CN111275292A - 一种基于模糊层次分析法的接地网状态评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模糊层次分析法的接地网状态评估方法，包括以下步骤：（1）在全面性、统一与层次相结合的原则下从待评估的接地网中选取评估指标量，以工频特性参数、雷击暂态特性参数和腐蚀评估参数建立接地网状态的多级评价体系；（2）应用层次分析法筛选提炼满足一致性检验的接地网评估指标量参量，同时求出评估各参量的常权值；（3）确定接地网状态的多级评价体系的评判集；（4）确定各接地网评估指标量参量的隶属度函数；（5）进行接地网状态整体评估，得出结果。本发明综合考虑接地网特征参量信息而不是单一信息进行评估，评估结果更加准确。评估体系中加入钢接地网腐蚀等信息，评估更为全面。

Description

一种基于模糊层次分析法的接地网状态评估方法

技术领域

本发明涉及电力设备技术领域，特别涉及一种基于模糊层次分析法的接地网状态评估方法。

背景技术

变电站的接地网是保证电力系统安全可靠运行、保障运行人员安全的重要措施之一，它为变电站内各种电气设备提供公共参考地、系统接地故障时快速泄放故障电流以及改善变电站地电位分布。因此，变电站的接地要求较高，除利用自然接地体或各种人工接地体外，还要安装水平敷设的人工接地网，为电力系统提供故障电流及雷电流的泄放通道、稳定电位和提供零电位参考点，降低变电站接地电阻、接触电势和跨步电势，以保证电力系统运行人员及其他人员的人身安全。

目前国内外发电厂、变电站接地网的测量主要包括接地电阻、电气连通性、接触电势、跨步电势等，这些接地测量主要侧重于测量接地网系统工作的有效性，不能对地网的腐蚀程度进行测量和评价，仅靠测量接地电阻、电气连通性、接触电势、跨步电势等参数也难以满足对接地网安全性校核。

此外，我国接地体土壤腐蚀研究起步较晚，土壤腐蚀问题最初只在石油天然气行业受到重视，研究也较多。其他行业的材料防腐设计实际使用中一般都是参照原石油部、邮电部等行业标准及国外(主要是德国)的标准进行评价。目前国内电力部门对接地网腐蚀研究只停留在表观上，没有针对土壤和接地网本身联合起来进行深入研究。变电站设计时，较多关注的是接地电阻是否合格，接触电势和跨步电势是否满足要求等，钢接地网腐蚀问题欠缺考虑。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，在众多的接地网信息中进行选择与处理而提供一种正确的状态评估模型。本发明分析了接地网特征参量信息，并建立了多属性决策的分层评估体系，结合模糊综合评判和层次分析法建立了接地网的分层多级状态评估模型。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于模糊层次分析法的接地网状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在全面性、统一与层次相结合的原则下从待评估的接地网中选取评估指标量，以工频特性参数、雷击暂态特性参数和腐蚀评估参数建立接地网状态的多级评价体系；

(2)应用层次分析法筛选提炼满足一致性检验的接地网评估指标量参量，同时求出评估各参量的常权值；

(3)确定接地网状态的多级评价体系的评判集；

(4)确定各接地网评估指标量参量的隶属度函数；

(5)进行接地网状态整体评估，得出结果。

步骤(1)中的工频特性参数包括接地阻抗、接触电压、跨步电压、地电位升；雷击暂态特性参数包括冲击地电位升、冲击接触电压、冲击跨步电压；腐蚀评估参数包括电气完整性、腐蚀程度、材料截面。

步骤(2)过程为，根据实验结果建立优先关系矩阵，根据所述优先关系矩阵计算模糊一致矩阵，采用关系排序法计算指标层权重，作为各因素常权值；

优先关系矩阵：F＝(f_ij)_n×n；

1)对所述优先关系矩阵F＝(f_ij)_n×n按行求和记为公式1；

2)对公式1进行如下数学变换，得出所述模糊一致矩阵a_ij：

模糊一致矩阵具有中分传递性；

关系排序法记为公式3，公式3中α满足α≥(n-1)/2：

步骤(3)中，评语集V为了方便运检人员准确判断接地网的安全情况，将其划分为“好”、“轻微”、“一般”、“严重”4种不同的状态。

步骤(4)中，根据各个指标的相对劣化度确定各个指标对于评语集的隶属函数，在接地网状态评估模型中，可以直接量化的指标用相对劣化度的概念来确定，对愈大愈优型指标：

对愈小愈优型指标如接触电压：

式中：d_i为第i个接地网评估指标的相对劣化度；y_max或y_min为该指标极限值，其值的确定参考相关文献；y₀为该指标的初始值；y_i为指标实际测量值；

对于具有一定的模糊性，无法量化处理的指标，如电气完整性、腐蚀程度、截面材料等。本发明对无法量化的评估指标制定详细的加分表，假设理想运行工况状态为0分，待评估对象按照加分表加分，将其状态量化，映射到区间[0，1]上；

评估指标的隶属度函数对定量指标，采用半梯形与梯形结合的分布函数，对于定性指标选用半梯形和三角形结合的分布函数。

步骤(5)中，由指标层中各子指标的隶属度函数计算得到各指标的模糊评判矩阵R，结合变权分配，求得各指标的单因素评判矩阵R_{工频特性参数}、R_{雷击暂态特性参数}、R_{腐蚀评估参数}；

对该变电站接地网状态进行整体评估：

经过模糊综合评判后，需要对评估指标进行处理，以得到最终的评判结果；评估指标的处理方法有加权平均法、最大隶属法、择近原则等；为了能定量处理，用“1，2，3，4”依次表示各评判状态等级，并称其为各等级的秩；然后用B中对应分量将各等级的秩加权求和，得到被评事物的相对位置，这就是加权平均原则；其计算表达式为：

其中，各等级赋值μ(v_i)分别为{1，2，3，4}；

求得v值对应关系：

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：综合考虑接地网特征参量信息而不是单一信息进行评估，评估结果更加准确。评估体系中加入钢接地网腐蚀等信息，评估更为全面。进行接地网综合模糊评价，可以防止遗漏任何统计信息和信息的中途损失，有助于解决用“是”或“否”这样的确定性评价带来的对客观真实的偏离。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图。

图2为本发明实施例中接地网状态评估指标体系图。

图3为本发明实施例中评估指标的半梯形和梯形隶属度函数图。

图4为本发明实施例中评估指标的半梯形和三角形隶属度函数图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，本发明实施例所提供的一种基于模糊层次分析法的接地网状态评估方法，具体步骤如下：

1)在全面性、统一与层次相结合的原则下从待评估的接地网中选取评估指标量，建立接地网状态的多级评价体系。

由于接地网状态评估受多种指标的影响，层次指标的选取应该遵循全面性、统一与层次相结合的原则，应尽量选择定义明确、可以获取的定性与定量指标。本发明根据接地网的检修特点从接地网的工频特性参量、雷击暂态特性参量、腐蚀评估参量等状态参量中选取评估指标量，建立接地网状态评价体系，详见图2。

2)应用层次分析法筛选提炼满足一致性检验的特征参量，同时求出评估各参量的常权值，以及待评估的接地网各指标关于评语集V的单因素评判矩阵；

用层次分析法提炼特征参数，步骤为：建立层次结构模型→构建判断矩阵→层次排序→一致性检验。

权重的确定步骤如下：

a)建立优先关系矩阵F＝(f_ij)_n×n。f_ij表示了每一层次因素中各因素的相对重要性。构造优先关系矩阵时，为了能准确描述任意两个因素关于某准则的相对重要程度，采用如表1所示的0.1～0.9标度，所构建的优先关系矩阵F＝(f_ij)_n×n为模糊互补矩阵。

b)将优先关系矩阵F＝(f_ij)_n×n改为模糊一致矩阵A＝(a_ij)_n×n

对优先关系矩阵F＝(f_ij)_n×n按行求和记为

表1两两判断矩阵

进行如下数学变换

a_ij＝(a_i-a_j)/[2(n-1)]+0.5

则变换以后的矩阵是模糊一致矩阵。正是模糊一致矩阵的中分传递性，让模糊一致矩阵的概念符合人类决策思维的心理特性，使得判断矩阵的一致性问题得到了妥善解决。

c)模糊一致矩阵的排序

关系排序法

式中α满足α≥(n-1)/2。

关系排序法是根据模糊一致矩阵的元素a_ij与权重w_i的关系式a_ij＝α(w_i-w_j)+0.5经过理论推导求得的结论，具有科学的理论基础。另外关系排序法求得的排序值差距最大，分辨率最高，各因素之间顺序区别明显。

变电站接地网状态评估是分层次多指标的综合评判，各指标的权重是一个极其重要的参数，它的确定是否科学、合理直接影响着评估的准确性。由建立的层次指标体系可知，确定指标层和子指标层各因素的权重需要建立4个优先关系矩阵，然后利用模糊层次分析法将4个优先关系矩阵改造模糊一致判断矩阵，通过关系排序法，计算确定各因素的权重。

为了方便运检人员准确的判断接地网的安全状态，合理的采取相应的措施，本发明结合相关文献，将接地网的状态划分为“好”、“轻微”、“一般”、“严重”4种状态。即：

V＝{v₁,v₂,v₃,v₄}＝{好、轻微、一般、严重}

在进行综合评估之前，首先要确定各个指标对于评语集的隶属度。在模糊数学中，论域中的某个模糊子集可以通过函数μ(x)映射到[0,1]上，函数μ(x)为隶属度函数，映射到[0，1]上的值为隶属度。

在接地网状态评估模型中，可以直接量化的指标，可以用相对劣化度的概念来确定，对愈大愈优型指标：

对愈小愈优型指标如接触电压：

式中：d_i为第个接地网评估指标的相对劣化度；y_max或y_min为该指标极限值，其值的确定参考相关文献；y₀为该指标的初始值；y_i为指标实际测量值。

对于具有一定的模糊性，无法量化处理的指标，如电气完整性、腐蚀程度、截面材料等。本发明对无法量化的评估指标制定详细的加分表，假设理想运行工况状态为0分，待评估对象按照加分表加分，将其状态量化，映射到区间[0，1]上。

评估指标的隶属度函数对定量指标，采用半梯形与梯形结合的分布函数，详见图3，对于定性指标选用半梯形和三角形结合的分布函数，详见图4。

确定隶属度函数的确定：将上面确定的相对劣化度代入隶属度函数中。对定量指标，半梯形与梯形相结合的相对劣化度对应四种状态的模糊分界区间。从而可以得到某个评估指标对于状态V＝{v₁,v₂,v₃,v₄}的隶属函数：

对定性指标，半梯形与三角形相结合的相对劣化度对应四种状态的模糊分界区间。从而可以得到某个评估指标对于状态V＝{v₁,v₂,v₃,v₄}的隶属函数：

式中x为评估指标的相对劣化度，v₁(x)～v₄(x)分别代表评估指标对应于状态v₁～v₄的隶属函数。则第一级指标i的下层属性指标x_ij相对于评估等级v_n的模糊评估值为μ_ij,n。

由指标层中各子指标的隶属度函数计算得到各指标的模糊评判矩阵R，结合变权分配，求得各指标的单因素评判矩阵R_{工频特性参数}、R_{雷击暂态特性参数}、R_{腐蚀评估参数}。

对该变电站接地网状态进行整体评估：

3)利用加权平均原则进行接地网状态评价的相对位置计算，从而得到接地网的最终状态。

经过模糊综合评判后，需要对评估指标进行处理，以得到最终的评判结果。评估指标的处理方法有加权平均法、最大隶属法、择近原则等。为了能定量处理，用“1，2，3，4”依次表示各评判状态等级，并称其为各等级的秩；然后用B中对应分量将各等级的秩加权求和，得到被评事物的相对位置，这就是加权平均原则。其计算表达式为：

其中，各等级赋值μ(v_i)分别为{1，2，3，4}。

求得v值对应关系：

实施案例

对某站的接地网进行状态评估，其各特征参量测试结果如表2所示：

表2 110kV某站特征参数测量结果

应用模糊评估法求出评估各参量的常权值，如表3。

表3评估各参数常权值

应用模糊评估法，求出待评估的接地网各指标关于评语集V的单因素评判矩阵：

R_{工频特性参数}＝[0.1816 0.4232 0.0535 0.3418]

R_{雷击暂态特性参数}＝[0.2462 0.3985 0.3553]

R_{腐蚀评估参数}＝[0.1685 0.4944 0.3371]

4)利用加权平均原则进行接地网状态评价的相对位置计算，从而得到接地网的最终状态。

用“1，2，3，4”依次表示各评判状态等级，并称其为各等级的秩；然后用B中对应分量将各等级的秩加权求和，得到被评事物的相对位置。

计算得：

即为该变电站接地网的当前状态。对于接地网得分情况按照模糊理论划分为好、轻微、一般、严重四种情况进行表述，则该变电站接地网状态评估结果为：轻微。另外，现场测量特征参数的准确性会影响评估结果。

实例分析证明了应用模糊层次分析法对接地网的运行情况进行评价的实用性。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于模糊层次分析法的接地网状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在全面性、统一与层次相结合的原则下从待评估的接地网中选取评估指标量，以工频特性参数、雷击暂态特性参数和腐蚀评估参数建立接地网状态的多级评价体系；

(2)应用层次分析法筛选提炼满足一致性检验的接地网评估指标量参量，同时求出评估各参量的常权值；

(3)确定接地网状态的多级评价体系的评判集；

(4)确定各接地网评估指标量参量的隶属度函数；

(5)进行接地网状态整体评估，得出结果。

2.根据权利要求1所述的基于模糊层次分析法的接地网状态评估方法，其特征在于，步骤(1)中的工频特性参数包括接地阻抗、接触电压、跨步电压、地电位升；雷击暂态特性参数包括冲击地电位升、冲击接触电压、冲击跨步电压；腐蚀评估参数包括电气完整性、腐蚀程度、材料截面。

3.根据权利要求1所述的基于模糊层次分析法的接地网状态评估方法，其特征在于，步骤(2)过程为，根据实验结果建立优先关系矩阵，根据所述优先关系矩阵计算模糊一致矩阵，采用关系排序法计算指标层权重，作为各因素常权值；

优先关系矩阵：F＝(f_ij)_n×n；

1)对所述优先关系矩阵F＝(f_ij)_n×n按行求和记为公式1；

2)对公式1进行如下数学变换，得出所述模糊一致矩阵a_ij：

模糊一致矩阵具有中分传递性；

关系排序法记为公式3，公式3中α满足α≥(n-1)/2：

4.根据权利要求1所述的基于模糊层次分析法的接地网状态评估方法，其特征在于，步骤(3)中，评语集V为了方便运检人员准确判断接地网的安全情况，将其划分为“好”、“轻微”、“一般”、“严重”4种不同的状态。

5.根据权利要求1所述的基于模糊层次分析法的接地网状态评估方法，其特征在于，步骤(4)中，根据各个指标的相对劣化度确定各个指标对于评语集的隶属函数，在接地网状态评估模型中，可以直接量化的指标用相对劣化度的概念来确定，对愈大愈优型指标：

对愈小愈优型指标：

式中：d_i为第i个接地网评估指标的相对劣化度；y_max或y_min为该指标极限值；y₀为该指标的初始值；y_i为指标实际测量值；

对于具有一定的模糊性，无法量化处理的指标，制定详细的加分表，假设理想运行工况状态为0分，待评估对象按照加分表加分，将其状态量化，映射到区间[0，1]上；

评估指标的隶属度函数对定量指标，采用半梯形与梯形结合的分布函数，对于定性指标选用半梯形和三角形结合的分布函数。

6.根据权利要求1所述的基于模糊层次分析法的接地网状态评估方法，其特征在于，步骤(5)中，由指标层中各子指标的隶属度函数计算得到各指标的模糊评判矩阵R，结合变权分配，求得各指标的单因素评判矩阵R_{工频特性参数}、R_{雷击暂态特性参数}、R_{腐蚀评估参数}；

对该变电站接地网状态进行整体评估：

经过模糊综合评判后，需要对评估指标进行处理，以得到最终的评判结果；评估指标的处理方法有加权平均法、最大隶属法、择近原则等；为了能定量处理，用“1，2，3，4”依次表示各评判状态等级，并称其为各等级的秩；然后用B中对应分量将各等级的秩加权求和，得到被评事物的相对位置，这就是加权平均原则；其计算表达式为：

其中，各等级赋值μ(v_i)分别为{1，2，3，4}；

求得v值对应关系：

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