楊 東，潘 峰，任 翔，朱文羽，任遠(yuǎn)航，尚凱林，陳 然

（1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司 襄陽(yáng)供電公司，湖北 襄陽(yáng)，441000；2.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，武漢 430000）

0 引言

國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對(duì)供電可靠性提出了越來(lái)越高的要求［1-2］，另外輸電線路是一種長(zhǎng)壽命的重資產(chǎn)，帶電消缺和檢修是確保其功能和壽命的重要措施［3-4］。目前在線路設(shè)計(jì)階段，運(yùn)行檢修人員參與較少，導(dǎo)致輸電線路在初期設(shè)計(jì)方案中關(guān)注初始建設(shè)成本，而沒(méi)有考慮投運(yùn)后的運(yùn)行維護(hù)相關(guān)成本，不利于帶電作業(yè)的開(kāi)展和實(shí)施。很多電網(wǎng)公司承受巨大的經(jīng)濟(jì)損失或安全風(fēng)險(xiǎn)開(kāi)展停電檢修，或者投入大量的人力和物力成本開(kāi)展專(zhuān)用的工器具研發(fā)來(lái)滿足帶電作業(yè)的要求，這些均屬于后期彌補(bǔ)。隨著電網(wǎng)科技的進(jìn)步，大量的新技術(shù)和新設(shè)計(jì)得到了應(yīng)用，但初期是否能滿足輸電線路帶電作業(yè)檢修便捷性，仍然主要通過(guò)設(shè)計(jì)人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，存在一定主觀性以及設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況不符等情況，并且不同的地區(qū)對(duì)帶電作業(yè)檢修的需求也不同，相同的設(shè)計(jì)在不同地區(qū)帶來(lái)的效果也有不同，但對(duì)這些評(píng)估均沒(méi)有一個(gè)具體的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

目前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析、故障樹(shù)分析和模糊層次分析法常應(yīng)有于電梯、煤礦開(kāi)采及高空作業(yè)等領(lǐng)域的安全評(píng)估［5-7］，其中層次分析法是將一個(gè)復(fù)雜的多目標(biāo)分解成多指標(biāo)的若干層次，利用定性指標(biāo)模糊量化方法得到權(quán)重，最終確定優(yōu)化決策的系統(tǒng)方法，和其他分析方法相比擁有更強(qiáng)的系統(tǒng)性。通過(guò)對(duì)評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重分析，使得各項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)擁有同步性的同時(shí)可以更加直觀地了解其各自的重要性。層次分析法其具有指標(biāo)數(shù)據(jù)需求量小等優(yōu)點(diǎn)。使用層次分析法對(duì)便捷性進(jìn)行評(píng)估主要應(yīng)用于城市交公共交通系統(tǒng)以及城市規(guī)劃評(píng)價(jià)中［8-11］，通過(guò)構(gòu)建對(duì)應(yīng)的方便性評(píng)價(jià)指標(biāo)與便捷性評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)城市公交系統(tǒng)以及城市規(guī)劃進(jìn)行便捷性評(píng)價(jià)。層次分析法在輸電線路中多應(yīng)用于帶電作業(yè)安全性評(píng)估［12-14］。對(duì)于輸電線路設(shè)計(jì)的帶電作業(yè)檢修便捷性缺少相應(yīng)的方法，且主觀因素多。針對(duì)上述問(wèn)題，本文將層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）引入到輸電線路設(shè)計(jì)的帶電作業(yè)檢修評(píng)估領(lǐng)域，并基于AHP 構(gòu)建輸電線路設(shè)計(jì)的帶電作業(yè)檢修便捷性評(píng)估的指標(biāo)體系，然后建立基于模糊綜合評(píng)價(jià)法的輸電線路設(shè)計(jì)的帶電作業(yè)檢修便捷性的綜合評(píng)估模型，對(duì)一個(gè)設(shè)計(jì)案例進(jìn)行便捷性評(píng)估，通過(guò)與實(shí)際使用報(bào)告進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證模型的有效性。

1 帶電作業(yè)檢修便捷性評(píng)估指標(biāo)體系

輸電線路設(shè)計(jì)的帶電作業(yè)檢修便捷性通過(guò)使用層次分析法與SEC 評(píng)估對(duì)輸電線路設(shè)計(jì)的帶電作業(yè)檢修便捷性進(jìn)行劃分。首先將檢修設(shè)計(jì)的便捷性這一抽象目標(biāo)作為頂層目標(biāo)，將頂層目標(biāo)可分為安全性、可靠性與經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)，作為第二層，將第二層指標(biāo)進(jìn)一步細(xì)分為具體指標(biāo)，作為第三層。根據(jù)輸電線路帶電作業(yè)的操作規(guī)程以及國(guó)家電網(wǎng)出臺(tái)的《供電企業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估規(guī)范》等相關(guān)文件［15］，并且遵循充分性、層次性、公開(kāi)性、可測(cè)性、可比性、可操作性、清晰性、關(guān)聯(lián)性8 個(gè)原則，選取輸電線路設(shè)計(jì)的帶電作業(yè)檢修便捷性評(píng)估指標(biāo)。其中將便捷性設(shè)計(jì)分為安全性S1、可靠性S2、經(jīng)濟(jì)性S3三個(gè)評(píng)估單元。安全性分為作業(yè)方式C1、安全距離C2、進(jìn)入路徑C3、高空墜落及機(jī)械損傷C4四個(gè)評(píng)估指標(biāo)，可靠性分為故障率C5、停電時(shí)長(zhǎng)C6、檢修次數(shù)C7、檢修時(shí)長(zhǎng)C8與及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)C9五個(gè)評(píng)估指標(biāo)，經(jīng)濟(jì)性分為運(yùn)行成本C10、故障成本C11與檢修成本C12三個(gè)評(píng)估指標(biāo)。根據(jù)各指標(biāo)的隸屬關(guān)系，可以將指標(biāo)體系的整體結(jié)構(gòu)劃分為3 層，如圖1 所示為輸電線路設(shè)計(jì)的帶電作業(yè)檢修便捷性評(píng)估指標(biāo)體系。

圖1 帶電作業(yè)檢修便捷性設(shè)計(jì)評(píng)估指標(biāo)體系Fig.1 Design and evaluation index system for the convenience of overhaul of live work

2 基于模糊綜合評(píng)價(jià)的評(píng)估模型

模糊綜合評(píng)價(jià)法是將模糊數(shù)學(xué)理論應(yīng)用于安全評(píng)估中，利用模糊集理論對(duì)事物安全進(jìn)行評(píng)估的一種分析方法。模糊綜合評(píng)價(jià)方法可以體現(xiàn)系統(tǒng)安全狀態(tài)，其實(shí)際上是一個(gè)多因素、多變量、多層次的極其復(fù)雜的系統(tǒng)，在敘述安全狀況、表達(dá)安全評(píng)價(jià)結(jié)果時(shí)體現(xiàn)了系統(tǒng)安全狀態(tài)模糊性的事實(shí)［16］。目前該方法是一種被大量實(shí)踐驗(yàn)證過(guò)的簡(jiǎn)便易行實(shí)用的方法［17］。

模糊綜合評(píng)價(jià)法的基本原理為模糊關(guān)系合成原理，通過(guò)多個(gè)影響因素對(duì)被評(píng)估事物安全的隸屬度等級(jí)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的方法，模糊綜合評(píng)價(jià)法主要包含了六個(gè)基本要素，評(píng)估的基本步驟如下［16-17］：

（1）評(píng)估因素論域U0。

U0代表模糊綜合評(píng)估模型中各評(píng)估因素所組成的集合［16］。本文所討論的評(píng)論集主要是引入層次分析法與SEC 評(píng)估對(duì)輸電線路設(shè)計(jì)的檢修便捷性進(jìn)行劃分因素與評(píng)估指標(biāo)，其具體的劃分情況參考上一章內(nèi)容及圖1。

（2）評(píng)估等級(jí)論域V0。

V0代表綜合評(píng)估中評(píng)估等級(jí)的集合，該論域是對(duì)被評(píng)事物所處的變化區(qū)間劃分，如優(yōu)、良、中、差、極差等評(píng)估等級(jí)劃分［18］。本文的評(píng)估等級(jí)集的具體劃分見(jiàn)表1。

表1 評(píng)價(jià)等級(jí)表Tab.1 Evaluation scale

邀請(qǐng)輸電線路帶電作業(yè)行業(yè)內(nèi)的專(zhuān)家進(jìn)行評(píng)判打分，然后求取平均值得到集合VT。

（3）模糊關(guān)系矩陣R0。

rijp是指標(biāo)的評(píng)估結(jié)果，是構(gòu)成單因素評(píng)估矩陣的元素［16］，模糊綜合評(píng)估所綜合的對(duì)象為評(píng)估指標(biāo)的評(píng)估結(jié)果Rij。利用梯形隸屬度函數(shù)確定單準(zhǔn)則層各因素的等級(jí)矩陣Ri，通過(guò)綜合單準(zhǔn)則層里所有因素的等級(jí)矩陣Ri獲得模糊關(guān)系矩陣R0。

（4）評(píng)估因素權(quán)向量W。

W代表某個(gè)評(píng)估因素對(duì)被評(píng)估事物的重要程度，在綜合評(píng)估模型中對(duì)評(píng)估因素Ri加權(quán)處理［16-17］；根據(jù)各層次中評(píng)估指標(biāo)相對(duì)重要程度，賦予每個(gè)評(píng)估因素相對(duì)應(yīng)的權(quán)重?cái)?shù)，各層次權(quán)重集計(jì)算方法如下：

第一層次：

第二層次：

輸電線路設(shè)計(jì)的檢修便捷性評(píng)估模型中各層次之間的權(quán)重計(jì)算需要構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣，以及經(jīng)過(guò)咨詢(xún)對(duì)應(yīng)專(zhuān)家確定各評(píng)估指標(biāo)之間的相對(duì)重要程度且在判斷一致性之后，來(lái)確定各評(píng)估指標(biāo)對(duì)目標(biāo)層的合成權(quán)重，具體計(jì)算方程如下。

確定判斷矩陣A：

通過(guò)對(duì)輸電線路帶電作業(yè)的專(zhuān)家進(jìn)行問(wèn)卷訪問(wèn)，獲得第k位專(zhuān)家對(duì)評(píng)估模型中的評(píng)估指標(biāo)的判斷值d，最終獲得輸電線路設(shè)計(jì)的評(píng)估指標(biāo)判斷矩陣，其中L表示問(wèn)卷調(diào)查的帶電作業(yè)專(zhuān)家數(shù)。

計(jì)分合理性的評(píng)價(jià)指標(biāo)為一致性。若計(jì)分存在著重大不合理，則評(píng)估指標(biāo)的排序作廢。計(jì)分為wCR，當(dāng)wCR＜0.1 時(shí)，判定滿足一致性；當(dāng)wCR≥0.1 時(shí)，應(yīng)對(duì)判斷矩陣進(jìn)行修正，直到滿足一致性的要求［17］。wCR的計(jì)算公式為式（4）：

式中，wRI為比例系數(shù)，與評(píng)估因素判斷矩陣的階數(shù)n有關(guān)，可查表取得。wCI為一致性的指標(biāo)，其計(jì)算公式為式（5）：

式中，λmax為評(píng)估因素判斷矩陣的最大特征根。

假定已求出第k-1 層上n個(gè)元素相對(duì)于總目標(biāo)的權(quán)重向量，由此可得出合成權(quán)重表達(dá)式：

其中P為相對(duì)權(quán)重向量，如第k層上元素對(duì)k-l層上元素的相對(duì)權(quán)重為：

（5）模糊綜合評(píng)估。

（a）一級(jí)模糊綜合評(píng)估。

第一層次各評(píng)估因素由第二層次中若干評(píng)估因素共同決定，因此，第一層次評(píng)估因素的單因素評(píng)估是下一層次多個(gè)評(píng)估因素綜合評(píng)估的結(jié)果［17-18］。

令第二層次的單因素評(píng)估矩陣R為：

式中：R矩陣行數(shù)為n，對(duì)其進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，得到第二模糊評(píng)估集即一級(jí)模糊綜合評(píng)估集Bi：

式中，“°”是模糊算子。模糊算子指合成評(píng)估因數(shù)權(quán)重向量Wi與單因素評(píng)估矩陣Ri的計(jì)算方法，即合成方法［17］。

（b）二級(jí)模糊綜合評(píng)估。

為獲得上一層次的綜合評(píng)估，需進(jìn)行二級(jí)模糊綜合評(píng)估，本文中第一層次的單因素評(píng)估矩陣R為［17-18］：

則二級(jí)模糊綜合評(píng)估第一層次的綜合評(píng)估B為：

（6）綜合評(píng)價(jià)計(jì)算。

對(duì)B進(jìn)行歸一化處理得到B0，計(jì)算總得分F=B0?VT。對(duì)照表1 得到對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)的便捷性評(píng)估結(jié)果。

模糊綜合評(píng)估模型的具體步驟流程圖如圖2 所示。

圖2 模糊綜合評(píng)估模型基本步驟流程圖Fig.2 Flow chart of the basic steps of the fuzzy comprehensive evaluation model

3 實(shí)際案例分析

某220 kV 輸電線路工程，新建線路長(zhǎng)度為73.3 km，采用單回路架設(shè)，新建桿塔199 基，其中耐張塔14 基采用雙絕緣子串絕緣，直線塔185 基采用單絕緣子串絕緣，懸垂串采用合成絕緣子，跳線串和耐張串采用瓷絕緣子。

220 kV 輸電線路典型設(shè)計(jì)中要求耐張塔配置14 片絕緣子，此時(shí)在進(jìn)行輸電線路消缺作業(yè)時(shí)，地電位作業(yè)人員掛設(shè)絕緣軟梯難度大，采用絕緣硬梯從塔身位置搭設(shè)到耐張塔導(dǎo)線側(cè)則因懸掛長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，使得作業(yè)人員進(jìn)入電場(chǎng)會(huì)發(fā)生擺動(dòng)，存在安全隱患，沿絕緣子串進(jìn)入則存在不滿足最小組合間隙2.1 m 的要求。通過(guò)計(jì)算可得當(dāng)絕緣子片增加到20 片時(shí)可以滿足此要求。

由多位經(jīng)驗(yàn)豐富的專(zhuān)家采用打分制對(duì)12 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)重要程度打分計(jì)算權(quán)重，再隨機(jī)選擇其中7 位專(zhuān)家對(duì)該設(shè)計(jì)打分，并且求取平均值Mi（i=1，2，3，…，12）。則本模型中評(píng)估因素相對(duì)重要性的計(jì)算結(jié)果如表2—表5 所示。

表2 帶電作業(yè)評(píng)估因素相對(duì)重要性評(píng)估表Tab.2 Evaluation table of relative importance of evaluating factors for live work

表5 經(jīng)濟(jì)性各因素重要性比較的專(zhuān)家評(píng)判結(jié)果表Tab.5 Expert evaluation result table comparing the importance of economic factors

在文中構(gòu)建輸電線路設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)模型以及評(píng)價(jià)等級(jí)，通過(guò)專(zhuān)家調(diào)查法對(duì)該輸電線路設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果構(gòu)建評(píng)價(jià)方案表（詳見(jiàn)表6）。

表6 輸電線路設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.6 Transmission line design evaluation results

表3 安全性各因素重要性比較的專(zhuān)家評(píng)判結(jié)果表Tab.3 Expert evaluation result table comparing the importance of various factors of safety

表4 可靠性各因素重要性比較的專(zhuān)家評(píng)判結(jié)果表Tab.4 Expert evaluation result table for comparison of the importance of reliability factors

根據(jù)輸電線路設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果表可以得到R(2)i（i=1，2，3）以及各評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)VT1如下所示：

輸電線路設(shè)計(jì)的檢修便捷性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系準(zhǔn)則層分成：安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性三個(gè)部分，根據(jù)專(zhuān)家對(duì)評(píng)估指標(biāo)各因素相對(duì)重要性的比較，構(gòu)造了因素相對(duì)重要性判斷矩陣，確定了指標(biāo)層各因素的權(quán)重為：

根據(jù)公式（9）可以計(jì)算得出第二模糊判斷集即一級(jí)模糊判斷評(píng)判集Bi為：

為了求出上一層次的綜合評(píng)估，必須進(jìn)行二級(jí)模糊綜合評(píng)估，其中第一層次的單因素評(píng)判矩陣R(1)0為：

根據(jù)表2 可得準(zhǔn)則層的各因素權(quán)重為：

則根據(jù)公式（11）計(jì)算可得二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)B，并對(duì)B做歸一化處理之后可得此輸電線路設(shè)計(jì)的模糊綜合評(píng)價(jià)向量B0：

根據(jù)評(píng)價(jià)表最終可得輸電線路設(shè)計(jì)的評(píng)分F=4.445 7；根據(jù)等級(jí)評(píng)價(jià)表可知，此次輸電線路設(shè)計(jì)的檢修便捷性為優(yōu)，即設(shè)計(jì)中所選的絕緣子設(shè)計(jì)可為輸電線路后期運(yùn)行檢修提供了較大的便利。

4 結(jié)論

在SEC 評(píng)估的基礎(chǔ)上，通過(guò)層次分析法將輸電線路設(shè)計(jì)的帶電作業(yè)檢修便捷性劃分為安全性、可靠性與經(jīng)濟(jì)性三個(gè)準(zhǔn)則層，并在此基礎(chǔ)上劃分了12 個(gè)評(píng)估指標(biāo)，將復(fù)雜問(wèn)題轉(zhuǎn)化為定量與定性相結(jié)合的問(wèn)題，從而確定輸電線路設(shè)計(jì)的帶電作業(yè)檢修便捷性評(píng)估模型，給輸電線路初期設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。在研究中得出以下結(jié)論：

（1）將輸電線路設(shè)計(jì)的帶電作業(yè)檢修便捷性按照SEC 評(píng)估對(duì)輸電線路設(shè)計(jì)的檢修便捷性進(jìn)行了因素的劃分，通過(guò)層次分析法，對(duì)安全性、可靠性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行進(jìn)一步地劃分，可劃分成12 個(gè)具體的評(píng)估指標(biāo)，形成了輸電線路設(shè)計(jì)的帶電作業(yè)檢修便捷性評(píng)估模型。

（2）通過(guò)對(duì)權(quán)重的確定，得出評(píng)估指標(biāo)對(duì)輸電線路設(shè)計(jì)的帶電作業(yè)檢修便捷性權(quán)重，在對(duì)新的設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的打分之后就可以得出此設(shè)計(jì)的便捷性評(píng)估結(jié)果；此評(píng)估模型將輸電線路設(shè)計(jì)的帶電作業(yè)檢修便捷性評(píng)估轉(zhuǎn)變成了定性分析問(wèn)題；該方法可以發(fā)現(xiàn)輸電線路設(shè)計(jì)中的不足，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考方向。

（3）通過(guò)對(duì)更換大噸位特高壓耐張單片絕緣子工作的輔助工具進(jìn)行便捷性評(píng)估，可以發(fā)現(xiàn)該評(píng)估方式可以對(duì)帶電作業(yè)更換絕緣子檢修便捷性提供合理評(píng)價(jià)。