周林偉，程 剛

(國(guó)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(jī)構(gòu)斷路器運(yùn)行狀態(tài)的綜合評(píng)價(jià)

周林偉，程 剛

(國(guó)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(jī)構(gòu)斷路器運(yùn)行狀態(tài)的灰色層次理論綜合評(píng)價(jià)方法。根據(jù)液壓操作機(jī)構(gòu)斷路器構(gòu)成元件，定義了5種指標(biāo)集，用灰色關(guān)聯(lián)分析法計(jì)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(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析，并對(duì)實(shí)際液壓操作機(jī)構(gòu)斷路器進(jìn)行計(jì)算，取得了良好的計(jì)算結(jié)果。

液壓機(jī)構(gòu)斷路器；關(guān)聯(lián)度；綜合評(píng)價(jià)；運(yùn)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(shí)配合繼電保護(hù)動(dòng)作斷開故障電路，以確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。因此斷路器運(yùn)行狀態(tài)決定了電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。但斷路器運(yùn)行狀態(tài)的可靠性卻取決于多種復(fù)雜因素和運(yùn)行條件。如何對(duì)斷路器進(jìn)行有效維護(hù)，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(yùn)行狀態(tài)的灰色層次理論綜合評(píng)價(jià)方法。

1 液壓機(jī)構(gòu)斷路器的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

本文根據(jù)液壓機(jī)構(gòu)斷路器的運(yùn)行情況，將液壓機(jī)構(gòu)斷路器分為液壓操作機(jī)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(gè)主要方面，其綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示。

根據(jù)文獻(xiàn)[1]，將液壓機(jī)構(gòu)斷路器運(yùn)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(biāo)不合格率嚴(yán)重，已基本不能適應(yīng)運(yùn)行要求，對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來重大隱患的狀態(tài)。警示狀態(tài)是指元件有個(gè)別1項(xiàng)或幾項(xiàng)次要參數(shù)指標(biāo)不合格，尚能滿足運(yùn)行要求,存在可能影響安全穩(wěn)定運(yùn)行的局部缺陷。良好狀態(tài)是指元件各參數(shù)指標(biāo)均合格，運(yùn)行工況完全滿足運(yùn)行條件要求。根據(jù)這3類標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)上述的5個(gè)子目標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)就可以得到液壓機(jī)構(gòu)斷路器運(yùn)行狀態(tài)的全面、客觀的評(píng)價(jià)結(jié)論。

2 灰色關(guān)聯(lián)理論的評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)方法，能夠進(jìn)行單層次或多層次評(píng)價(jià)。單層次評(píng)價(jià)可分為確定評(píng)價(jià)指標(biāo)、計(jì)算參考數(shù)列、均值化處理數(shù)據(jù)、求評(píng)價(jià)矩陣、計(jì)算指標(biāo)權(quán)重和關(guān)聯(lián)度綜合評(píng)價(jià)。

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

2.1 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)

評(píng)價(jià)指標(biāo)是評(píng)價(jià)對(duì)象的各構(gòu)成元件參數(shù)，它們是評(píng)價(jià)對(duì)象的評(píng)價(jià)依據(jù)。對(duì)評(píng)價(jià)液壓機(jī)構(gòu)斷路器運(yùn)行狀態(tài)而言，評(píng)價(jià)指標(biāo)如圖1所示。

圖1 液壓機(jī)構(gòu)斷路器綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系圖

2.2 計(jì)算參考數(shù)列

求參考數(shù)列，即是確定理想?yún)?shù)集。液壓機(jī)構(gòu)斷路器運(yùn)行狀態(tài)中最佳的情況是液壓操作機(jī)構(gòu)、絕緣子、滅弧單元、輔助控制單元、地基及接地裝置5個(gè)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(píng)元件同一參數(shù)中選取最優(yōu)的一個(gè)組成理想數(shù)集，它是各參評(píng)元件比較的標(biāo)準(zhǔn)，記為｛X0｝(k=1,2,...,n)，X0=(1,0,0)是液壓機(jī)構(gòu)斷路器運(yùn)行狀態(tài)理想標(biāo)準(zhǔn)數(shù)集。

2.3 均值化處理數(shù)據(jù)

由于各參評(píng)元件大都具有不同的量綱，因而需對(duì)其進(jìn)行無量綱化處理。本文利用平均值化方法處理。設(shè)有m個(gè)待評(píng)的液壓機(jī)構(gòu)斷路器運(yùn)行狀態(tài)，有n個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)，則

式中，Xi(k)，Xi'(k)分別為第i種目標(biāo)的第k個(gè)參評(píng)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(píng)價(jià)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(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)列與參考數(shù)列相比較時(shí)，第k個(gè)指標(biāo)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(píng)價(jià)矩陣F：F=[ε(1),ε(2),...,ε(n)]，其中ε (i)均為列向量。

2.5 計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)[4]

本文采用層次分析法計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，權(quán)重系數(shù)反映了各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的影響大小。層次分析法通過對(duì)每?jī)蓚€(gè)指標(biāo)互相比較，確定各個(gè)指標(biāo)的比較值。從結(jié)構(gòu)層次模型的第2層開始，對(duì)從屬于高一層每個(gè)指標(biāo)的同一層各指標(biāo)，用1-9比較度和“成對(duì)比較法”構(gòu)造成對(duì)比較陣，直至最下層。從而把n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)排列成一個(gè)n階判斷矩陣，這個(gè)矩陣的元素值反映了人們對(duì)指標(biāo)關(guān)于目標(biāo)相對(duì)重要性的認(rèn)識(shí)，在相鄰的兩個(gè)層次中，高層次為目標(biāo)，低層次為指標(biāo)。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(duì)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(biāo)對(duì)于上一層某指標(biāo)相對(duì)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(jì)算灰色綜合評(píng)價(jià)[5]

灰色綜合評(píng)價(jià)是評(píng)價(jià)矩陣F和權(quán)重系數(shù)向量R的向量積，式（5）中W為評(píng)價(jià)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(shí)例分析

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

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)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(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)價(jià)模型圖及指標(biāo)權(quán)重確定方法，以液壓機(jī)構(gòu)斷路器的32個(gè)指標(biāo)為基本評(píng)價(jià)指標(biāo)，應(yīng)用VB軟件編制權(quán)重計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算出權(quán)重系數(shù)矩陣C、權(quán)重系數(shù)向量Ra。

指標(biāo)項(xiàng)對(duì)子目標(biāo)項(xiàng)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(duì)應(yīng)各行的數(shù)值。

3.2 量化評(píng)價(jià)指標(biāo)

在技術(shù)評(píng)價(jià)中，需要對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行量化，按照文獻(xiàn)[1]提出的3類標(biāo)準(zhǔn)，按式(1)進(jìn)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(biāo)項(xiàng)，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(jì)算灰色多層次綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

用表1數(shù)據(jù)分別構(gòu)造液壓操作機(jī)構(gòu)、絕緣子、滅弧單元、輔助控制單元、地基及接地裝置指標(biāo)值矩陣，然后將各矩陣中的各指標(biāo)值分別代入式（1）進(jìn)行量化處理，再分別代入式（2）計(jì)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(jì)算出5個(gè)子目標(biāo)項(xiàng)第2層次綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量為

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

最后，根據(jù)式（5）可得總的評(píng)價(jià)結(jié)果向量為

3.4 分析實(shí)際算例

由計(jì)算結(jié)果可知，本次統(tǒng)計(jì)的73臺(tái)液壓機(jī)構(gòu)斷路器的液壓操作機(jī)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(jì)的73臺(tái)液壓機(jī)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(duì)本次統(tǒng)計(jì)的73臺(tái)液壓機(jī)構(gòu)斷路器的整體運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，液壓機(jī)構(gòu)斷路器良好狀態(tài)關(guān)聯(lián)度為0.921 3，液壓機(jī)構(gòu)斷路器運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)處于良好狀態(tài)。但本次統(tǒng)計(jì)的73臺(tái)液壓機(jī)構(gòu)斷路器部分絕緣子處于警示狀態(tài)，應(yīng)對(duì)本次統(tǒng)計(jì)的73臺(tái)液壓機(jī)構(gòu)斷路器的部分絕緣子進(jìn)行及時(shí)檢修或更換。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)液壓機(jī)構(gòu)斷路器運(yùn)行情況，提出了32個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。這些指標(biāo)能夠比較合理地描述液壓機(jī)構(gòu)斷路器及其各部分運(yùn)行狀態(tài)和它們的相互關(guān)系，有機(jī)結(jié)合了定量分析與定性分析方法，給出了一種比較實(shí)用的液壓機(jī)構(gòu)斷路器運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)方法。

灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)方法是一種卓有成效的綜合評(píng)價(jià)方法。其原理明晰，算法簡(jiǎn)潔，評(píng)價(jià)結(jié)果客觀可靠，有較強(qiáng)的實(shí)用性。利用此方法對(duì)液壓機(jī)構(gòu)斷路器進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，可極大提高液壓機(jī)構(gòu)斷路器維護(hù)、檢修效率。

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

[2] 曹國(guó)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(píng)價(jià)方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006，26（4）：51-55.

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

[4] 陳堅(jiān)紅，盛得仁，李蔚，等.火電廠工程多目標(biāo)綜合評(píng)價(jià)模型[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2002，22（12）：152-155.

[5] 王延龍.我國(guó)城鎮(zhèn)居民住宅負(fù)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(dòng)化專業(yè)，碩士，工程師，從事變電運(yùn)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(dòng)化專業(yè)，碩士，工程師，從事變電站繼電保護(hù)工作。