CN111666528A - 沿海台风地区输电线路杆塔改造优先度评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种输电线路杆塔评估方法，特别是一种沿海台风地区输电线路杆塔改造优先度评估方法，其要点在于，首先确定风险要素因子，并进行等级划分，其次将优先度评判等级量化并建立技术要素参数风险尺后，引入模糊综合评价法，建立隶属度函数和权重向量，对要素进行定量分析，从而得到灾害改造优先度置信度，进而甄别出急需改造的塔位。由此，本发明综合杆塔自身因素和外部环境影响，定量化的评判线路具体杆塔位的改造优先度，提高评估准确度、有效避免工程浪费，为线路改造工程的前期策划提供科学依据。

Description

沿海台风地区输电线路杆塔改造优先度评估方法
技术领域
本发明涉及一种输电线路杆塔评估方法，特别是一种沿海台风地区输电线路杆塔改造优先度评估方法。
背景技术
沿海一带频发极端自然灾害，给电网带来严重损害，甚至导致局部地区发生较长时间停电，2015年第13号超强台风苏迪罗在福建省莆田市登陆，造成全省共有40条（74条次）220kV及以上输电线路跳闸；2016年第14号台风“莫兰蒂”造成厦门市35-220kV电压等级输电线路共计74条（回）跳闸故障，500kV及220kV架空输电线路杆塔倒塔15基，塔头或地线架局部破坏7基，同时也造成泉州、漳州电网大量破坏。事故杆塔往往或是运行时间长、或者设计标准低、或是承受风荷载不足、或是自身结构问题，或是前述多个原因综合。老旧铁塔主要的缺陷包括以下几个方面：一是气象重现期短，相应设计基本风速取值较现行规范偏低；二是杆塔设计荷载以及荷载组合偏低；三是杆塔采用材料强度偏低，裕度小，在台风等严重自然灾害条件下易被破坏。常规方法计数据偏差大，难以有效评估各线路杆塔。而大面积、无针对性的对杆塔进行改造则会造成极大的工程浪费。
发明内容
本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种能够定量评估、提高评估准确度、有效避免工程浪费的沿海台风地区输电线路杆塔改造优先度评估方法。
本发明所述目的是通过以下途径来实现的：
沿海台风地区输电线路杆塔改造优先度评估方法，其要点在于，包括如下步骤：
1）根据杆塔的运行状态确定风险要素因子集为：
X = (N, S, W, C, K)
其中：N为运行年数，分为五等级范围，包括：（0,10），（10,15），（15,20），（20,25）以及25年以上；
S为设计标准，即杆塔设计规范标准，分为3个等级，包括79规范、99规范和10规范；
W为基本风速，m/s，分为五等级范围，包括：（0,25），（25,30），（30,35），（35,40）以及40m/s以上；
C为设计覆冰，mm，分为五等级范围，包括：（0,5），（5,10），（10,15），（15,20）以及20mm以上；
K为线路交叉跨越情况，根据跨越的线路等级以及公路、铁路和航道等级情况分为五等级范围；
2）权重向量的确定：权重向量表示为A=（aN，aS，aW，aC，aK）；其中aN，aS，aW，aC，aK为各风险要素因子的权重值；利用层次分析法计算5个技术要素的权重值：
S1：递推层次结构分为3层：改造优先度置信度系数的目标层、以5级评判等级为基础的指标层和以5个致灾的风险要素因子进行设置的方案层；
S2：将下一层包含的全部风险要素因子对应上一层的某一风险要素因子，从而建立9个标度，标度值为1-9，标度值越大，表示改造优先度置信度系数对应的倒塔置信度系数中两个指标重要性指数的差值越大；
S3：采用9标度法建立判断矩阵；以随机一致性比率 CR（consistency ratio）为检验指标，对判断矩阵的一致性进行检验，只有当一致性满足要求后，才能输出层次权重向量A；
3）根据五等级范围设定5个风险评判等级，风险要素因子集X对应决策集的隶属度函数表示为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
风险要素因子分为区间式以及定值式两种，其中运行年数N、基本风速W和设计覆冰C为区间式因子，设计标准S和线路交叉跨越情况K为定值式因子；
S4：分别采用梯形法和矩形法两种方法建立不同风险评判等级下的隶属度函数，梯形法针对区间式因子，矩形法针对定值式因子，将具体工况下5个技术要素的参数带入相应的隶属度函数中，得到模糊综合评价矩阵为：
M = [M1, M2, M3, M4, M5]
式中：Mi=（Ni，Si，Wi，Ci，Ki）T，其指具体工况下各技术要素对应第i级风险评判等级的隶属程度，i为1-5；
S5：根据确定的权重向量得到模糊综合评价向量为：
B = A× M = [b1, b2, b3, b4, b5]
4）依据最大隶属度原则，选择[b1，b2，b3，b4，b5]中元素的最大值作为该输电线路的改造优先置信度B，根据以下分值区间设定改造优先等级：当B=[0,1.33）为无需改造线路；当B=[1.33,2.33）为待改造线路；当B=[2.33,3.33）为急需改造线路；当B=[3.33,4.85]为特需改造线路，当B>4.85为立需改造线路。
由此，本发明提供了一种沿海台风地区输电线路杆塔改造优先度评估方法，综合杆塔自身因素和外部环境影响，定量化的评判线路具体杆塔位的改造优先度，提高评估准确度、有效避免工程浪费，为线路改造工程的前期策划提供科学依据。
附图说明
图1为本发明所述的沿海台风地区输电线路杆塔改造优先度评估方法中要素权重求解模型示意图。
图2为本发明所述的沿海台风地区输电线路杆塔改造优先度评估方法的流程示意图。
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
具体实施方式
最佳实施例：
本发明所述沿海台风地区输电线路杆塔改造优先度评估方法主要涉及五大风险要素因子，包括运行年限、设计标准、基本风速、设计覆冰以及三跨等，其中三跨情况是易损度指标，指跨越高速铁路、高速公路和重要输电通道的架空输电线路区段。若在三跨处发生倒塔事故，不仅会造成停电，也会造成严重的社会影响，危害社会安全，因此，有必要将三跨影响也作为改造优先度的评价要素。
参照附图1-2，沿海台风地区输电线路杆塔改造优先度评估方法，包括如下步骤：
1）根据杆塔的运行状态确定风险要素因子集为：
X = (N, S, W, C, K)
其中：N为运行年数，分为五等级范围，包括：（0,10），（10,15），（15,20），（20,25）以及25年以上；
S为设计标准，即杆塔设计规范标准，分为3个等级，包括79规范、99规范和10规范；并分别对应设定分值为0.5、1、1.5；
W为基本风速，m/s，分为五等级范围，包括：（0,25），（25,30），（30,35），（35,40）以及40m/s以上；
C为设计覆冰，mm，分为五等级范围，包括：（0,5），（5,10），（10,15），（15,20）以及20mm以上；
K为线路交叉跨越情况，分为五等级范围：K1-跨越35kV以下输电线路、三级以下公路、铁路、二级航道；K2-跨越35kV及以上且110kV以下输电线路、三级公路、铁路、二级航道；K3-跨越110kV及以上且220kV以下输电线路、二级公路、铁路、二级航道；K4-跨越220kV及以上且500kV以下输电线路、一级公路、高铁、一级航道；K5-跨越500kV及以上线路、高速、高铁、一级航道；评定分值取0-1。
风险要素因子的参照尺度表：
改造优先度评判等级 运行年限 设计标准 基本风速 设计覆冰 三跨情况
1 （0,10） 10规范 （0,25） （0,5） K1
2 [10,15） 10规范 [25,30） [5,10） K2
3 [15,20） 99规范 [30,35） [10,15） K3
4 [20,25） 99规范 [35,40） [15,20） K4
5 [25,
Figure DEST_PATH_IMAGE004
）		 79规范 [40,
Figure 786495DEST_PATH_IMAGE004
）		 [20,
Figure 703636DEST_PATH_IMAGE004
）		 K5
2）利用层次分析法计算5个技术要素的权重值。其递推层次结构分为目标层（改造优先度置信度系数）、指标层（5级评判等级）和方案层（5个致灾因子）3层。将下一层包含的全部因子对应上一层的某一因子，如附图1所示，建立9个标度，其建立标准如下表所示：
标度 含义
1 倒塔置信度系数中判断两个指标同样重要
3 倒塔置信度系数中判断两个指标一个比另外一个稍微重要
5 倒塔置信度系数中判断两个指标一个比另外一个明显重要
7 倒塔置信度系数中判断两个指标一个比另外一个强烈重要
9 倒塔置信度系数中判断两个指标一个比另外一个极端重要
2、4、6、8 上述两相邻判断中值
进而采用9标度法建立判断矩阵。
应用9标度法确定判断矩阵时，考虑到置信度系数这一目标的复杂性和决策人员评分主观性的影响，会导致判断矩阵出现不一致性，因此以随机一致性比率 CR（consistency ratio）为检验指标，对判断矩阵的一致性进行检验，只有当一致性满足要求后，才能输出层次权重。
获得的权重向量表示为A=（aN，aS，aW，aC，aK）。其中aN，aS，aW，aC，aK为各因子的权重值。
3）对应改造优先度评判等级，改造决策集可分为5级。因子集X中的5个技术要素对应决策集的隶属度函数可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
风险因子分为区间式（如运行年限、基本风速和设计覆冰）以及定值式（如设计标准，三跨类型）两种，分别采用梯形法和矩形法两种方法建立不同风险评判等级下的隶属度函数。梯形法针对区间式指标，矩形法针对定值式指标。
将具体工况下5个技术要素的参数带入相应的隶属度函数中，得到模糊综合评价矩阵为：
M = [M1, M2, M3, M4, M5] （4）
式中：Mi=（Ni，Si，Wi，Ci，Ki）T其含义是指具体工况下各技术要素对应第i级风险评判等级的隶属程度。
由于技术要素不同，其对改造优先度评判标准也不同，因此引入上述确定的权重向量得到模糊综合评价向量为
B = A× M = [b1, b2, b3, b4, b5] （5）
依据最大隶属度原则，选择[b1，b2，b3，b4，b5]中元素的最大值作为输电线路山改造优先置信度B。随后根据置信度B与阈值的关系，判断是否急需改造：当B=[0,1.33）为无需改造线路；当B=[1.33,2.33）为待改造线路；当B=[2.33,3.33）为急需改造线路；当B=[3.33,4.85]为特需改造线路，当B>4.85为立需改造线路。
本发明基于模糊综合评价法，将杆塔运行情况以及技术要素的数据作为输入，得出改造优先度的置信度，根据置信度甄别杆塔位是否为风险塔位。输电线路杆塔改造优先度评判的整体流程如图2所示。本发明应用于500kV厦沧Ⅰ路起自500kV厦门变电站，止于500kV海沧变电站。线路全长32.182km。500kV厦沧Ⅰ路基本情况见下表。
序号 项目 内容
1 路径长度 32.182km
2 共塔情况 厦沧Ⅰ路#46～#70与厦沧Ⅱ路#50~#74同塔双回，长度为7.587km，其余为单回路。
3 杆塔数量 厦沧Ⅰ路70基，厦沧Ⅱ路74基，其中共塔25基
4 耐张比例 0.2571
5 导地线型号 导线规格：#01~#45：4×LGJ-400/35钢芯铝绞线、#45～#70：4×JL/LB20A-400/35钢芯铝绞线；地线规格：右侧#01~#8为LGJ-150/35钢芯铝绞线、#8-#45为LB20J-80、#45~#70为JL/LB20A-95/55铝包钢芯铝绞线。左侧：OPGW-120良导体复合光缆。
6 设计覆冰厚度 无
7 设计风速 #01~#45，最大风速35m/s，其余最大风速38m/s
8 地形地貌 平原15%，丘陵65%，山地20%
9 途径区域 途经厦门市海沧区、厦门市同安区等2县市。
根据本发明所述沿海台风地区输电线路杆塔改造优先度评估方法，得到定量化评分如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
该线路的平均评分值为2.63，改造优先度为急需改造，从塔位评分情况看，除了厦沧Ⅰ路#037，厦沧Ⅱ路#048，厦沧Ⅱ路#049不用改造外，其余均属于急需改造段，合计共计单回路91基，双回路25基。
本发明未述部分与现有技术相同。

Claims (1)

1.沿海台风地区输电线路杆塔改造优先度评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）根据杆塔的运行状态确定风险要素因子集为：
X = (N, S, W, C, K)
其中：N为运行年数，分为五等级范围，包括：（0,10），（10,15），（15,20），（20,25）以及25年以上；
S为设计标准，即杆塔设计规范标准，分为3个等级，包括79规范、99规范和10规范；
W为基本风速，m/s，分为五等级范围，包括：（0,25），（25,30），（30,35），（35,40）以及40m/s以上；
C为设计覆冰，mm，分为五等级范围，包括：（0,5），（5,10），（10,15），（15,20）以及20mm以上；
K为线路交叉跨越情况，K为线路交叉跨越情况，根据跨越的线路等级以及公路、铁路和航道等级情况分为五等级范围；
2）权重向量的确定：权重向量表示为A=（aN，aS，aW，aC，aK）；其中aN，aS，aW，aC，aK为各风险要素因子的权重值；利用层次分析法计算5个技术要素的权重值：
S1：递推层次结构分为3层：改造优先度置信度系数的目标层、以5级评判等级为基础的指标层和以5个致灾的风险要素因子进行设置的方案层；
S2：将下一层包含的全部风险要素因子对应上一层的某一风险要素因子，从而建立9个标度，标度值为1-9，标度值越大，表示改造优先度置信度系数对应的倒塔置信度系数中两个指标重要性指数的差值越大；
S3：采用9标度法建立判断矩阵；以随机一致性比率为检验指标，对判断矩阵的一致性进行检验，只有当一致性满足要求后，才能输出层次权重向量A；
3）根据五等级范围设定5个风险评判等级，风险要素因子集X对应决策集的隶属度函数表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
风险要素因子分为区间式以及定值式两种，其中运行年数N、基本风速W和设计覆冰C为区间式因子，设计标准S和线路交叉跨越情况K为定值式因子；
S4：分别采用梯形法和矩形法两种方法建立不同风险评判等级下的隶属度函数，梯形法针对区间式因子，矩形法针对定值式因子，将具体工况下5个技术要素的参数带入相应的隶属度函数中，得到模糊综合评价矩阵为：
M = [M1, M2, M3, M4, M5]
式中：Mi=（Ni，Si，Wi，Ci，Ki）T，其指具体工况下各技术要素对应第i级风险评判等级的隶属程度，i为1-5；
S5：根据确定的权重向量得到模糊综合评价向量为：
B = A× M = [b1, b2, b3, b4, b5]
4）依据最大隶属度原则，选择[b1，b2，b3，b4，b5]中元素的最大值作为该输电线路的改造优先置信度B，根据以下分值区间设定改造优先等级：当B=[0,1.33）为无需改造线路；当B=[1.33,2.33）为待改造线路；当B=[2.33,3.33）为急需改造线路；当B=[3.33,4.85]为特需改造线路，当B>4.85为立需改造线路。
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