周林偉，程 剛

(國網(wǎng)山西省電力公司晉城供電公司，山西 晉城 048000）

基于灰色層次理論液壓機構(gòu)斷路器運行狀態(tài)的綜合評價

周林偉，程 剛

(國網(wǎng)山西省電力公司晉城供電公司，山西 晉城 048000）

提出了一種液壓操作機構(gòu)斷路器運行狀態(tài)的灰色層次理論綜合評價方法。根據(jù)液壓操作機構(gòu)斷路器構(gòu)成元件，定義了5種指標集，用灰色關(guān)聯(lián)分析法計算各元件的關(guān)聯(lián)系數(shù)，用層次分析法確定權(quán)重系數(shù)，最后采用關(guān)聯(lián)度大小進行綜合評價分析，并對實際液壓操作機構(gòu)斷路器進行計算，取得了良好的計算結(jié)果。

液壓機構(gòu)斷路器；關(guān)聯(lián)度；綜合評價；運行狀態(tài)；灰色層次分析法

0 引言

斷路器是電力系統(tǒng)中各變電站的重要設(shè)備之一,正常情況下，斷路器用來開斷和關(guān)合電路；故障時配合繼電保護動作斷開故障電路，以確保電力系統(tǒng)安全運行。因此斷路器運行狀態(tài)決定了電力系統(tǒng)運行的可靠性。但斷路器運行狀態(tài)的可靠性卻取決于多種復(fù)雜因素和運行條件。如何對斷路器進行有效維護，制定最優(yōu)檢修策略是電力企業(yè)遇到的一大難題。本文提出了一種斷路器運行狀態(tài)的灰色層次理論綜合評價方法。

1 液壓機構(gòu)斷路器的綜合評價指標體系

本文根據(jù)液壓機構(gòu)斷路器的運行情況，將液壓機構(gòu)斷路器分為液壓操作機構(gòu)、絕緣子、滅弧單元、輔助控制單元、基礎(chǔ)及接地裝置5個主要方面，其綜合評價指標體系如圖1所示。

根據(jù)文獻[1]，將液壓機構(gòu)斷路器運行狀態(tài)分為3類，即不良狀態(tài)、警示狀態(tài)和良好狀態(tài)。不良狀態(tài)是指元件各參數(shù)指標不合格率嚴重，已基本不能適應(yīng)運行要求，對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來重大隱患的狀態(tài)。警示狀態(tài)是指元件有個別1項或幾項次要參數(shù)指標不合格，尚能滿足運行要求,存在可能影響安全穩(wěn)定運行的局部缺陷。良好狀態(tài)是指元件各參數(shù)指標均合格，運行工況完全滿足運行條件要求。根據(jù)這3類標準分別對上述的5個子目標進行評價就可以得到液壓機構(gòu)斷路器運行狀態(tài)的全面、客觀的評價結(jié)論。

2 灰色關(guān)聯(lián)理論的評價步驟

灰色關(guān)聯(lián)法[2-3]是在灰色系統(tǒng)原理上演變發(fā)展起來的一種新的評價方法，能夠進行單層次或多層次評價。單層次評價可分為確定評價指標、計算參考數(shù)列、均值化處理數(shù)據(jù)、求評價矩陣、計算指標權(quán)重和關(guān)聯(lián)度綜合評價。

多層次評價是在單層次評價的基礎(chǔ)之上進行的，原理相似，但處理數(shù)據(jù)方法不同，高層次的評價是建立在較低一層的評價結(jié)論上進行的。

2.1 確定評價指標

評價指標是評價對象的各構(gòu)成元件參數(shù)，它們是評價對象的評價依據(jù)。對評價液壓機構(gòu)斷路器運行狀態(tài)而言，評價指標如圖1所示。

圖1 液壓機構(gòu)斷路器綜合評價指標體系圖

2.2 計算參考數(shù)列

求參考數(shù)列，即是確定理想?yún)?shù)集。液壓機構(gòu)斷路器運行狀態(tài)中最佳的情況是液壓操作機構(gòu)、絕緣子、滅弧單元、輔助控制單元、地基及接地裝置5個方面均處于良好狀態(tài)，即良好狀態(tài)的概率為1，警示狀態(tài)和不良狀態(tài)的概率均為0。從各參評元件同一參數(shù)中選取最優(yōu)的一個組成理想數(shù)集，它是各參評元件比較的標準，記為｛X0｝(k=1,2,...,n)，X0=(1,0,0)是液壓機構(gòu)斷路器運行狀態(tài)理想標準數(shù)集。

2.3 均值化處理數(shù)據(jù)

由于各參評元件大都具有不同的量綱，因而需對其進行無量綱化處理。本文利用平均值化方法處理。設(shè)有m個待評的液壓機構(gòu)斷路器運行狀態(tài)，有n個評價參數(shù)，則

式中，Xi(k)，Xi'(k)分別為第i種目標的第k個參評參數(shù)的基本數(shù)據(jù)和平均值化方法后的數(shù)據(jù)。

2.4 求評價矩陣

將均值化處理后的數(shù)據(jù)代入式(2)可以得到第i種目標評價指標數(shù)列與參考數(shù)列相比較時，第k個指標的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)為

式中，ρ為分辯系數(shù)，大小在0與1之間，通常取0.5；i=1,2,...,m；k=1,2,...,n。各關(guān)聯(lián)系數(shù)組成評價矩陣F：F=[ε(1),ε(2),...,ε(n)]，其中ε (i)均為列向量。

2.5 計算評價指標權(quán)重系數(shù)[4]

本文采用層次分析法計算各評價指標權(quán)重系數(shù)，權(quán)重系數(shù)反映了各評價指標對評價對象的影響大小。層次分析法通過對每兩個指標互相比較，確定各個指標的比較值。從結(jié)構(gòu)層次模型的第2層開始，對從屬于高一層每個指標的同一層各指標，用1-9比較度和“成對比較法”構(gòu)造成對比較陣，直至最下層。從而把n個評價指標排列成一個n階判斷矩陣，這個矩陣的元素值反映了人們對指標關(guān)于目標相對重要性的認識，在相鄰的兩個層次中，高層次為目標，低層次為指標。根據(jù)上述原理得到判斷矩陣。

判斷矩陣中每行所有元素幾何平均值得到向量M=[m1,m2,m3,...,mn]T，其中

求相對權(quán)重向量，E=[E1,E2,...,En]T，歸一化處理M，式中

即，同一層次諸指標對于上一層某指標相對重要性的排序權(quán)重值，Ei即為單層次排序的結(jié)論。

2.6 計算灰色綜合評價[5]

灰色綜合評價是評價矩陣F和權(quán)重系數(shù)向量R的向量積，式（5）中W為評價結(jié)果向量

式中，ri為權(quán)重系數(shù)，εi(k)為關(guān)聯(lián)系數(shù)。

3 實例分析

本文以山西省某供電公司所轄變電站的73臺液壓機構(gòu)斷路器為例，共有液壓操作機構(gòu)73個，絕緣子1 983個，滅弧單元73個，輔助控制單元390個，地基及接地裝置73基。

3.1 評價指標權(quán)重的確定

根據(jù)本文方法構(gòu)造出判斷矩陣，結(jié)合本文所述評價指標、評價模型圖及指標權(quán)重確定方法，以液壓機構(gòu)斷路器的32個指標為基本評價指標，應(yīng)用VB軟件編制權(quán)重計算程序進行計算。計算出權(quán)重系數(shù)矩陣C、權(quán)重系數(shù)向量Ra。

指標項對子目標項即第二層次的權(quán)重系數(shù)向量分別為R1，R2，R3，R4，R5，它們分別取權(quán)重系數(shù)矩陣C中對應(yīng)各行的數(shù)值。

3.2 量化評價指標

在技術(shù)評價中，需要對評價指標進行量化，按照文獻[1]提出的3類標準，按式(1)進行均值化處理，量化結(jié)果見表1。

表1 量化結(jié)果

表1中Ci(i=1,2,...,32)表示各指標項，X1，X2，X3分別表示良好狀態(tài)、警示狀態(tài)和不良狀態(tài)。

3.3 計算灰色多層次綜合評價結(jié)果

用表1數(shù)據(jù)分別構(gòu)造液壓操作機構(gòu)、絕緣子、滅弧單元、輔助控制單元、地基及接地裝置指標值矩陣，然后將各矩陣中的各指標值分別代入式（1）進行量化處理，再分別代入式（2）計算各相應(yīng)關(guān)聯(lián)系數(shù)值εi(k)，得到關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣F1,F2,F3,F4, F5；再由式（5）計算出5個子目標項第2層次綜合評價結(jié)果向量為

再利用Wb1，Wb2，Wb3，Wb4，Wb5構(gòu)造第1層次的評價矩陣Wb為

最后，根據(jù)式（5）可得總的評價結(jié)果向量為

3.4 分析實際算例

由計算結(jié)果可知，本次統(tǒng)計的73臺液壓機構(gòu)斷路器的液壓操作機構(gòu)良好狀態(tài)關(guān)聯(lián)度為0.915 2，絕緣子良好狀態(tài)關(guān)聯(lián)度為0.661 3，滅弧單元良好狀態(tài)關(guān)聯(lián)度為0.982 1，輔助控制單元良好狀態(tài)關(guān)聯(lián)度為0.912 2，地基及接地裝置良好狀態(tài)關(guān)聯(lián)度為0.915 9，由此可見本次統(tǒng)計的73臺液壓機構(gòu)斷路器部分絕緣子處于警示狀態(tài)，其他元件都處于良好狀態(tài)。

同理，對本次統(tǒng)計的73臺液壓機構(gòu)斷路器的整體運行狀態(tài)進行評價，液壓機構(gòu)斷路器良好狀態(tài)關(guān)聯(lián)度為0.921 3，液壓機構(gòu)斷路器運行狀態(tài)應(yīng)處于良好狀態(tài)。但本次統(tǒng)計的73臺液壓機構(gòu)斷路器部分絕緣子處于警示狀態(tài)，應(yīng)對本次統(tǒng)計的73臺液壓機構(gòu)斷路器的部分絕緣子進行及時檢修或更換。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)液壓機構(gòu)斷路器運行情況，提出了32個評價指標。這些指標能夠比較合理地描述液壓機構(gòu)斷路器及其各部分運行狀態(tài)和它們的相互關(guān)系，有機結(jié)合了定量分析與定性分析方法，給出了一種比較實用的液壓機構(gòu)斷路器運行狀態(tài)評價方法。

灰色關(guān)聯(lián)評價方法是一種卓有成效的綜合評價方法。其原理明晰，算法簡潔，評價結(jié)果客觀可靠，有較強的實用性。利用此方法對液壓機構(gòu)斷路器進行綜合評價，可極大提高液壓機構(gòu)斷路器維護、檢修效率。

[1] 張全元.變電運行現(xiàn)場技術(shù)問答[M].北京：中國電力出版社，2003：89-135.

[2] 曹國慶，邢金城，涂光備.基于灰色層次分析理論的煙氣脫硫技術(shù)評價方法[J].中國電機工程學(xué)報，2006，26（4）：51-55.

[3] 呂干云，程浩忠，翟海保，等.基于改進灰色關(guān)聯(lián)分析的變壓器故障識別[J].中國電機工程學(xué)報，2004，24（10）：121-126.

[4] 陳堅紅，盛得仁，李蔚，等.火電廠工程多目標綜合評價模型[J].中國電機工程學(xué)報，2002，22（12）：152-155.

[5] 王延龍.我國城鎮(zhèn)居民住宅負擔(dān)能力的灰色關(guān)聯(lián)度分析[D].大連:大連理工大學(xué)，2006.

Comprehensive Evaluation of the Operation Status of Hydraulically Operated Circuit-breaker Based on Grey Hierarchy Theory

ZHOU Linwei,CHENG Gang

（State Grid Jincheng Power Supply Company of SEPC，Jincheng，Shanxi 048000,China)

A comprehensive method for evaluating the operation status of hydraulically operated circuit- breaker was put forward based on grey hierarchy theory. According to the constitute components of the hydraulically operated circuit- breaker, 5 kinds of index set were defined, and the correlation coefficient of each component was calculated based on grey relational analysis. The weight coefficient was confirmed by the analytic hierarchy process, finally, the correlation was used to analyze and evaluate comprehensively. Good results were achieved on the basis of the calculation and analysis of the actual situation of the hydraulically operated circuit- breaker.

hydraulic operating system of the circuit- breaker; correlation; comprehensive evaluation; operation status; grey analytic hierarchy process

TM561

A

1671-0320（2016）01-0039-04

2015-12-06，

2015-12-17

周林偉（1978），男，河南信陽人，2008年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，碩士，工程師，從事變電運維與檢修工作；

程 剛（1980），男，山西太原人，2008年畢業(yè)于西安科技大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，碩士，工程師，從事變電站繼電保護工作。