AHP-熵权法在电厂润滑油压低致跳机事故的分析

山东科技大学安全与环境工程学院 刘袁昊 刘 宁 华能嘉祥发电有限公司 尚洪奎

1 引言

电力生产企业在发电和设备维护过程中，威胁工作人员生命和健康、损坏设备运行的意外事件统称为电厂安全生产事故。此类事件将威胁电厂的安全稳定运行，通常会对企业造成重大的经济损失，且此类事件的发生具有共同特点，即没有发现电厂在生产过程中的运行隐患，因此没有采取有效手段消除隐患带来的威胁。确定电厂事故发生机制，明确影响电厂生产安全的主要因素，对于督促企业进一步降低此类事故的发生概率，保障电厂的安全与稳定生产具有重要意义[1-3]。

在事故分析过程中，主要采用了熵权法、层次分析法相结合的综合性原因分析方法。孟明等将层次分析法（AHP）-熵权法与灰色关联法相结合，建立了基于综合能源系统的多指标评价结构；靳江红等通过对层次分析法和熵权法的综合分析，建立了用于评估尘埃爆炸风险的模型，量化了灰尘爆炸的风险；曾小康等基于AHP-熵权法建立城市燃气管道风险评价模型，并构建多评价底因素的城市燃气管道风险评价指标体系；单葆国等基于主客观赋权优势实现了多个时间、空间维度的省域节能减排量化综合评价体系；王刚等运用层次分析法和熵权法的综合分析方法，构建了巷道启封中毒窒息事故评价指标体系；陈绍清等采用事故树法和层次分析法对深基坑塌陷事故的灾害因素进行分析，从人为因素、施工工艺、环境因素和管理因素4个方面建立深基坑塌陷事故风险评价模型；胡爽等阐述了润滑油系统的工作原理和工作过程，介绍了润滑油系统重要部件的结构，指出了润滑油系统在汽轮发电机组启动、运行、停机过程中的重要作用。虽然国内外学者采用多种方法研究各类工业生产过程中事故的发生风险，但对影响电厂事故原因的定量分析较少。

因此，本文拟采用层次分析法（AHP）-熵权法相结合的综合原因分析方法，首先根据熵权法提供的客观权重，建立层次分析法的判定方程，最终将熵权法和层次分析法权重进行组合并优化，以机组运行过程中因润滑油压低导致的跳机事故为例，分析影响电厂运行过程中事故风险因素，为电厂企业优化安全生产管理模式，有效防范事故的发生提供参考。

2 评价方法

通过层次分析法（AHP）建立基于熵权法的分析模型，润滑油压低致跳机事故指标权重的分析次序如下文所示：一是拟定评价规则以及指标体系；二是采用熵权法计算各指标的目标权重；三是利用熵权法、构造层次分析法建立指标的判定方程；四是通过判定方程计算每个指标的等级；五是将熵权法和层次分析法得到的权重进行耦合，得到一个新的组合权重，通过组合权重进行大小比较，最终得出16个次要指标对润滑油压低致跳机事故的影响程度。

2.1 构建评价指标体系

根据查阅相关文献并对现场进行事故因素调查，可以将润滑油压低致跳机事故因素指标体系分为现场设施扰动、员工安全意识薄弱、监测设备漏检3个重要指标（B1～B3），逻辑配置不合理、现场开关故障误动、现场接线松动、现场干扰、卡件故障、现场油路泄露、现场油路堵塞、未按时监测、监测仪器失灵、监测仪器设置不当、未进行安全教育培训、一线人员安全意识差、现场安全管理不严格、未定期检查防护装置、未及时更换损坏装置以及购买劣质设备在内的16个次要指标（C1～C16），如图1所示。

2.2 评价指标权重计算

评价指标的权重由其熵值确定。具体计算过程如下：

一是由于不同指标的维度和数值不同，有必要对数据进行标准化。具体计算方法如下：

式中：Yij为第i个评价对象的j指数的标准化值；Xij为第i个评价对象的j指标的原始指标值；Xmin、Xmax分别是j指数的最小值和最大值。

二是指标信息的熵和权重。详细计算过程如见公式（2）、公式（4）：

式中：pij指标特征权重；m评价对象的数量；Ej熵值；Wj1客观权重；n评价指标的个数。

2.3 构建判定方程

在层次分析法中，判定方程表示每个指标对上一层中的某个指标的相对重要性。利用熵权法提供的客观权重作为两两比较的基础，采用标度法给出判定方程中各因素的值。此外，在层次分析法中，判定方程的相同性指数与同阶的平均随机同性指数之比就是判定方程的随机同性比。在一般情况下，当随机同性比小于0.10时，判定方程具有客观的相同性。否则，需要重新构建判定方程。其中，同性指数和随机同性比公式如下式：

式中：CI为同性指标；λmax为最大特征根；CR为随机同性比；RI为随机同性指标。

此外，为了使润滑油压低致跳机事故各指标的权重值更具有合理性和客观性，应将计算的客观权重与主观权重相结合，并根据以下公式得到组合权重Wj。

式中：Wj2作主观权重；β取值为0.4。

β取值为0.4，使经过耦合计算得出的客观权重占据整个评价体系的主要部分，以保证评价体系具有客观性、公正性以及科学性。

3 案例分析

3.1 A电厂概况

以A电厂近期发生的润滑油压低致跳机事故为例，验证该方法合理性。A电厂是一家大型国营电力企业，始建于2002年，现有职工675人平均年龄45岁，装机容量为两台150MW国产亚临界燃煤火电机组，其中锅炉、汽轮机由上海某公司制造，发电机由山东济南某公司制造。A电厂由于运行年限过长，现场设施老化以及人员操作不当等诸多原因，在2021年3月27日机组运行过程中发生因润滑油压低导致跳机的非停事故。

3.2 计算结果

以A电厂在运行过程中发生的润滑油压低致跳机事故作为为评价对象，基于图1构建各因素的评价体系。首先，利用熵权法计算各指标的客观权重，由公式（1）～（4）的计算可得：C1～C16的指标权重依次为0.0440，0.0409，0.0400，0.0601，0.0365，0.0401，0.0122，0.1715，0.0610，0.0783，0.0183，0.0310，0.0322，0.0425，0.0890，0.1123。

然后基于熵权法建立层次分析法的判定方程；标的层A的判定方程A-B的同性指标为0.00179，随机同性比为0.0047＜0.10，标的层A的随机同性比经过验证具有良好的相同性。通过上式计算，在标的层A中其指标权重分别为0.1105，0.5006，0.3190。以此作为依据，可求得其他层的指标权重。其中，标准层B1、B2、B3的判定方程B1-C、B2-C、B3-C的同性指标值分别为0.0854、0.0046、0.03816，随机同性比分别为0.0707，0.0088、0.0303。由此可见，标准层B的同性指标以及随机同性比均满足进行判定的条件。

在层次分析法中，16个指标体系的主观权重是通过相应标准层的指标权重乘以其标的层的指标权重得到的。以标准层B1为例，C1～C7的相对权重值k如表1所示。同样，由此方法可以得到标准层B2和标准层B3中各指标的相对权重值。将B1中每个指标的相对权重值乘以目标级别指标的相对权重值，即使用层次分析法获得指标的主观权重值。类似方法可以获得标准层B2和标准层B3中的主观权重值。

表1 标准层B1的判定方程B1-C

最后，经过熵权法的客观权重与层次分析法的主观权重相结合，并依据公式（7）对各指标进行组合赋权，组合权重结果见表2。

表2 组合权重

3.3 结果分析

由图2可以看出，B1指标中的C1～C7因素影响程度排序表明：现场干扰对引起润滑油压过低导致跳机事故起到关键作用，因此电厂企业应加强现场管理管控，确保机组运行现场的外界干扰因素降至最低水平，并及时完成对生产现场的巡查巡检工作；B2指标中C8权重为0.2284，其权重大于其他影响因素，间接反映了现场作业人员在一线作业维护中的不安全行为是诱发事故的主要原因。因此，作为电厂企业应按期进行职工作业安全教育及培训工作，增强职工安全文化认同感，这对于预防事故的发生有着重要的作用；B3指标中C1～C15的权重相对平均，C16权重较高。基于此，应加大在设备上的资金投入并改进监测设备性能，确保当润滑油压过低导致机组运行异常时，监测设备可及时准确地进行辨识，降低事故的发生概率。

通过系统性的分析可以得出：造成润滑油压低致跳机事故的多个因素中，对事故的产生有着较大影响的因素依次为：未按时进行监测＞监测仪器设置不当＞购买劣质设备。在人的不安全行为中，未按时对机组运行过程中的润滑油压状态，进行监测对润滑油压低致跳机事故影响最大，与现实调查润滑油压低致跳机事故的原因基本相同。因此，加强对生产现场的监测，做好巡查、检查工作，按时检查设备运行状态是否正常，可有效降低事故的发生概率。

同时，也应考虑到滑油压低致跳机事故的原因与外界具有很强的关联性。因此，在接续的研究过程中要深入研究润滑油压低致跳机事故发生的其他因素，从而避免事故的发生。

4 结语

一是润滑油压低致跳机事故发生原因包括现场设施扰动、监测设备漏检、员工安全意识薄弱3大类。二是采用熵权法优化层次分析法，构造判定方程和权值的组合计算方法，对润滑油压力不足导致跳机事故的原因进行了量化。三是预防润滑油压低致跳机事故的发生，需加强现场管理，增加设备资金投入，做好现场易引发跳机事故的隐患检查排查工作，才可防患于未然。四是由于生产现场的环境和条件复杂多变，因此导致润滑油压低致跳机事故的发生原因具有显著的关联性，所以下一步要深入探讨润滑油压低致跳机事故与其他原因的联系，使得建立的评价体系更具合理性。