电力接地网使用寿命评估模式的研究

杨 洁，李小娟，周志军，李兴德 (甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃 兰州 730050)

0 引言

土壤本身是一个多元的复杂体系，其影响金属腐蚀的物理化学因素很多，规律性也各不相同，这给土壤腐蚀性评价带来了很多不确定性。基于熵权及模糊物元的计算模型具有减少主观因素影响、不受土壤腐蚀分类的影响、建立计算模式后评价工作量小等优点，该方法的评价结果更具有客观性和可靠性，有一定的工程应用价值。

为了对电力接地网使用寿命做出更为准确的评估，引用了数学模型先对变电站土壤腐蚀性进行综合评断，再根据实际经验，对电力接地网在埋设现场的土壤腐蚀性、粘土含量、地表处理情况、接地网材质及有无防腐措施等关键因素进行权重赋值，进行计算并对接地网使用寿命作出评估，此方法可为生产单位对接地网的安全管理提供技术支持。

1 基于熵权和模糊物元的计算模型

1.1 模糊物元的基本概念

若以有序三元组：“土壤样品、土壤理化指标、从优隶属度”作为描述土壤腐蚀性的基本元，则称为模糊物元。如果有m种土壤样品，用n个理化指标及其相应的量值来描述土壤样品的复合元，则称为m种土壤样品n维复合元，记作Rm，即：

式中：Mj表示第j种土壤样品，j=1，2，… ，m，如M1表示第1种土壤样品，Mm表示第m种土壤样品；Ci表示土壤第i个理化指标，i=1，2，…，n，如C2表示土壤第2个理化指标；xji表示第j种土壤样品第i个土壤理化指标的测定值，即x11，x21，…，xmn，如x53表示第5种土壤样品第3个理化指标的测定值。

如果式(1)中的土壤理化指标测定值用从优隶属度(从优原则：以土壤腐蚀性越强越优)表示，根据模糊物元的定义则有：

式中：Rmn表示m种土壤样品n维复合模糊物元，如R68表示6种土壤样品的8维复合模糊物元；μij(i=1，2，， ，n；j=1，2，…，m)表示第j种土壤样品第i个指标的从优隶属度，比如μ34表示第3种土壤样品的第4个指标的从优隶属度。它们的确定由式(3)计算：

越小越优型μji=minxji/xji

越大越优型μji=xji/maxxji

(3)

式(3)中minxji、maxxji分别表示xji中的最小值和最大值。

1.2 构造关联系数复合模糊物元

通过关联变换，把m种土壤样品n维复合模糊物元中各从优隶属度转换成对应的关联系数 ，以此构造关联系数复合模糊物元Rε，即式(4)：

(4)

1.3 熵权法确定权重

在确定评价指标的权重时，往往多采用主观确定权重的方法，如AHP方法等。这样就会造成评价结果可能由于人的主观因素而形成偏差。在信息论中，熵值反映了信息无序化程度，其值越小，系统无序度越小，故可用信息熵评价所获系统信息的有序度及其效用，即由评价指标值构成的判断矩阵来确定指标权重，它能尽量消除各指标权重计算的人为干扰，使评价结果更符合实际。其计算步骤如下：

(1) 假定被评价对象有m个，每个被评价对象的评价指标有n个，构建判断矩阵R；

(2)将判断矩阵R进行归一化，得到归一化矩阵B；

(3)根据熵的概念可定义m个评价事物n个评价指标的熵为Hi；

(4)计算评价指标的熵权wi和权重W。

1.4 确定关联度复合模糊物元R

常用的关联度计算模式有5种，本次采用M(·，+)模式即先乘后加运算来计算关联度K，然后以此构成关联度复合模糊物元R，亦即式(5)：

(5)

1.5 根据关联度评定土壤腐蚀性等级

根据实际观测到的关联度，确定土壤腐蚀性的等级。关联度是一个(0，1)之间的小数，数值越接近1，表示土壤的腐蚀性越强。根据数值的大小可以定义相应的腐蚀度等级。

2 接地网使用寿命评估计算模型

接地网的使用寿命评估根据腐蚀性等级、粘土含量、地表处理情况、接地网材质、有无防腐措施5项指标进行计算，如表1所示。

表1 接地网寿命评估打分指标

项 目权重值主体部分(埋地)土壤腐蚀性Ⅰ(弱腐蚀)1．0Ⅱ(腐蚀)1．2Ⅲ(较强腐蚀)1．4Ⅳ(强腐蚀)1．6粘土含量≤30%1．430%～70%1．2>70%1．0地表处理情况自然地表1．2三合土夯实1．0三合土+道渣石1．4接地网材质镀锌碳钢1．2铜1．0防腐措施有1．0无1．2金属厚度/mm4设计寿命/a30设计腐蚀速率/mm·a-10．133修正腐蚀速率/mm·a-1寿命评估时间/a

表1中设计腐蚀速率=金属厚度/设计寿命；修正腐蚀速率=设计腐蚀速率×各项指标分值；评估后的寿命=金属厚度/修正后的腐蚀速率。

3 应用实例

对某4个750kV变电站的土壤进行了水分、pH、氯离子、水溶性硫酸根离子、酸溶性硫酸根离子、氧化还原电位、电阻率、易溶盐总量、总碱度等理化性能指标的测试，以此数据为基础建立模糊物元，进行熵权法计算，得出关联度，并进行腐蚀等级划分。基于熵权法和模糊物元法对土壤的腐蚀性评价结果及接地网使用寿命评估见表2。

表2 基于熵权法和模糊物元法对土壤腐蚀性评价结果及接地网使用寿命评估

从表2可知，4号变电站土壤腐蚀性评价等级虽然为较强腐蚀，但因现场土壤及地表处理方式较好，土壤中砂石含量较少，土质均一性好并进行夯实，其接地网使用寿命较土壤腐蚀评价等级较低的1、2号变电站反而长。这与4个变电站内现场埋片失重法测试出来的金属腐蚀速率相吻合。

因此，基于熵权法和模糊物元法对土壤的腐蚀性评价并根据电力接地网腐蚀关键因素进行权重赋值，计算并对接地网使用寿命作出评估，此方法可为生产单位对接地网的安全管理提供技术支持。

4 结语

(1)变电站接地网的腐蚀除与土壤的腐蚀性密切相关外，还与变电站土壤砂石含量、变电站地表处理方式、接地金属的性质及采取的防腐措施有很重要的关系。

(2)由此方法对接地网使用寿命评估得出的使用年限只是一个参考值，只为管理部门对某变电站的接地网腐蚀状况进行更科学的定性分析，进而可以有针对性的加强管理、及时监督并妥善采取有效的防腐措施。

(3)接地网腐蚀关键因素可人为进行筛选并赋予不同的权重值。

[1]宋光铃,曹楚南,林海潮,等.土壤腐蚀性评价方法综述[J].腐蚀科学与防护技术,1993,5(4):268-277.

[2]杨 洁,李小娟,李 炜,等.甘肃接地网腐蚀规律研究技术报告[R].兰州:甘肃省电力公司电力科学研究院,2012.

[3]张秀英.模糊物元理论在土壤腐蚀性评价中的应用[J].山东师范大学学报(自然科学版),2004,19(7):44-47.

[4]敬加强,李良君.用模糊物元法综合评价环境污染[J].西南石油学院学报,2000,22(4):70-72.

[5]陈坤汉,杨道武,喻林萍,等.电力接地网土壤腐蚀性的评价[J].腐蚀与防护,2008,29(10):614-617.

[6]崔 靖.基于熵权的模糊物元分析法在大气环境质量评价中的应用[J].泰州职业技术学院学报,2006,6(6):60-63.

[7]路永玲,王 洁,曾凡玲.电力系统接地网腐蚀现状及影响因素[J].企业技术开发,2009,28(4):8,13.

[8]朱文强.变电站接地网腐蚀及防腐措施[J].电气技术,2011,(12):108-110.