基于模糊层次分析法的水力发电厂的安全性评价

杨　爽，杨　辉，曾　义，张　平

（湖南五凌电力工程有限公司，湖南 长沙 410004）

基于模糊层次分析法的水力发电厂的安全性评价

杨爽，杨辉，曾义，张平

（湖南五凌电力工程有限公司，湖南 长沙 410004）

摘要：为定量综合评价水电厂的安全状况，采用模糊层次分析法，根据水电厂安全性评价标准，建立包含工作人员素质、生产设备、劳动安全与环境、安全生产管理的安全性评价指标体系，构建三角模糊互判矩阵，确定各评价指标的权重。再结合模糊综合评价，对某水电厂的安全情况进行综合评价。研究结果表明：该水电厂的安全评价为“一般”，影响水电厂安全的首要因素是安全生产管理。该研究成果实用可靠，对提高水电厂安全水平具有实用价值。

关键词：水电厂安全性评价；模糊层次分析；模糊综合评判；评价指标体系；安全管理

1　引言

由于水电厂要求稳定运行并提供优质可靠的电能，因此，安全生产工作便成为了水电厂的一项重要课题。如果在水电厂发生了安全事故，轻则造成设备损坏，重则引起电网崩溃，甚至会危及人身安全，造成灾难性后果。因此，非常有必要对水电厂进行安全性评价。通过对水电厂进行定性和定量的分析，确定生产过程中发生危险的可能性及其严重程度，提出相应的预防措施，提高安全生产水平，超前控制事故的发生。

目前，用于电力生产安全评价的方法主要有安全检查表评价法（SCL）[1]、故障树分析法（FTA）[2]，神经网络法[3]以及层次分析法（AHP）[4]等。每个方法都有其优点、缺点和使用范围。如SCL须事先编制大量的检查表，工作量大且安全检查表的质量受制表人员的知识水平和经验影响。FTA分析针对特定事故较有优势，而对于复杂系统，所需编制的事故树较庞大，计算较复杂，给定性和定量分析带来困难。神经网络法工作具有较强的随机性，需要人为地去调试，才能得到一个较好的神经网络结构，非常耗费人力与时间，具有一定的局限性。AHP进行评价时没有考虑人的判断模糊性，而且检验判断矩阵一致性比较困难[5]。而模糊层次分析法（FAHP），评价体系建立较简单，对使用人员的知识水平和经验要求不高[6]。故本文采用模糊层次分析法（FAHP）来完成对水电厂的安全性评价。

2　模糊层次分析法（FAHP）

模糊层次分析法是以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，将一些边界不清，不易定量的因素定量化，从而对实际的综合评价问题进行评价的一种方法[7]。使用层次分析法（AHP），可以将复杂的问题分解为若干层次，建立阶梯层次结构。再通过决策者对同一层次中各个因素进行两两比较和分析，给出比例标度，形成比较判断矩阵，并通过一定的数学方法计算得到该层次中各个因素的权重值，最后通过排序得到最佳方案。

FAHP和AHP的计算步骤基本相同，不同之处在于FAHP用“大约”、“左右”这样的量来描述因素间重要程度的比较判断，而不是用精确的值来表示，减少了因决策者认识上的局限性和思维判断的模糊性而造成的判断失误，提高了分析的准确性。模糊层次分析法进行综合评价的主要步骤见图1。

图1　模糊层次分析法进行综合评价步骤

2.1 构造模糊判断矩阵

构造模糊判断矩阵是FAHP的核心问题。模糊判断矩阵表示对于上一层某元素，本层次相关元素间的相对重要程度。该矩阵的构造方法有多种，本文根据实际情况，采用的是三角模糊互补判断矩阵。三角模糊互补判断矩阵是由三角模糊数表示的矩阵，其定义如下：

若a=(al,am,au)，其中0＜al≤am≤au，则称a为一个三角模糊数，其隶属度函数可表示为

设判断矩阵A=(aij)n×n，式中，

aij=(al ij,amij,auij),aji=(al ji,amji,auji)，如果alij+auji=amij+amji=auij+alji=1，auij≥amij≥alij＞0，i,j∈N，N={1,2,L,n}，则称是三角互补判断矩阵[8]。

采用三角模糊互补标度可构造相应的模糊互补判断矩阵，从而描述任意两个因素之间的相对重要程度。常用的模糊互补标度为0.1～0.9标度。0.1～0.9模糊互补标度的含义见表1[9]。

表1　0.1～0.9标度法

运用表1的标度方法，可获得元素a1，a2，，a，其中，a=（a，a，a），则相对于上一层元素的三角模糊互补判断矩阵为：

2.2确定三角模糊互补判断矩阵的权重

计算三角模糊互补判断矩阵权重的步骤如下：

Step2计算三角模糊互补矩阵的行和，并通过归一化处理，求出其权重向量ωi(i∈N,N={1,2,L,n})为

可能度的概念及计算方法如下：

设a=(al,am,au)，b=(bl,bm,bu)，则称

类似的，称

Step4求出可能度矩阵后，利用文献[10]中给出的公式：

进行求解，可得三角模糊互补判断矩阵的权重ω=(ω1,ω2,K ,ωn)T。

2.3确定评语集和多级模糊综合评价

评价者对评价对象所做评价结果的集合称为评语集，用V=(v1,v2,L,vn)表示。评价等级可分为5个等级，见表2[11]。

专家根据经验和评价等级，分别对各层次中的单因素进行打分，根据专家的打分情况建立单因素评价矩阵。例如，对某一因素，10名专家中有4人认为好，3人认为较好，3人认为一般，则得到的单因素评价矩阵为（0.4,0.3,0.3,0,0）。结合单因素评价矩阵，作模糊综合评判。

模糊综合评判采用多级模糊综合评判，针对不同层次的子因素分别进行综合评判。由各因素对应

1000例职业健康查体人员直接数字化摄影检查后1级片、2级片质量对比高千伏胸片检查显著更高，P＜0.05，统计学展现组间分析研究意义。

表2　安全等级加权值和标准分值

备注：1）安全评价等级数目可视实际情况分级需要而不同，一般为5级；2）加权值和标准分值是经验确定的。的权重矩阵和评价矩阵，利用公式=×矩阵运算后归一得到模糊综合评判集B=(b1,b2,L,bn)。

3　电厂安全性评价的指标体系

水电厂安全性评价指标体系是根据水电厂安全生产的实际需求与安全评价理论及其模型的基础上提出的。确定以水电厂安全性评价为总目标层，采用“人-设备-环境-管理”为一级指标，以及相应的二级指标为指标层的水电厂安全性评价指标体系。在评价指标体系中，共有20个安全变量，相应的安全评价指标体系见图2。

图2　水电厂安全评价指标体系

4　实例分析

根据水电厂安全性模糊层次分析评价模型，以某水力发电厂为例进行综合评价，该水电厂安全管理措施完善，生产设备齐全，安全保障技术合理。现采用模糊层次分析法，对该水电厂进行安全性评价，并提出相应的预防措施。

4.1计算各层次权重值

模糊层次分析法各层次权重值步骤：

（1）建立图2中的安全评价指标体系，确定以水电厂安全为目标层A，一级指标为准则层，二级指标为指标层C。

（2）根据指标体系并结合表1中的标度方法，建立各层次的三角模糊互补矩阵。准则层的模糊评判矩阵见表3。

4.2确定评语集

根据水电厂安全性评价的相关指标，并查阅相关资料[13]，结合相关专家的意见，对指标层中各个因素进行打分，建立评语集，并构造相应的评价矩阵，见表4。

表3　准则层模糊评判矩阵B

表3　准则层模糊评判矩阵B

评价准则　　工作人员素质RB1 　　生产设备RB2 　　劳动安全与环境RB3 　　安全生产管理RB4工作人员素质　　（0.5,0.5,0.5）　　（0.5,0.6,0.7）　　（0.4,0.5,0.6）　　（0.3,0.4,0.5）准则层模糊评判矩阵生产设备　　（0.3,0.4,0.5）　　（0.5,0.5,0.5）　　（0.2,0.3,0.4）　　（0.1,0.2,0.3）劳动安全与环境　　（0.4,0.5,0.6）　　（0.6,0.7,0.8）　　（0.5,0.5,0.5）　　（0.3,0.4,0.5）安全生产管理　　（0.5,0.6,0.7）　　（0.7,0.8,0.9）　　（0.5,0.6,0.7）　　（0.5,0.5,0.5）

表4　安全评价指标权重及单因素评价

4.3多级模糊综合评价

根据指标层的权重值以及对应的评价矩阵，进行一级模糊综合评价：得到该因素的隶属度。

表5　隶属度的计算结果

根据上述计算结果，可通过加权计算求得对该水电厂的综合安全性评价，即：

由于V∈(6,7.9)，这说明该水电厂的安全状况属于“一般”。所得结果与安全性评价考核结论是一致的，说明采用模糊层次分析法对水电厂进行安全性评价是可行的。

根据工作人员素质指标层的各个等级的隶属度，通过加权计算求得该指标层的安全性评价，即

同理，可相应得到生产设备、劳动安全与环境和安全生产管理指标层的安全性评价，见表6。

表6　指标层的安全性评价结果

由计算可知工作人员素质和劳动安全与环境在本层次的综合评价得分相对较低，因此，为提高水电厂整体的安全水平，应该从这两个方面加以改进。

4.4评价分析

借鉴前人在水电厂安全性评价方面的研究方法，结合实例，采用“人-设备-环境-管理”的分析方法，建立了合理的评价指标体系。根据上述实例的分析结果，影响水电厂安全的主要限制因素是安全生产管理。在进行水电厂安全性评价时应加强对工作人员素质和劳动安全与环境的控制。强化工作人员的安全意识，关注其健康状况、技术水平和劳动强度，整体提高工作人员的素质水平。同时在水电厂的安全管理中，应注重劳动安全、作业环境和交通消防安全等方面的建设。严格贯彻执行安全检查管理制度，进行相应的安全教育活动，提出安全措施，减少安全隐患，这样才能确保水电厂安全可靠的运行。

上述结果表明，应用模糊层次分析法进行安全评价所得结果是实用可靠的，结合模糊综合评价结果，可以对水电厂的安全情况进行整体评价，确定水电厂中的不安全因素，便于采取相应的措施，对提高水电厂的安全水平具有实用价值，带来良好的社会效益。

5　结论

（1）本文创新性的提出了基于模糊层次分析法的水电厂安全性评价，克服了层次分析法的局限性，提高了分析的准确性。

（2）本方法考虑了人判断的模糊性，与其他评价方法相比具有评价体系简单、计算方便等优点。

（3）该方法能在缺资料、少信息条件下建模、预测和决策，有一定的可操作性，结论可信，有一定的实际应用价值。

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中图分类号：X913

文献标识码：A

文章编号：1672-5387（2015）08-0099-05

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.08.029

收稿日期：2015-05-04

作者简介：杨爽（1988-），女，助理工程师，从事水电厂通讯设备检修和维护工作。