基于AHP的供电可靠性评价及影响因素分析

王宏刚, 赵永生, 高方景, 秦 浩

(1. 国家电网有限公司， 北京 100000; 2. 国网安徽省电力有限公司， 合肥 230000)

0 引言

可靠性指标作为综合评价电网运行状况，设备资产管理水平和电网公司服务能力的重要综合性指标，目前仍然着重于结果性评价，但影响到可靠性水平的因素众多，过程复杂，单纯依靠“知其然，而不知其所以然”的指标评价，很难真正发挥可靠性管理专业的作用与意义，因此，有必要在现有可靠性指标统计评价的基础上，结合大数据的分析思路和技术手段，研究主配网可靠性数据在电网规划设计、采购建设、运行检修、设备置换等方面的深化应用及实用化方法。

按照国网总部总体工作部署及《2017年电能质量在线监测系统建设及可靠性管理工作》(国家电网安质〔2017〕12号)安排，扎实做好电能质量在线监测系统(以下简称： 电能系统) 深化应用工作，切实提升国网X电力公司对电能系统综合应用水平及可靠性专业管理水平，研究供电可靠性成本与经济效益分析，反应配网规划方案的可靠性成本与可靠性效益关系，同时提供配网规划方案可靠性专业依据。[1,2]

1 供电可靠性影响因素体系构建

1.1 影响因素分析

可靠性内因数据一般包括四个方面，分别为网架、设备、技术、管理四个层面，下面分别对每个层面进行分析。[3-5]

1.1.1 网架层面

1) 电网网架结构

目前,受我国经济环境等因素影响，单电源辐射、环式、分段联络以及N-1主备这四种接线模式在电网大部分地区被广泛使用。[9]

2) 中性点接地方式

目前，在世界上的中性点接地方式的选择是多样和成熟。因此，我国应考虑采用中性点接地方式，充分考虑基本国情，并考虑当地的制度条件。然后通过系统的分析和论证，经过多方面的考虑，我们可以做出最正确的选择。目前，我国配电网普遍采用中性点接地方式、小电阻接地方式和振动接地方式。

3) 电网供电能力

虽然我国在配电网的研究方面取得了令人瞩目的成绩，但与其他发达国家相比，差距还很大，还不够成熟。配电网网架结构在系统中占有非常重要的地位，它与系统的可靠性密切相关。因此，随着我国网架结构投资的变化，配电系统的可靠性也随之发生变化。相对于传输网络，电网企业的投资是远远不够的。此外，城市配电网往往受到城市规划、交通环境、土地利用等诸多因素的制约，因此其发展也相应受到限制，显然无法跟上电力和供电建设的步伐。据统计，我国大部分电网结构甚至达不到安全要求，一旦这些地区发生故障，将影响配电系统的平稳运行。[6-8]

1.1.2 设备层面

电网主要由电气设备组成。搞好电气设备的管理，保证设备的稳定运行，对提高供电可靠性具有重要意义。配电网中含有大量的配电设备，因此，在收集和整理数据时，不能忽视设备和元器件的分布情况，反映数据采集的状态。多年来，供电企业逐步重视配电网的基础管理，投入了大量先进设备，配电网设备的故障情况得到了很大改善。

1) 内外过电压

在配电系统中，有许多种类的过电压，危及设备绝缘的可靠性和电源。为保证整个系统的安全，应采取有效措施，有效地抑制系统的安全。

2) 绝缘配置和绝缘老化

停电次数和停电时间决定了配电网的可靠性。有很多原因的断电事故，据统计，大部分断电事故是由绝缘击穿引起的。绝缘水平和工作条件，满足设备在很大程度上保证配电网供电可靠性的标准，通过对设备的合理配置，提高设备的绝缘水平和系统的可靠性大幅度提高。设备的绝缘配置需要考虑经济投资，在符合各种过电压的限压措施，绝缘强度标准，必须保证设备基建、供电可靠性以及运行维护经济。

3) 外力破坏

对断电的发生有时是由外力引起的。根据故障产生的原因，它可以分为两类：人为因素、产品因素。在过去的几年中，由外力引起的断电的问题经常发生。其中，以人身盗窃、违章建筑施工、交通事故等因素为主。

1.1.3 技术层面

1) 配网自动化技术

配电自动化可用于快速故障定位和隔离故障，实现负荷转移，从而最大限度地减少因故障停电次数和停电时间造成的，是加强配电网络的管理，确保电网和提高初始投资大的配电自动化建设的可靠性的有效方法，操作安全，涉及范围广泛的分布。操作和维护成本也是需要考虑的成本。实际配电自动化建设不一定能给电力部门带来经济效益，如果用于提高供电可靠性的初始投资高于因减少故障带来的损失，这一投资是不合理的。为保证配电网自动化的经济合理运行，必须对其成本效益进行定量分析，充分考虑其投资可行性。[9-11]

2) 故障定位技术

供电企业的一项基本任务是不断提高供电可靠性。据统计，95%以上的电力用户所遭受的停电是由配电网(不包括缺电因素)造成的，其中大部分是由故障造成的。因此，准确测量配电网故障位置，对故障的隔离和修复，提高供电可靠性具有重要意义。根据测量过程中线路是否带电，将配电网故障测距技术分为在线和离线两种方法。最实际的故障是绝缘击穿故障，电源线绝缘电阻，故障恢复，故障电阻上升至数千欧甚至数兆欧，不是由直流电阻或注入信号跟踪简单测定故障定位方法，通常需要高压设备故障检测故障点后单击。

3) 带电作业技术

配电网带电作业可避免因维修造成停电给用户带来不便，确保了配电网运行的稳定性和经济可行性。带电作业按照绝缘方式可分为间接法和直接法；按照绝缘器具可分为绝缘杆作业、绝缘平台作业和绝缘斗臂车作业3种方法。尽管屏蔽服可以用于带电作业的防护，但尽量不要直接下带电体接触。配电线路进行带电作业的防护用品主要包括了绝缘遮蔽罩防护、绝缘作业服、绝缘手套和绝缘鞋(靴)。

4) 配网故障快速复电技术

配电网故障快速复电系统包含了客服支持(95598)、故障抢修、现场工作终端、抢修资源、停电监测、多屏指挥、监督考核等7个子系统，如所图1示。

图1 快速复电支持系统的子系统

其运行使用为故障监控、故障预判、报障过滤、智能分析、移动作业、指挥调度等方面都发挥了积极的作用，因此，配网故障快速复电技术的建设状况影响着配电网的供电可靠性[13-15]。

1.1.4 管理层面

1) 计划停电

除了因故障检修、限电之外导致的停电就是计划停电，计划停电可因对线路进行改造施工、输配电预试、线路清扫等原因引起。

2) 计划检修

一般来说，为避免出现故障，设备无论好坏，均要进行例行停电检修。这种“一刀切”的检修模式增加了停电时间，影响可靠供电。一般性事故带有很大的随机性，难以预测，如人为或外力破坏、交通事故等造成的倒杆、断线、短路等。

3) 可靠性数据利用程度

是否深入分析供电可靠性的统计数据，对指标分析的深度是否达到相关要求， 对一些深层次的问题比如设备的潜力挖掘与管理、人员综合素质的提高等是否进行系统研究。

1.2 可靠性影响因素体系

综上所述，建立可靠性影响因素体系如图 2所示。

图2 供电可靠性影响因素体系

图2分为4个大的层面，一是网络层面，二是设备层面，三是技术层面，四是管理层面。

2 基于AHP的可靠性影响因素评价方法

在建立供电可靠性影响因素体系的基础上，采用层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)进行可靠性评估。AHP是美国著名的运筹学家 T. L. Saaty 提出来的一种多目标、多准则的决策分析方法。该方法利用较少的定量信息进行数学决策，为多目标、多准则、无结构特征的复杂决策问题提供了一种简单的决策分析方法。这种方法被广泛的应用在工程、经济、军事、政治和外交领域，解决了许多重要问题，如系统评价、资源配置、价格预测、项目选择、是分析和定性定量分析的一种有效方法。用层次分析法进行决策分析，首先要分层，根据问题的性质和实现问题的总体目标可以分解成不同的组件，并按照互动的因素之间联系的因素在不同程度的聚集组合，形成一个多层次的结构模型，最后系统分析降到最低水平(如决策)相对于顶(目标)的权重或订单调度问题的相对优点的确定的相对重要性，从而为决策方案的选择提供了依据。

3 X区供电可靠性及影响因素分析

3.1 典型台区改造方案经济效益分析

选取2015年X区10kV Y卫生所网变等台区改造工程进行经济效益分析，如表 1所示。

表1 Y卫生所网变等台区改造工程经济效益

从上表 1可以看出，对X区10 kV Y卫生所网变等台区进行改造，根据2014-2016年可靠性数据分析来看，通过改善变电站的联络特性可以减少变电站台区影响的停电时户数，提高供电可靠性，但投资成效不高。

3.2 可靠性提升措施经济分析

根据2015年X区供电可靠性数据，在9月份转供电作业128 次，对每次作业进行计算然后求和可得到本月转供电实现的增供电量为403.6 MWh，增供时户数为6 063.28 h·户。同样可以得出通过发电车、综合停电产生的增供电量及时户数，如表2所示。

表2 增供电量及时户数

根据表2中计算得出的数据，可以得到图3和图4。

从图 3和图 4可以看出，在3种增供措施中综合停电管理产生的增供电量及时户数均为最高，说明该项措施是最有效的增供措施，在可靠性管理中应更加重视综合停电管理。

图3 可靠性措施增供电量

图4 可靠性措施增供时户数

3.3 供电可靠性影响因素评价

本文采用线性加权法对此多目标规划问题进行综合评估。基于此，首先需要确定各指标的权重，并对各指标的数据进行规范化的处理，最后对这两方面的数据进行加权，寻找整体最优方案。本文运用YAAHP软件建立AHP的层次结构模型如图5所示。

图5 AHP层次结构模型

在确定权重集的方法上，采用AHP对风险权重进行确定。首先，利用T.L.Saaty教授提出的“1～9标度”法得出比较判断矩阵。通过YAAHP软件最终计算各指标权重结果如表3所示。

下面为对各指标的判断矩阵一致性进行检验的结果。

表3 各指标权重

1) 供电可靠率

判断矩阵一致性比例：0.053 9；对总目标“供电可靠率”的比重为1.000；λmax=4.144 0。如表 4所示。

表4 供电可靠率一致性判断权重

4个层面权重大小柱状图如图 6所示。

图6 四个层面指标权重大小

2) 技术层面

判断矩阵一致性比例：0.057 4；对总目标“供电可靠率”的比重为0.172 0；λmax=4.153 2。如表 5所示。

3)管理层面

判断矩阵一致性比例：0.005 3；对总目标“供电可靠率”的比重为0.083 5；λmax=3.005 5。如表6所示。

4) 设备层面

判断矩阵一致性比例：0.051 6；对总目标“供电可靠率”的比重为0.243 3；λmax=3.053 6。如表7所示。

5) 网架层面

判断矩阵一致性比例：0.000 0；对总目标“供电可靠率”的比重为0.501 1；λmax=3.000 0。如表 8所示。

表5 技术层面一致性判断权重

表6 管理层面一致性判断权重

表7 设备层面一致性判断权重

表8 网络层面一致性判断权重

结论：对配电网可靠性影响因素进行研究，可以在一定程度上减少系统的故障率，从而提高用户对电力系统的满意程度，结合X区电网的具体资料，根据以上评价得出，对X区配电网可靠性影响因素依次为网架层面、设备层面、技术层面和管理层面，应逐步优化配电网架结构，及时维修与更换主要电力设备，加大各项可靠性措施的应用力度，加强供电可靠性的管理工作。同时，随着X区工业的引入，供电量的逐步增加，根据各类指标的排序，电网网架结构、电网供电能力、外力破坏、带电作业技术为相对重要的因素，这些因素应重点关注，并逐步改善，从而为提高X区电网供电可靠性提高措施指明了方向。

4 总结

从规划与营销两个阶段，网架、设备、技术、管理4个方面建立了适用于X区可靠性影响因素体系，并运用YAAHP软件给出了X区电网的评估结果。结果表明，综合停电产生的增供电量及时户数均为最高，说明该项措施是最有效的增供措施，在管理中应更加重视综合停电管理；对X区配电网可靠性影响因素依次为网架层面、设备层面、技术层面和管理层面，应逐步优化配电网架结构，及时维修与更换主要电力设备，加大各项可靠性措施的应用力度，加强供电可靠性的管理工作，为提升电网可靠性，决策可靠性方案做准备。