劉 貞，沙道鳳，湯雪松，王洪授，陳紅光，白 璐

（1.重慶理工大學(xué) 低碳能源中心，重慶 400054；2.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司潼南區(qū)供電分公司，重慶 402660）

配電網(wǎng)是由架空線(xiàn)路或電纜配電線(xiàn)路、桿塔、配電變壓器、隔離開(kāi)關(guān)、無(wú)功補(bǔ)償器及一些附屬設(shè)施等組成，在電力網(wǎng)中起分配電能的作用，是連接輸電網(wǎng)和用戶(hù)的重要設(shè)施。配電網(wǎng)能否平穩(wěn)、安全運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)社會(huì)生產(chǎn)生活能否順利運(yùn)展。另外，對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)是進(jìn)行設(shè)備檢修的前提。國(guó)外從20世紀(jì)60年代末、國(guó)內(nèi)從20世紀(jì)80年代初開(kāi)始進(jìn)行電力系統(tǒng)運(yùn)行評(píng)估研究，其可分為兩類(lèi)：一是基于指標(biāo)體系研究；二是基于理論方法研究。

在基于指標(biāo)體系研究中：專(zhuān)家學(xué)者根據(jù)研究的對(duì)象不同，分別建立不同的指標(biāo)體系。文獻(xiàn)［1］在電力系統(tǒng)評(píng)估中，通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)不同電壓等級(jí)建立指標(biāo)體系，清晰地將電壓等級(jí)化，但沒(méi)有考慮各地區(qū)電力負(fù)荷密度及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)［2］通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)線(xiàn)路建立指標(biāo)體系，并進(jìn)行了節(jié)能潛力分析，但指標(biāo)不全且未考慮到地域差異對(duì)評(píng)估結(jié)果的影響。文獻(xiàn)［3］基于效果與基礎(chǔ)互動(dòng)建立電網(wǎng)評(píng)價(jià)體系，通過(guò)一系列評(píng)價(jià)方法驗(yàn)證指標(biāo)體系的科學(xué)性和有效性，但缺乏實(shí)際應(yīng)用案例。沈輝等［5］從配電網(wǎng)的供電質(zhì)量、供電能力以及經(jīng)濟(jì)性3個(gè)方面選取指標(biāo)對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行綜合量化評(píng)價(jià)，但經(jīng)濟(jì)性因素指標(biāo)數(shù)量選取較少，研究結(jié)果不具有普遍代表性。有學(xué)者提出主動(dòng)配電網(wǎng)的評(píng)估指標(biāo)體系，從間歇式能源并網(wǎng)和配電網(wǎng)控制特性2個(gè)指標(biāo)來(lái)考核配電網(wǎng)的運(yùn)行性能。

在基于理論方法研究中，王敬敏等［6］提出采用三級(jí)綜合評(píng)估體系，闡述了智能配電網(wǎng)評(píng)估指標(biāo)體系的建立；歐陽(yáng)森［7］利用熵權(quán)法從數(shù)據(jù)離散程度來(lái)確定權(quán)重以此評(píng)估電能質(zhì)量；劉剛等［8］采用層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)線(xiàn)路防雷措施進(jìn)行評(píng)估優(yōu)化；高新華等［9］利用主要成分分析法對(duì)智能電網(wǎng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)；王曉濱等［10］采用分層抽樣的自適應(yīng)算法；賀麗等對(duì)變壓器油中氣體故障識(shí)別方法進(jìn)行了比較，主要對(duì)ART2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在變壓器故障檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行研究。三級(jí)綜合評(píng)估體系法相對(duì)比較客觀(guān)，但缺乏對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)際意義的分析，缺少實(shí)際可行性［11-13］。熵權(quán)法的指標(biāo)選取有一定的局限性，在一定程度上降低了數(shù)據(jù)維度［14］。通過(guò)模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)線(xiàn)路防雷進(jìn)行評(píng)估，提高了評(píng)估的全面性，但評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重難以確定，導(dǎo)致相關(guān)重要數(shù)據(jù)無(wú)法計(jì)算。分層抽樣的自適應(yīng)算法可進(jìn)一步提高抽樣的可靠性和效率，但難以把握實(shí)際分層標(biāo)準(zhǔn)。ART2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法具有自歸一能力和靈活性，方便不同樣本輸入，在現(xiàn)行研究下較為全面客觀(guān)，但缺少相關(guān)計(jì)算和確切的評(píng)估方法。

在指標(biāo)體系及理論方法研究中，各學(xué)者通過(guò)確立不同指標(biāo)和不同方法對(duì)相應(yīng)的配電網(wǎng)系統(tǒng)及設(shè)備進(jìn)行檢修優(yōu)化，其中李攀藝等通過(guò)重置成本法來(lái)進(jìn)行機(jī)電設(shè)備評(píng)估，但在評(píng)估體系建立時(shí)指標(biāo)選擇差異性不顯著。在此研究基礎(chǔ)上，本文提出基于專(zhuān)家評(píng)價(jià)方法的配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)層次分析評(píng)價(jià)模型，以提高指標(biāo)選擇的正確性［15-16］。

1 基于專(zhuān)家評(píng)價(jià)方法的配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)層次分析評(píng)價(jià)模型

1.1 配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)層次分析評(píng)價(jià)模型基本原理

通過(guò)建立模型、構(gòu)造判斷矩陣、層次單排序、組合排序、一致性檢驗(yàn)、綜合選優(yōu)6個(gè)步驟建立配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)層次分析評(píng)價(jià)模型，見(jiàn)圖1。

圖1 配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)層次分析評(píng)價(jià)模型建立步驟

1.2 配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)層次分析評(píng)價(jià)模型

根據(jù)總體方案的性質(zhì)和所要達(dá)到的目標(biāo)，層次分析法（AHP）可分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、子準(zhǔn)則層、方案層等不同的組成因素，以此形成一個(gè)多層次、多因素的分析結(jié)構(gòu)模型［17-19］。

1）構(gòu)造判斷矩陣

假定判斷矩陣 A＝（aij）n×n，通常采用 5級(jí)標(biāo)度法給矩陣中的元素aij賦值。5級(jí)標(biāo)度法取值范圍如表1所示。

她點(diǎn)頭：“嗯，我長(zhǎng)大了要當(dāng)鋼琴老師?！庇终f(shuō)，“我也要好好學(xué)英語(yǔ)。要不然我去美國(guó)，大家聽(tīng)不懂我講話(huà)怎么辦？”——很抱歉，她五歲，已經(jīng)很自然地有了美國(guó)夢(mèng)。整個(gè)社會(huì)的價(jià)值觀(guān)，就這么直接地以?xún)和w現(xiàn)。歷朝歷代，都拿童謠當(dāng)作天讖。

表1 5級(jí)標(biāo)度法取值范圍

2）判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)一致性指標(biāo)為

隨機(jī)一致性比率為：

式中：RI代表平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，其數(shù)值見(jiàn)表2。

表2 一致性指標(biāo)

當(dāng)CR＜0.10時(shí)，可以認(rèn)為判斷矩陣A具有一致性，否則需要調(diào)整判斷矩陣，直到滿(mǎn)意結(jié)果為止，再計(jì)算下一步。

3）計(jì)算判斷矩陣的最大特征值

判斷矩陣A對(duì)應(yīng)特征值λmax的特征向量B＝（b1，b2，…，bn）T，運(yùn)用式（3）計(jì)算出對(duì)應(yīng)的權(quán)重。

式中：wi為下層指標(biāo)權(quán)重；bi為特征向量B的第i個(gè)元素；bj為特征向量B的第j個(gè)元素；n為判斷矩陣A的階數(shù)。

2 基于專(zhuān)家評(píng)價(jià)方法的配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)層次分析評(píng)價(jià)

已有配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估大多是基于某一設(shè)備特性或假設(shè)性模擬仿真，缺乏統(tǒng)一性，且在A(yíng)HP方法應(yīng)用上，大多是模型推導(dǎo)介紹，缺少數(shù)據(jù)實(shí)證研究。本文以重慶市潼南供電公司為例，采用AHP方法，選取配電網(wǎng)系統(tǒng)中配電變壓器、配電高壓隔離開(kāi)關(guān)、配電柱上真空斷路器、配電室、箱式變壓器、架空配電線(xiàn)路、架空電力線(xiàn)纜這7類(lèi)代表性設(shè)備作為研究對(duì)象，通過(guò)評(píng)估配電設(shè)備的穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性來(lái)對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.1 設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

這7類(lèi)設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的整體平穩(wěn)運(yùn)行都至關(guān)重要，且各設(shè)備之間關(guān)聯(lián)程度很高，重要狀態(tài)指標(biāo)也有一定的相似性。鑒于此，本文以配電變壓器評(píng)價(jià)研究方法為例開(kāi)展研究，其成果可推廣至多類(lèi)設(shè)備的評(píng)價(jià)中。

2.2 樣本指標(biāo)專(zhuān)家評(píng)分

針對(duì)配電變壓器狀態(tài)評(píng)價(jià)，本文對(duì)重慶市潼南供電公司的6位專(zhuān)家進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，重要狀態(tài)指標(biāo)對(duì)配電變壓器的重要程度評(píng)價(jià)的對(duì)應(yīng)得分取值為｛（0～20），（20～40），（40～60），（60～80），（80～100）｝，分別對(duì)應(yīng)語(yǔ)評(píng)集｛不重要，較不重要，一般，較重要，很重要｝，6位專(zhuān)家的打分結(jié)果如表4～7所示。

按照分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行等級(jí)劃分，｛（小于520），（520，530），（530，540），（540，550），（550，560）｝分別對(duì)應(yīng)評(píng)語(yǔ)集｛不重要，較不重要，一般，較重要，很重要｝，可得到各類(lèi)指標(biāo)的重要程度劃分，如表8所示。

表3 設(shè)備評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

表4 針對(duì)穩(wěn)定性考慮指標(biāo)重要性

表5 針對(duì)安全性考慮指標(biāo)重要性

表6 針對(duì)經(jīng)濟(jì)性考慮指標(biāo)重要性

表7 針對(duì)可靠性考慮指標(biāo)重要性

表8 指標(biāo)重要性

根據(jù)表8顯示的結(jié)果可知：在各指標(biāo)的穩(wěn)定性重要程度上，配電變壓器的滲漏油、油標(biāo)油位、聲響的等級(jí)為“很重要”，即這3個(gè)指標(biāo)只有處于穩(wěn)定時(shí)配電變壓器才能正常工作；同理，當(dāng)滲漏油指標(biāo)的安全性很高時(shí)，配電變壓器的工作性能才能得到保證；在經(jīng)濟(jì)性重要程度上，配電變壓器的滲漏油、各運(yùn)行狀態(tài)量、吸濕器、接地電阻的等級(jí)劃分為“較重要”，其重要程度高于紅外檢測(cè)、油標(biāo)油位、聲響和配電臺(tái)架，即在配電變壓器的日常運(yùn)行中，要更加注意滲漏油、各運(yùn)行狀態(tài)量、吸濕器、接地電阻的相關(guān)費(fèi)用，提高其經(jīng)濟(jì)性；在可靠性重要程度上，指標(biāo)滲漏油的等級(jí)為“很重要”，高于其他指標(biāo)，即滲漏油的可靠性大小直接關(guān)系到配電變壓器運(yùn)行的正常與否。

3 基于層次分析法的權(quán)重分析及一致性檢驗(yàn)

3.1 方案中各要素對(duì)決策目標(biāo)的權(quán)重排序

權(quán)重排序見(jiàn)表9、10。

表9 方案層中要素對(duì)決策目標(biāo)的權(quán)重排序

表10 第1個(gè)中間層中要素對(duì)決策目標(biāo)的權(quán)重排序

3.2 方案中要素對(duì)決策目標(biāo)的一致性檢驗(yàn)

表11～15中Wi數(shù)值的計(jì)算依據(jù)為式（3）。

由表11可知：變壓器各性能所占的權(quán)重中，經(jīng)濟(jì)性（0.425 4）＞安全性（0.248 3）＞穩(wěn)定性（0.201 5）＞可靠性（0.124 8）。

由表12可知：配電變壓器各指標(biāo)在穩(wěn)定性評(píng)價(jià)體系中所占的權(quán)重中，滲漏油（0.276 6）＞油標(biāo)油位（0.199 5）＝聲響（0.199 5）＞各運(yùn)行狀態(tài)量（0.096 7）＞吸濕器（0.087 7）＞接地電阻（0.071 6）＞紅 外 檢 測(cè) 0.042 5）＞配 電 臺(tái) 架（0.025 7）。該權(quán)重的劃分結(jié)果也與表8中各指標(biāo)的穩(wěn)定性重要等級(jí)相對(duì)應(yīng)。

據(jù)表13可知：配電變壓器各指標(biāo)在安全性評(píng)價(jià)體系中所占的權(quán)重，滲漏油（0.320 0）＞紅外檢測(cè)（0.174 2）＞吸濕器（0.164 2）＞各運(yùn)行狀態(tài)量（0.151 1）＞油標(biāo)油位（0.074 3）＞聲響（0.059 0）＞接電地阻（0.032 0）＞配電臺(tái)架（0.025 3）。

據(jù)表14可知：配電變壓器各指標(biāo)在經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)體系中所占的權(quán)重，滲漏油（0.224 1）＞各運(yùn)行狀態(tài)量（0.208 9）＞接地電阻（0.195 5）＞紅外檢測(cè)（0.088 1）＞油標(biāo)油位（0.087 8）＞吸濕器（0.068 9）＞聲響（0.066 3）＞配電臺(tái)架（0.060 4）。

表11 變壓器各性能權(quán)重分析

表12 配電變壓器各指標(biāo)在穩(wěn)定性評(píng)價(jià)體系中所占的權(quán)重

表13 配電變壓器各指標(biāo)在安全性評(píng)價(jià)體系中所占的權(quán)重

表14 配電變壓器各指標(biāo)在經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)體系中所占的權(quán)重

表15 配電變壓器各指標(biāo)在可靠性評(píng)價(jià)體系中所占的權(quán)重

據(jù)表15可知：在配電變壓器各指標(biāo)在可靠性評(píng)價(jià)體系中所占的權(quán)重中，滲漏油（0.331 5）＞紅外檢測(cè)（0.218 8）＞接地電阻（0.143 6）＞配電臺(tái)架（0.114 0）＞各運(yùn)行狀態(tài)量（0.060 5）＝油標(biāo)油位（0.060 5）＞吸濕器（0.044 7）＞聲響（0.026 4）。

基于專(zhuān)家評(píng)價(jià)及層次分析法的分析結(jié)果來(lái)看，重慶潼南電力公司在綜合考慮配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性、安全性、穩(wěn)定性、可靠性的情況下，配電變壓器的滲漏油、各運(yùn)行狀態(tài)、紅外檢測(cè)、接地電阻是其日常進(jìn)行配電網(wǎng)監(jiān)測(cè)和維護(hù)的重點(diǎn)。吸濕器、油標(biāo)油位、聲響、配電臺(tái)架可根據(jù)運(yùn)行情況進(jìn)行定期檢查、維護(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

在配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)中，應(yīng)綜合考慮設(shè)備個(gè)體性能指標(biāo)與其運(yùn)行方式的相關(guān)性以及指標(biāo)選擇的科學(xué)性。

本文提出的通過(guò)在影響配電網(wǎng)運(yùn)行的多種因素中提取重要因素建立的運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，可以為配電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)、評(píng)估等提供科學(xué)的方法模型，為配電網(wǎng)狀態(tài)檢修提供數(shù)據(jù)支持。

通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)中代表性設(shè)備變壓器進(jìn)行加權(quán)分析，可以比較清晰地了解不同設(shè)備在進(jìn)行穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性方面考慮時(shí)的權(quán)重差異，以此推廣到其他電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)評(píng)估中，通過(guò)對(duì)多種設(shè)備狀態(tài)的檢測(cè)分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)的運(yùn)行異常。

本文提出一種基于專(zhuān)家評(píng)價(jià)方法的配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)層次分析法模型及應(yīng)用，在一定程度上可以為配電網(wǎng)評(píng)估及檢修提供指標(biāo)參考，提高設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性，為電網(wǎng)設(shè)備檢修提供一定的研究依據(jù)和參考意義。