基于加权评分法的架空输电线路状态评估方法

顾建新

（国网湖北省电力有限公司直流运检公司，湖北 宜昌 443000）

0 引 言

随着时间的累积以及各种因素，如设计陈旧、环境恶劣以及人类活动等，架空输电线路（Overhead Transmission Lines，OTL）的老化和劣化问题日渐凸显，包括腐蚀的绝缘子插脚、损坏或腐蚀的导线、腐蚀的钢结构和混凝土基础中的裂缝等。由于输电线路是电力传输网络的重要组成部分，其部件老化导致的故障可能会产生极为严重后果，如供电中断、区域停电以及降低系统运行性能和可靠性。因此，有效评估以及维护架空输电线路对于电力系统的稳定与发展具有重要意义。加权评分法（Weighted Scoring Method，WSM）是一种基于用户经验和制造商建议的经验方法，不使用复杂的数学模型。由于历史数据的分散、庞大，且难以获取，因此，本研究采用WSM进行状态评估，确定了测试和检查方法及其评估标准之后，应用WSM计算输电线路的修复指数和整个输电线路的修复指数。在评估过程中，为了提高计算出的修复指数的敏感性，对每条线路跨度中的各个组件应用了最差评分选择技术。最后，采用层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）征求专家的意见，以便就所有标准的权重达成共识[1-6]。

1 架空输电线路组件分类

本文将输电线路分为8个组件，即导体、导体附件、悬挂绝缘体、钢结构、混凝土基础、照明保护系统、塔架附件和优先权。第一组导体具有载流功能。第二组导线附件包括接头、压缩终端、阻尼器、垫片和PG夹，因为它们连接在导线上并位于导线旁边。第三组悬式绝缘子位于塔顶，在检查第一组和第二组绝缘子后，维护人员可在塔顶进行目视检查。第四组钢结构包括钢塔、锚和盖子。第五组为混凝土基础。第四组和第五组可以在爬下后在地面上进行检查。第六组，防雷系统，包括一根光纤地线、一个标记球和一个接地系统。第七组，塔架附件，包括危险标志牌、相位识别牌和塔架号码牌，并具有其他功能。第八组是优先权，因为不同类型的问题和解决问题所需的不同行动。

此外，还为每个组件添加了多个测试，提高了状态评估的准确性，确保了结果的可靠性。对于数据收集实施，在输电塔的每个跨度中，根据新开发的测试表格和将检查和测试结果转换为后续状态评估分数的推荐指南，对这8个部件的状态进行评估。在获得每个塔架跨度所需的检查和测试数据后，计算每个塔架跨度中OTL组件的状况，完成所选OTL中每个塔中所有主要部件的状态评估后，计算OTL的整体翻新指数。应用WSM确定了老化OTL状态分类和修复任务规划的8个主要组件的条件指数。为了获得条件评估中每个标准的可接受权重，通过AHP方法，专家们在OTL系统的工程、施工和维护部门具有丰富经验。每个子部件的安装和所有维护人员都接受了同等的培训，作为对公用设施进行目视检查的指南。评分范围如下：0（非常好）、1（良好）、2（满意）、3（中等）、4（恶化）和5（达到寿命终点）。

2 基于加权评分法的OTL状态评估

加权评分法用于确定作为所有标准百分比的权重，以及用于状态评估的子组件和主要组件的权重。随后，执行条件评估以计算每个OTL路线的百分比条件指数（CI）和百分比修复指数（RI）。从AHP中获得的权重百分比不仅分配给每个测试和检查方法，还分配给OTL系统主要组件的重要性。由于AHP基于对单个标准的成对比较，每个标准必须首先与层次结构中的其他标准配对。评估计算分为以下4个步骤。

步骤1：计算每个标准的加权系数，如表1所示，作为第一位专家给出的所有8个标准的示例。在矩阵中，配对值等于1表示在比较分量时具有同等重要性，配对值大于1表示重要性略高，配对值小于1表示重要性略低于其他分量。每个标准的总和显示在判断矩阵的底行。

表1 加权系数矩阵

步骤2：使用矩阵中每列的总和除以其列中的值，生成归一化判断矩阵。表2最后一列列出了以百分比表示的加权结果。

表2 权重判断矩阵

步骤3：通过计算公式（1）中的最大特征向量λmax来检查判断矩阵的一致性。

步骤4：通过公式（2）中的一致性指数CI和表3中的随机指数RI来计算公式（3）中的一致性比CR。

表3 随机指数

对于大于5×5的判断矩阵，可接受的CR须小于0.1。由于从表2中的判断矩阵中获得的CR为0.09，因此可以接受。表4所示为7位专家的AHP成对比较矩阵，作为OTL状态评估的组件权重平均百分比。为了从专家处获得每个标准的平均权重，采用等式（4）中的几何平均值。

表4 架空输电线路8个组件的最终权重（单位：（%））

式中，n为专家的数量。

表4给出了根据几何平均值表示总体状况评估中8个主要组件重要性的最终权重。由于7位专家的几何平均值之和为88.68%，因此最终标准化为100%，如表5所示。

表5 标准化权重（单位：（%））

在对OTL的8个主要部件和子部件进行分类后，通过WSM进行的状况评估。每个主要成分的百分比计算如下：

式中，Si为分数；Smax为每个子组件的最大分数；Wi为第i个子组件的权重；M为每个主要组件的子组件数。

根据式（5），进一步使用每个主要成分的权重来计算输电杆塔组件权重：

式中，CIj,max为8个主要部件的最大百分比状态指数；W为第j个组件的权重；N为部件总数。

根据式（5），进一步使用OTL路线上每个塔的8个主要组件中最差的状态指数来计算该OTL路线的翻新指数RI：

将获得的百分比翻新指数RI分为3个区域：正常情况下为绿色，需要常规预防性维护；黄色表示中等条件，需要后续检查和增加定期维护任务的频率以及翻新或更换OTL的中期规划；红色表示条件差，需要紧急更换有缺陷的部件，或短期计划翻新或更换OTL。

3 结 论

本文全面介绍了架空输电线路组件的状态评估标准，将WSM用于确定作为所有标准百分比的权重，以及用于状态评估的子组件和主要组件的权重，并采用WSM，结合最差评分选择技术，计算了架空输电线路组件的状态指标及其整体更新指标，提出一种基于WSM的架空输电线路状态评估和维护管理方法。通过评估结果将架空输电线路分为正常、中等和不良状态，从而有效地管理输电线路的维护任务。