.20分和75.68分；而消防預(yù)控措施和火災(zāi)救援措施兩項(xiàng)得分分別為48.45分和38.79分。設(shè)備健康水平指標(biāo)得分率不高的原因是由于電纜溝防火墻外1.5m內(nèi)未按要求涂刷防火涂料，5處防火隔墻存在孔洞未封堵到位；電容器設(shè)備多條發(fā)熱缺陷未處理，并出現(xiàn)部分缺陷超期情況。另外，火災(zāi)救援措施得分只有75.68分的原因?yàn)榫幹频南缿?yīng)急預(yù)案多處與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際不符，導(dǎo)致應(yīng)急預(yù)案指導(dǎo)實(shí)際消防逃生、救援的針對(duì)性不足。消防預(yù)控措施指標(biāo)得分率偏低的原因是該站消防設(shè)施維護(hù)只是由變電運(yùn)維人員自行維護(hù)，而未按相關(guān)規(guī)定聘請(qǐng)符合資質(zhì)要求的消防技術(shù)專業(yè)服務(wù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)；同時(shí)，變電站內(nèi)消防設(shè)施并未組織具備資質(zhì)要求的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)站內(nèi)消防設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，并出具相應(yīng)的檢測(cè)報(bào)告。消防應(yīng)急設(shè)施指標(biāo)得分率低是因?yàn)樵撜具€未開展消防安全治理，電纜溝未安裝專門的滅火系統(tǒng)，同時(shí)變電站無專門消防控制室，導(dǎo)致兩項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)得分為0。

根據(jù)式（7）、式（11）計(jì)算得到該變電站最終消防能力評(píng)分為：

據(jù)最終得分結(jié)果可知，目前該站的消防能力不足，亟需提升。

4.3 應(yīng)用效果

應(yīng)用本文介紹的方法開展變電站消防能力評(píng)估，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大量變電站消防能力進(jìn)行評(píng)級(jí)，按照各變電站得分率對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各變電站消防水平進(jìn)行得分排序，幫助合理制訂消防綜合治理時(shí)序。同時(shí)，在消防能力評(píng)估的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過確定各一、二級(jí)指標(biāo)得分，可以更加清晰地描述變電站各設(shè)備、設(shè)施和環(huán)境等方面的狀態(tài)，有助于明確站內(nèi)治理任務(wù)和治理重點(diǎn)，通過定位得分率排序及失分多的指標(biāo)，確立治理方向和治理內(nèi)容，為進(jìn)一步開展針對(duì)性的消防治理提供有力支撐。

根據(jù)本文提供的各指標(biāo)得分情況，該變電站一方面通過外委形式，聘請(qǐng)專業(yè)機(jī)構(gòu)、專業(yè)人員開展了變電站消防設(shè)施維護(hù)和消防設(shè)備檢測(cè)；另一方面通過立項(xiàng)，開展了變電站消防隱患專項(xiàng)治理工作。另外，逐步建立完善了消防管理制度和消防責(zé)任體系，通過定期開展消防演練、梳理消防應(yīng)急預(yù)案，全面提升了變電站消防綜合安全水平。開展以上治理工作后，再次對(duì)該變電站進(jìn)行了消防評(píng)估，各一級(jí)指標(biāo)得分為P=[91.0287.2081.9685.55]，最終消防能力評(píng)分提高至86.27分，變電站消防能力總體評(píng)估結(jié)果為良好。

5 結(jié)語

通過對(duì)影響變電站消防能力的各類因素進(jìn)行分析，提取一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo)，構(gòu)建AHP分層模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變電站消防能力的綜合評(píng)估。實(shí)際案例應(yīng)用結(jié)果表明，該評(píng)估模型可以對(duì)變電站消防能力水平進(jìn)行量化表征，能夠?yàn)樽冸娬鹃_展消防隱患治理提供理論依據(jù)，為具體治理策略的制訂提供有力支撐。