司 鵠，周 洋，夏 濤

（1.重慶大學(xué) 煤礦災(zāi)害學(xué)及控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400030；2.重慶大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，重慶 400030；3.重慶市電力公司，重慶 400030）

輸電線路雷擊災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

司 鵠1，2，周 洋3，夏 濤3

（1.重慶大學(xué) 煤礦災(zāi)害學(xué)及控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400030；2.重慶大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，重慶 400030；3.重慶市電力公司，重慶 400030）

為了綜合、全面地對(duì)輸電線路雷擊系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，提出一種基于模糊層次分析法的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。針對(duì)輸電線路雷擊災(zāi)害，劃分出六個(gè)一級(jí)指標(biāo)和多個(gè)二級(jí)指標(biāo)，采用層次分析法確定各指標(biāo)之間的權(quán)重；依據(jù)多層次模糊綜合評(píng)判法，對(duì)輸電線路進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。最后，進(jìn)行算例分析，驗(yàn)證了該方法的有效性。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；模糊綜合評(píng)價(jià)；輸電線里；雷擊災(zāi)害

隨著我國(guó)電網(wǎng)的不斷發(fā)展，以及近幾年全球異常氣候的多發(fā)，因雷擊引起的輸電線路故障仍然是影響電網(wǎng)安全運(yùn)行和可靠供電的主要因素。電網(wǎng)通常有點(diǎn)多、面廣、線長(zhǎng)、地處空曠區(qū)域的特點(diǎn)，所以極易遭受雷擊災(zāi)害［1］。輸電線路遭受雷擊，發(fā)生跳閘的事故是造成輸電設(shè)備非計(jì)劃停運(yùn)的主要原因［2］。因此，需要對(duì)輸電線路進(jìn)行雷擊的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)并提出合適的防范措施，同時(shí)，也對(duì)我國(guó)輸電線路的安全運(yùn)行起著十分重要的意義。

近年來，我國(guó)已逐步開展了對(duì)輸電線路雷擊災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作。國(guó)內(nèi)主要采用跳閘率單一指標(biāo)對(duì)輸電線路進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，即跳閘率高的線路風(fēng)險(xiǎn)較大。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表示，輸電線路雷擊重合閘成功率均在85%以上［3］。因此，通過使用單一的跳閘率指標(biāo)對(duì)輸電線路進(jìn)行綜合評(píng)級(jí)，并不能反映出輸電線路的真實(shí)風(fēng)險(xiǎn)［4］。本文建立一套涉及地形地貌、絕緣設(shè)施、防雷措施、雷電活動(dòng)以及線路結(jié)構(gòu)等指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系［5-6］，綜合評(píng)估各個(gè)區(qū)段輸電線路的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，確定易發(fā)生雷擊災(zāi)害的輸電線路。

1 評(píng)價(jià)方法

1.1 主要研究方法

為了確保對(duì)輸電線路雷擊災(zāi)害進(jìn)行綜合和有效的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，本文采用定量與定性相結(jié)合的方法，通過數(shù)據(jù)收集以及調(diào)查訪問，采用模糊層次綜合評(píng)判的方法對(duì)輸電線路雷擊災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。層次分析法是一種多目標(biāo)評(píng)價(jià)決策方法，以確定各個(gè)因素權(quán)重的方法。它一般包括四個(gè)步驟：建立遞階層次結(jié)構(gòu)、構(gòu)造比較判斷矩陣、解析矩陣并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)、計(jì)算各因素權(quán)重。

模糊綜合評(píng)判的基本思想是利用模糊線性變換原理和最大隸屬原則，考慮與被評(píng)判事件相關(guān)的各個(gè)因素，對(duì)其做出合理的綜合評(píng)價(jià)。綜合評(píng)判有三要素［7］：

（1）因素集：與評(píng)判對(duì)象相關(guān)的因素的集合；

（2）評(píng)語(yǔ)集：在評(píng)判過程中，可能出現(xiàn)的評(píng)語(yǔ)的集合；

（3）單因素判斷：對(duì)因素集中單個(gè)因素的模糊評(píng)判。

模糊綜合評(píng)判包括一級(jí)模糊綜合評(píng)判和多級(jí)模糊綜合評(píng)判。本體系包括三層評(píng)價(jià)指標(biāo)，所以采用二級(jí)模糊評(píng)判模型。

1.2 研究步驟

（1）通過對(duì)輸電線路雷擊故障進(jìn)行分析，找出可能發(fā)生的故障類型，并對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，并確認(rèn)風(fēng)險(xiǎn)程度以及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

（2）對(duì)輸電線路雷擊災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析之后，建立包括自然條件、絕緣設(shè)施、防雷裝置、雷電活動(dòng)以及線路特點(diǎn)的指標(biāo)體系。

（3）通過文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)收集，并結(jié)合專家的意見，采用層次分析法確定各級(jí)指標(biāo)權(quán)重，并結(jié)合使用模糊評(píng)判的方法進(jìn)行定量分析。

（4）最后，結(jié)合輸電線路雷擊災(zāi)害的定量分析結(jié)果，確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.1 風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)建立

根據(jù)目前輸電線路雷擊災(zāi)害可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)類型，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)的建立原則及思路，將輸電線路雷擊風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系分為地形與地貌［8-9］、雷電特征［10］、防雷設(shè)備［11］、保護(hù)裝置、經(jīng)濟(jì)損失以及線路結(jié)構(gòu)［12］6部分。具體見圖1。

圖1 輸電線路雷擊災(zāi)害指標(biāo)體系

基于體系指標(biāo)，用層次分析法確定各工藝指標(biāo)權(quán)重，并綜合專家以及文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，對(duì)各階層指標(biāo)進(jìn)行打分判斷，最后使用模糊綜合評(píng)判法確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

2.2 權(quán)重計(jì)算和指標(biāo)量化

層次分析法是一種較為成熟和有效的方法，它能有效地將錯(cuò)綜復(fù)雜、模糊不清的關(guān)系轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)關(guān)系，進(jìn)行定量分析。

基于專家打分法對(duì)各層指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，結(jié)合標(biāo)度范圍內(nèi)給出的判斷信息，得到重要程度，從而形成判斷矩陣，見表1。以一級(jí)指標(biāo)為例，構(gòu)造的判斷矩陣為

表1 標(biāo)度ija　 重要度及描述

使用方根法求特征向量并驗(yàn)證一致性，得到最大特征值λmax=6.21;最終得到一級(jí)指標(biāo)權(quán)重為

w=（0.12,0.29,0.1,0.29,0.13,0.07）

同理，使用相同方法得到各二級(jí)指標(biāo)權(quán)重值，其指標(biāo)量化，見表2。

表2 指標(biāo)量化表

3 模糊綜合評(píng)判

（1）模糊綜合評(píng)判的步驟如下所示。

③建立因素權(quán)重集：

·建立因素類權(quán)重集A；

首先由第一級(jí)F綜合評(píng)判矩陣得到二層F綜合評(píng)判的單因素類評(píng)判矩陣R：

在充分考慮了國(guó)內(nèi)外類似產(chǎn)品現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對(duì)其他產(chǎn)品存在的重載啟動(dòng)困難、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易損件壽命短等技術(shù)缺陷，通過優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)、提升控制水平，使用新型材料等手段，研制了性能優(yōu)異的KLM立磨機(jī)，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示［4］。

設(shè)第二層F綜合評(píng)判中采用F綜合評(píng)判模型M，第二層綜合評(píng)判矩陣B為：

（2） 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

評(píng)判集是指指標(biāo)評(píng)價(jià)過程中，可能出現(xiàn)的評(píng)語(yǔ)的集合。本文使用的評(píng)判集為

式中，Vi表示指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)程度。

根據(jù)本文所提出的輸電線路雷擊災(zāi)害評(píng)價(jià)指標(biāo)，依次建立第一層因素以及第二層因素集：依據(jù)評(píng)判集的風(fēng)險(xiǎn)程度，對(duì)每個(gè)進(jìn)行單因素評(píng)價(jià)，由6位專家組成的評(píng)價(jià)小組，用投票的方法，得到相應(yīng)的單因素評(píng)價(jià)矩陣。某電網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，見表3。

表3 某電網(wǎng)雷擊災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)表

通過層次分析法確定二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)合已經(jīng)確定判斷矩陣，帶入計(jì)算公式（1），得到一級(jí)指標(biāo)的評(píng)判向量：

同理計(jì)算得到

一級(jí)指標(biāo)權(quán)重為

w=（0.12,0.29,0.1,0.29,0.13,0.07），一級(jí)指標(biāo)模糊評(píng)判矩陣R為

根據(jù)式（2），可得到總的評(píng)判向量為

B=（0.154,0.110,0.312,0.327,0.176）

根據(jù)隸屬度最大原則，Bmax=0.327，可知，評(píng)價(jià)對(duì)象的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為較低。

4 結(jié)論

通過對(duì)輸電線路雷擊災(zāi)害的分析，確定輸電線路評(píng)價(jià)指標(biāo)，并使用層次分析法確定各級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)合該指標(biāo)建立多層次的模糊綜合評(píng)判模型，對(duì)輸電線路雷電災(zāi)害進(jìn)行綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。使用此模型對(duì)某輸電線路雷擊災(zāi)害進(jìn)行模糊綜合評(píng)判，確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為較低，這與線路實(shí)際情況基本符合。但在權(quán)重確定以及模糊評(píng)判過程中，人為主觀比例較大，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性有所影響。同時(shí)，評(píng)判向量中存在隸屬度相近的可能，這對(duì)客觀確認(rèn)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)有一定的影響。

［1］ 羅大強(qiáng).10 kV 架空裸導(dǎo)線配電線路雷擊影響因素分析［J］.電磁避雷器，2013，（3）：116-122.

［2］ 周凱.500 kV單回路輸電線路雷電繞擊計(jì)算與分析［D］.上海：上海交通大學(xué)，2011.

［3］ 趙淳，陳家宏，阮江軍.電網(wǎng)雷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)研究［J］.高電壓技術(shù)，2011，（12）：3012-3021.

［4］ 趙淳，谷山強(qiáng)，童雪芳.多層次電網(wǎng)雷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系研究［C］// 第28屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì).廈門：中國(guó)氣象學(xué)會(huì)，2011.

［5］ 譚宇翔.廣西電網(wǎng)輸電線路雷擊風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估指標(biāo)研究［D］.南寧：廣西大學(xué)，2011.

［6］ 吳正樹，韋富彬.500 kV 交流輸電線路雷擊分析［J］.廣西電力，2008，（6）：75-77.

［7］ 曾鳴，陳英杰，胡獻(xiàn)忠.基于多層次模糊綜合評(píng)價(jià)法的我國(guó)智能電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［J］.華東電力，2011，（4）：535-539.

［8］ 黎璇，張亞軍.張家口地區(qū)高壓輸電線路雷害風(fēng)險(xiǎn)分析［J］.水電能源科學(xué)，2011，（8）：187-189.

［9］ 童杭偉，金祖山.影響輸電線路雷擊跳閘的環(huán)境因素分析［J］.浙江電力，2013，（5）：1-3.

［10］ 陳家宏，王劍.電網(wǎng)雷災(zāi)分布圖研究［J］.高電壓技術(shù)，2008，（10）：2016-2021.

［11］ 黃少紅.如何有效防止架空輸電線路雷擊發(fā)生［J］.廣東科技，2007，（11）：162-163.

［12］ 阮羚，谷山強(qiáng).鄂西三峽地區(qū)220 kV線路差異化防雷技術(shù)與策略［J］.高電壓技術(shù)，2012，（1）:157-165.

（1.State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control of College of Chongqing University，Chongqing 400030，China；2.Resources and Environmental Science of Chongqing University，Chongqing 400030，China；3．Chongqing Electric Power Corporation of SGCC，Chongqing 400015，China）

A Study on the Risk Assessment of Lightning Disasters of the Transm ission Line

SI Hu1，2，ZHOU Yang3，XIA Tao3

Lightning disasters are a main cause of tripping operations of the transmission line．For integrated and comprehensive risk assessment of those disasters，this article puts forward a FAHP-based risk assessment model．Six first-class indexes and many second-class ones are established according to the disasters with the FAHP being applied to determine the weight of each index．The risk assessment is implemented based on the multi-level fuzzy comprehensive evaluation method．Finally，its effectiveness is verified by means of computational example analysis．

risk assessment；fuzzy comprehensive evaluation；transmission line；lightning disasters

【中國(guó)分類號(hào)】TM773 A

1008-8032（2015）05-0023-05

2015-02-06

該文獲重慶市電機(jī)工程學(xué)會(huì)2014年學(xué)術(shù)年會(huì)優(yōu)秀論文三等獎(jiǎng)

司 鵠（1964-），教授，研究方向?yàn)榘踩茖W(xué)，工程力學(xué)以及流體力學(xué)。