基于灾度等级评定的变电站巡视检查技术研究

吕钧章，冶金顺，马明娟，冶金祥，马明瑞

(1. 中国电建集团青海省电力设计院有限公司，青海 西宁 810008；2. 国家电网青海省海北供电公司，青海 海北州 812200；3. 南京师范大学南瑞电气与自动化工程学院，江苏 南京 210046)

0 引言

变电站是电力系统的中枢转换关键环节，主要对电压和电流进行有效地分配和交换[1-2]。受限于各类指标因素的纷繁芜杂性，变电站巡视检查评定技术呈现多因素综合交互影响的特征，其运行的稳定性与供电的连续性至关重要。因此，必须定期、定点、定量地开展变电站巡视检查，以确保变电站的安全运行。

按照相关行业规范标准和相关安全生产法律规定，加强巡视检查是确保变电站安全运行最基本的规范性条款，是运行维护现代化管理的重要工作内容。

综合多因素指标的灾度等级评定，就其本质而言属于模糊定量化识别的范畴[3]。近年来，文献[4-5]表明综合多指标影响程度的“最大隶属度”方法，解决多因素指标评定过程的绝对性、片面性，确保评定结果的客观、公正性；文献[6-7]研究表明变电站运行状态评定是一个多属性决策问题，应用“灾度等级”对变电站诊断数据进行信息融合，来明确变电站安全运行的等级；文献[8]分析的灾度评估模型来判断灾度等级，并运用模糊逻辑较好地处理了变压器故障评估的准确性、相对性。本文采用多因素综合评估方法，通过构建变电站巡视检查的灾度等级隶属度函数，实现变电站巡视检查的模糊评估和定量化度量，有效解决了变电站正常巡视、全面巡视、特殊巡视检查的安全性状准确评估的困难，确保变电站正常安全运行。

1 变电站巡视检查的“灾度等级评定”模型

国内袁艺等学者[9-10]通过灾度等级进行模糊处理，提出了适用于各种自然灾害等级评估的多因素模糊评估法，有效地辨识灾前预评估、灾中应急评估、灾后综合评估的灾害损失绝对量，有效地辨识病害的安全状况，在实际工程得到广泛的应用。

电力设备安全运行是电网安全稳定运行的基础，尤其变电站作为电力系统的关键枢纽设备，其健康水平和运行状况直接关系到整个电网系统运行的安全与稳定。本文以变电站的变压器、互感器、开关设备、防雷设备以及环境因素等单一因素作为变电站巡视检查灾度评估的主要指标因素。应用“灾度等级评定”模型，对变电站巡视检查的相关数据进行定性、定量的分析，实现快速有效的灾度评估。

1.1 灾度评定模型

基于灾度等级评定的变电站巡视检查模型，是多因素指标综合影响的工程进行总的安全等级评定。一般应用最大隶属度原则确定所属工程灾度等级，工程中按多种因素综合性状评定，其灾度评定模型技术路线如图1 所示。

图1 灾度等级评定模型技术路线图

基于灾度等级评定的模糊综合评判表达式，如式(1)所示。采用式(1)确定灾度等级评定，这种模型算法既考虑了指标因素对变电站运行状态的影响, 又保留了单一因素的全部信息，较符合实际工程安全巡视检查的情况。

式中：bj为灾度等级评定的最大隶属度评估值；B为灾度等级模糊评判矩阵；W为评价因素权向量矩阵，需根据专家打分相对重要性赋予相应的权重；R为由灾度隶属函数所确定的灾度评定矩阵。

1.2 灾度等级评定算法

1)构建因素集

选定的状态参量作为评判因素，建立变电站运行状态因素分析图如图2 所示，变电站目标层，可划分为五个评判层项目，即UX= (UX1,UX2,UX3,UX4,UX5) 。

图2 变电站运行评定因素指标

2)建立评语集

依据GB 1094.1-85《国家标准电力变压器》、国家电网技术标准《110(66) kV ～500 kV 电流互感器技术标准》、GB 7251.12-2013《国家标准低压成套开关设备和控制设备：第2 部分》和《防雷接地规范标准》，并结合文献综述与专家评定工程现状确定变电站巡视的灾度等级划分。基于指标因素对变电站的影响程度，划分为“良好”“一般” “较重”“严重”4 种等级，即评语集为V= ｛v1,v2,v3,v4｝。基于灾度等级评定的目的在于综合多因素指标的基础上，从评语集中得到最佳的答案。

3)建立灾度评定矩阵

本文对于变电站通过第i个因素指标ui对变电站进行等级评定，按评语集中vi的隶属度为rij(j=1, 2, 3, 4)，建立隶属度集RX=｛ri1,ri2,ri3,ri4｝，则所有的指标因素构建成为灾度隶属度评定矩阵。

对变电站的因素指标u，按隶属集构建，其灾度评定矩阵如式(2)所示。

4)指标权重的确定

本文确定因素指标的权重，采用层次分析法( analytic hierarchy process，AHP)，需要进行专家咨询，将多因素指标的冗余复杂划分为有关联的权重赋值。把多因素、多指标的权重赋值两两比较，形成一种主、客观评价优势互补的权重计算方法。各因素指标赋值，具备真实可信、实用的特点。

通常专家咨询需要5 ～10 位，本次邀请5 位专家按层次分析法的要求给出指标间两两比较的相对重要性，其指标因素的判断标度如表1 所示。

表1 指标因素判断标度及其含义

依据层次分析法确定变电站安全巡视检查灾度评定权重，计算权重过程如下：

对“目标层UX”的判断矩阵A进行归一化处理，经过AHP 法的运算，得到灾度等级评定指标因素的权重分配，如表2 所示。

表2 指标因素权重的分配表

经过AHF 法运算，经过归一化处理得到A'。

1.3 指标因素隶属度的确定

变电站安全等级评价指标因素的隶属度是模糊数学最基本也是最重要的基础性概念，其模糊综合评价主要采用隶属度对事物进行评价计算。对于一个确定的模糊集来说，隶属度主要体现了评价事物的模糊性与不确定性。隶属度确定的过程，本质而言属于客观性与主观性的综合描述。

1.3.1 专家评定依据

变电站安全评定巡视中，专家对变电站巡视检查内容评定依据如表3 所示。

表3 变电站巡视检查评定内容

1.3.2 指标隶属度的确定

变电站安全评定巡视中，指标因素变压器、互感器、开关设备、防雷设备以及环境因素等评定变电站安全等级的数据本文采用德菲尔法(专家打分法)。通过专家调查、检测以及巡视的形式，给出变电站各指标因素的安全评定等级，制作变电站评定等级表，分发给专家，以此确定各因素指标的隶属度，从而构建隶属度评估矩阵。其隶属度表达式，见式(3)所示[11]。

主要依据专家问卷调查的形式，给出指标因素安全等级评价的依据，分发给5 个专家，根据专家的调查卷评判来确定指标因素的隶属度。

2 工程应用

2.1 工程简介

电力管理部门结合日常管理工作，对青海某变电站进行巡视检查，其变电站巡视检查的相关资料，如表4 所示。

表4 青海某变电站巡视检查资料

2.2 工程指标隶属度的确定

对于变电站灾度等级隶属度的确定采用德菲尔法，其中专家评定的标准主要依据表3 变电站巡视检查评定内容，作出对该变电站隶属度的确定，如表5 所示。

表5 指标因素隶属度的确定

2.3 基于灾度等级评定的变电站巡视检查评估

通过对青海某变电站的安全巡视检查，并按单一评价因素标准开展安全等级评价研究，获得灾度等级评价结果如表6 所示：

表6 变电站灾度等级评价

由表6 所示评估结果，可以知道该变电站的综合多因素最大隶属度指数为0.9126，根据最大隶属度原则可以确定，其巡视检查评估呈现Ⅰ级灾度特征。

3 结语

本文引入了灾度评估技术满足变电站正常巡视、全面巡视、特殊巡视检查的安全性状准确评估需要。通过灾度等级评价模型，对变电站进行定量、定性评估，较好地解决了多指标综合影响安全运行评估过程的模糊性和不确定问题。

根据最大隶属度原则可以明确工程灾度指数为0.912 6 的Ⅰ级灾度特征，说明该变电站的运行良好，只要在日常巡视检查过程中对局部轻微的损伤进行修复，可以确保变电站的安全可靠运行。

基于灾度等级评定的变电站巡视检查技术研究，综合变电站巡视检查的各因素指标信息，明确变电站的安全运行状况，实现对变电站多相信息的综合评估与度量，为变电站安全可靠运行提供的重要支撑技术方法。