基于模糊层次分析的配电变压器改造优先级评估方法

邵志敏，张林利，李建修，樊迪，沈小迪

（1.国网山东省电力公司电力科学研究院，山东济南250003；2.山东中实易通集团有限公司，山东济南250003）

基于模糊层次分析的配电变压器改造优先级评估方法

邵志敏1，张林利1，李建修1，樊迪1，沈小迪2

（1.国网山东省电力公司电力科学研究院，山东济南250003；2.山东中实易通集团有限公司，山东济南250003）

普通配电变压器改造为经济型配变时，需要对多个变压器改造优先级进行合理评估排序。提出一种基于模糊层次分析法的配电变压器改造优先级评估方法，通过建立改造优先级评估的层次结构模型，选取典型评价指标，确定各层间的权重，构建模糊一致判断矩阵，计算各待改造配变的综合评价值及排序。某电网的应用实例证明该方法可为配变改造优先级评估提供更科学的决策参考。

模糊层次分析；配电变压器；优先级评估

0 引言

变压器是电力传送过程中的重要设备，担负着电压变换和功率传递的任务。在配电系统中，配电变压器数量众多、总容量大，总体运行损耗在整个配电网损耗中占比较高［1］。因此，降低配电变压器运行损耗是配电网降损节能的重要途径。随着近年来配电网建设改造的持续投入，已经基本完成对陈旧、高能耗变压器的更换工作。目前，非晶合金、高过载、有载调容调压等新型节能型配电变压器正逐步扩大应用范围［2-3］，对降低配电网整体损耗起到了重要作用。

普通配变台区在改造为新型配电变压器时需要综合考虑技术、经济、管理等多方面因素，供电部门一般采取分批投资的方式，逐步对台区配电变压器进行改造。因此，综合各方面因素制定合理的改造优先级，不仅能提高电力系统运行的安全性与可靠性，更能节约财力与人力，实现精准投资。文献［4］基于全寿命周期成本理论，建立中低压配电网变压器的全寿命周期成本模型，包括初次投资成本、运行维护成本、停电损失成本和设备残值，并以全寿命周期成本最小为原则对配电变压器改造进行选型指导。文献［5］进一步完善了全寿命周期成本模型，并对其灵敏度进行了分析，提高了该方法的实用性。文献［6］利用故障树分析法，评估变压器运行可靠性，识别早期故障征兆，作为变压器维护依据。现有技术多是考虑经济性或可靠性等单方面指标，缺乏考虑各主要影响因素的综合判断。

本文应用模糊层次分析的方法，建立改造优先级评估的层次结构模型，选取典型评价指标，构建模糊一致判断矩阵，对配电变压器改造优先级进行评估，为配电变压器有序改造提供理论指导。

1 模糊层次分析

层次分析法（Analytic hierarchy process，AHP）于20世纪70年代中期提出，是一种定性和定量相结合的分析方法，具有系统化的、层次化的特点［7］。但是，早期的层次分析法存在明显的不足，标度方法采用确定性的方法，不考虑评价人员评判的主观性，往往导致判断结果准确性不足。模糊层次分析法（Fuzzy analytic hierarchy process，FAHP）结合层次分析法与模糊分析理论的优点、充分考虑人员评判的模糊性，可最大限度减小人为因素影响［8-9］，已在电力系统相关分析中获得了广泛应用［10-11］。

1）对问题进行分析并建立相应的层次结构模型。一般情况下，层次结构可以划分为目标层、准则层和方案层。

2）构造判断矩阵。将各影响因素进行两两相互比较，形成判断矩阵并确定矩阵各元素的权重值。FAHP使用三角模糊数对传统的1～9标度法进行修正，表示为

式中：p和r分别为上限和下限；q为可能的最大值。修正后的标度如表1所示。

表1 因素重要性比较模糊标度

所形成的模糊判断矩阵

3）一致性检验。得到模糊判断矩阵后，需要对所得结果进行一致性检验，一致性指标CI定义为

式中：n为模糊判断矩阵的阶数；λmax为矩阵的最大特征根。根据表2所示的平均随机一致性指标RI，按下式计算一致性比例CR为

表2 平均随机一致性指标

当n为1或2时，CR取值为0。当矩阵阶数为其他值时，若求得的CR＜0.1，则认为模糊矩阵的一致性在可接受范围内；若求得的CR≥0.1，则需要对模糊判断矩阵元素进行修正，直到通过一致性检验。

4）进行分析评估。首先确定下层元素对于上层准则的相对权重，然后确定各层元素对系统目标的权重，最后依照各元素权重值进行评估。利用这些计算得到的权重及指标值计算各方案的综合评价值，按综合评价值从大到小排序，综合评价值最大的方案即为最优方案。

2 配电变压器属性评估

2.1 建立层次模型

设备属性优先级评估模型的建立，必须合理选取配电变压器改造优先级的评价因素。根据大量统计分析，选取负载率变化、运行年限、配变损耗、家族缺陷、检修记录、运行环境作为评价因素。各评价因素的权重确定非常重要，反映了各指标对配电变压器状态的影响程度，合理地确定各因素的权重，是保证结果合理性的关键。备属性评估层次模型如图1所示。

图1 配变设备属性评估模型

CRI.1质量缺陷。质量缺陷是指经确认具有设计、材质、工艺等共性因素导致的设备缺陷。对于故障信息记录中存在质量缺陷的配电变压器，改造的迫切性要更高。

CRI.2配变运行损耗。高耗能配电变压器会增加电网的运行损耗，运行年限越久的变压器运行损耗往往越大，因此配变运行损耗是设备属性的重要参考因素。

CRI.3配变运行年限。配电变压器的劣化程度与运行年限直接相关，对于一台变压器，运行年限越长绝缘老化、损耗增加等问题越严重。因此，配电变压器运行年限越长，升级改造的迫切性就越大。

CRI.4配变负载率。负载率反映了变压器工作的裕度与安全程度，负载率过高，在负荷波动时容易产生过载，严重时会导致配变烧毁，影响电力系统的安全运行。因此，存在重过载现象的变压器应优先进行改造。

CRI.5检修记录。检修记录一定程度上反映着变压器的故障情况，检修记录多的配变，其运行过程中突发故障的风险也会更高。因此，应将台区配变检修记录作为一项考虑因素。

CRI.6运行环境。恶劣的运行环境不仅会影响配电变压器的运行状况，同时还会加速变压器老化程度，因此在制定改造计划时应将配电变压器的运行环境作为考虑因素。

为了保证在各准则下对不同的配变进行比较的准确性，需要明确每一个准则下相应的子准则。各个子准则按相关专家打分为基础、依据FAHP法确定相应权重，即专家对同一准则下的子准则以0～10进行打分，分数越高代表同一准则下，符合该子准则的配电变压器改造优先级越高。最后综合各专家意见，并归一化后，即可获得各子准则的权重。

式中：Sij为综合各专家意见后的第i个准则下的第j个子准则的得分值；Sijk为第k个专家对第i个准则下的第j个子准则的打分值；m为专家数量；εij为第i个准则下的第j个子准则的权重；ni为准则i包含子准则的数量。归一化处理后各子准则权重值如表3所示。

表3 各子准则及权重值

2.2 矩阵构造和评估

通过对上述6项准则进行两两比较，可以构造出模糊判断矩阵为

应用对数最小二乘法，求得矩阵第i项准则的模糊权重为

各准则权重通过一致性检验后，该配电变压器的设备属性优先级评估结果为

式中：εij为第i台配变在准则j下的得分值；wcri.i为第i台配变的设备属性评估值；Aj为第j个准则的权重。

3 应用实例

利用所提出的方法对某农村地区列入配电变压器改造计划的6个配变台区进行评估，6台区变压器的型号分别为S9-200/10、S9-200/10、S9-200/10、S9-250/10、S11-160/10、S9-200/10，分别用编号DT.1、DT.2、DT.3、DT.4、DT.5、DT.6表示。

所选6台配变都是S9型，常规方式下，往往是由技术负责人主要根据运行年限，结合维修记录确定各配变的改造优先级，所得结论主观随机性较强，且不能综合各相关因素，甚至不同的人会做出不同的决策。

应用本文所提出的方法，邀请10位专家根据各配变具体情况进行打分，综合10位专家对各变压器的打分情况，即可得到评价所需的模糊判断矩阵。然后对所得模糊判断矩阵进行一致性检验，对求得的权重值去模糊化并归一化处理，所得权重如表4所示。

表4 各评价准则归一化权重

表5 配变在各评价准则下得分

根据10位专家对每台变压器的评价分值，进行归一化换算后得出待评估6台变压器在各准则下的得分值如表5所示。

结合各准则权重与分值，应用式（10）即可求得各配变的设备属性优劣评估结果如表6所示。

表6 设备属性评估结果

根据上述设备属性评估结果，各配变改造优先级排序为：DT.4、DT.6、DT.5、DT.2、DT.3、DT.1。

4 结语

提出基于模糊层次分析法的配电变压器改造优先级评估方法，充分考虑了传统层次分析中人的主观判断、选择、偏好的模糊性质，使决策更客观及合理。通过选取质量缺陷、运行损耗等6个典型评价指标，确定模型各层间的权重，构建模糊一致判断矩阵，计算得到各待改造配变的综合评价值。评价分值高的配电变压器拥有更高的改造优先级，可据此安排配变改造顺序，为在运配变升级改造决策提供理论指导。某农村地区配变改造的实际应用证明了本文方法的有效性。

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Priority Assessment Method for Distribution Transformer Replacement Based on Fuzzy Analytical Hierarchy Process

SHAO Zhimin1，ZHANG Linli1，LI Jianxiu1，FAN Di1，SHEN Xiaodi2
（1.State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China；2.Shandong Zhongshi Yitong Group Co.，Ltd.，Jinan 250003，China）

Priority of distribution transformers replacement should be assessed and sequenced reasonably when ordinary distribution transformers replaced by economical types.A priority assessment method for distribution transformer replacement based on fuzzy analytical hierarchy process（FAHP）is proposed in this paper.The hierarchical structure model of priority assessment is established，the typical evaluation factors are selected and the weight of each layer is determined.Fuzzy consistent judgment matrix is constructed to calculating the comprehensive evaluation value and ranking them of each distribution transformer.The actual application shows that this method can provide more scientific decision-making references for assessing replacement priority.

fuzzy analytical hierarchy process（FAHP）；distribution transformer；priority assessment

TM773

A

1007－9904（2017）05－0010－04

2016-12-11

邵志敏（1984），男，工程师，从事配电自动化相关工作。