基于模糊综合评价的特高压直流输电工程风险因素分析

张泽鸣 甘增朔 郭晓晨 孙松松 刘明源

(国网山东省电力公司超高压公司)

0 引言

我国能源资源与生产力分布、布局不平衡的基本国情, 决定了我国必须在全国范围内统筹优化能源资源配置方式。大容量、远距离、低损耗的特高压直流跨区输电拥有多能互补的电源体系, 能够解决不同区域间的电力供需矛盾, 成为我国电力发展的必然走向[1-2]。截至2021 年底我国已有18 个特高压直流输电工程建成投产。

由于特高压直流输电工程产业发展新、技术难度大、系统、设备构成复杂, 工程风险管理面对巨大挑战。本文旨在通过模糊综合评价分析特高压直流输电工程的风险因素, 供工程的决策者、设计者、实施者、使用者在不同维度了解特高压直流输电工程的风险及其影响, 助力特高压直流输电工程安全稳定运行。

1 特高压直流输电工程风险因素分析方法与指标体系构建

因为特高压直流输电工程的特殊性, 目前鲜有该工程领域的风险分析, 相近的研究多为单从技术角度对工程风险进行分析控制或对工程的综合效益进行研判分析, 缺乏系统性、针对性、差异性[3-6]。本文首先利用层次分析法分析确定各项指标权重, 再通过模糊综合评价求取各风险指标的综合得分, 进而辅助对风险因素体系进行系统分析。

设计一套科学合理的评价指标体系是进行特高压直流输电工程风险因素分析的基础和关键, 本文综合考虑运维检修风险、设备技术风险、工程管理风险及外部环境风险四个维度, 构建特高压直流输电工程的风险因素体系。各维度影响因子通过文献查阅、专家评审综合确定, 最终形成图1 所示的特高压直流输电工程风险因素体系。

图1 特高压直流输电工程风险因素体系

2 特高压直流输电工程风险因素分析模型

2.1 利用层次分析法确定各维度及各维度下属影响因子权重

层次分析法可以结合定性分析与定量分析综合处理评估问题。主要步骤包括建立层次结构模型、构建成对比较判断矩阵、计算权重及一致性校验。影响风险因素体系的指标包括运维检修风险、设备技术风险、工程管理风险、外部环境风险四个维度。每个维度又受2 ～5 个不同影响因子的影响, 如运维检修风险受职业态度、技术能力、故障预判、应急处置4 个影响因子影响, 详见图1。

以风险因素体系为例, 首先通过专家评判及以往工程经验构造两两比较的判断矩阵, 详见表2, 进而通过按列归一、按行求和, 再次归一的方式得出各维度权重指标。权重指标得出后, 通过计算一致性指标CI和一致性比率CR进行一致性校验。

式中, λmax 表示该判断矩阵的最大特征值,n表示矩阵阶数。

式中,RI为平均随机一致性指标, 对应矩阵不同阶数n有不同取值, 详见表1。

表1 平均随机一致性指标

表2 风险因素体系判断矩阵

一致性指标CI=0.011, 一致性比率CR=0.012 ＜0.1, 判断矩阵一致性满足要求。

由此可得特高压直流输电工程风险因素体系下运维检修风险、设备技术风险、工程管理风险、外部环境风险四个维度权重指标W1为 (0.479, 0.165,0.292, 0.064)。

同理可得运维检修风险维度下职业态度、技术能力、故障预判、应急处置四个影响因子权重指标W2为(0.466, 0.277, 0.096, 0.161)。

设备技术风险维度下设计质量、设备质量、家族缺陷、服役年限、备件供应五个影响因子权重指标W3为(0.314, 0.331, 0.140, 0.122, 0.093)。

工程管理风险维度下施工安全、工程质量两个影响因子权重指标W4为(0.587, 0.413)。

外部环境风险维度下民事问题、运行环境两个影响因子权重指标W5为(0.396, 0.604)。

2.2 通过模糊综合评价分析风险因素体系中各维度及其下属影响因子的必要程度

模糊综合评价是基于模糊数学的综合评价方法,可通过模糊数学中的隶属度理论将定性评价转化为定量评价, 以用来分析各指标的必要程度。主要步骤包括构建模糊评价指标、分析求解权重向量、构造隶属矩阵、权重向量与隶属矩阵合成。

本文邀请特高压直流输电领域的50 位专家、学者对影响工程风险的各维度影响因子进行评价, 整理得到表3 风险因素体系评价结果表。

表3 风险因素体系评价结果表

按照模糊综合评价方法, 第k个风险维度的影响因子隶属度矩阵Rk为:

结合风险因素体系评价结果表, 可整理得到运维检修风险(R11)、设备技术风险(R12)、工程管理风险(R13)、外部环境风险(R14) 四个维度的隶属度矩阵。

前期已通过层次分析法确定各维度及其下属影响因子的权重, 现可通过两级模糊综合评价对风险因素体系进行分析。

一级模糊综合评价:

运维检修风险维度的评价结果为: A11=W2R11=(0.341, 0.326, 0.222, 0.092, 0.019)

设备技术风险维度的评价结果为: A12=W3R12=(0.285, 0.289, 0.268, 0.115, 0.043)

工程管理风险维度的评价结果为: A13=W4R13=(0.377, 0.360, 0.181, 0.081, 0.000)

外部环境风险维度的评价结果为: A14=W5R14=(0.188, 0.317, 0.324, 0.100, 0.071)

二级模糊综合评价:

风险因素体系的综合评价结果为:

通过对非常必要、很必要、必要、一般必要、不必要五个必要程度等级进行赋分(ET), 可得到各指标必要程度的综合得分(N), 其中:

ET=(1.0, 0.7, 0.5, 0.3, 0.0) N=A*ET

由此可得风险因素体系、运维检修风险维度、设备技术风险维度、工程管理风险维度、外部环境风险维度五个指标必要程度综合得分分别为0.703、0.708、0.656、0.744、0.602。

3 特高压直流输电工程风险因素分析

根据各指标必要程度综合得分可知, 专家、学者普遍认为在特高压直流输电领域对风险因素体系的关注是很必要的。近年来特高压直流输电工程加速上马, 构成了国家电力能源输送的主动脉。特高压直流高速发展的今天, 伴随着新技术、新工艺、新设备的不断迭代, 它为电力行业带来新的机遇, 同时也为安全生产带来新的风险挑战。特高压直流输电工程的决策者、设计者、实施者、使用者必须对工程领域的各类风险进行及时正确的辨识、认知和防控, 才能在风险挑战与日俱增的背景下, 维护特高压直流专业的长治久安。

在风险因素体系下, 工程管理风险必要程度综合得分最高, 应首要关注。工程管理风险包括施工安全风险与工程质量风险两个部分。站在工程伦理的角度, 公众的安全、健康和福祉是最重要的, 施工安全决定着工程实施者的人身安全, 工程质量决定着工程使用者的切身福祉, 所以综合得分最高。工程的管理者应时刻对照安全工作规程及工程验收规范对施工安全与工程质量进行严格监管, 消除工程实施过程中的风险隐患。

运维检修风险必要程度综合得分较工程管理风险次之, 但仍属于“很必要”级别。其下风险包括职业态度、技术能力、故障预判、应急处置。特高压直流专业不胜枚举的设备种类、错综复杂的电压等级、晦涩难解的控保技术让直流运检的风险防控和应急处置变得极为复杂。职业态度直接决定着特高压直流运检工作能否得到全面、细致开展, 是该风险维度下最重要的因素。技术能力的欠缺可以通过系统服务商、设备供应商的技术支持弥补, 故权重较职业态度次之。在职业态度、技术能力得到全面保障的前提下, 绝大部分设备隐患、缺陷都能在萌芽阶段被遏制, 故障预判、应急处置的权重便因此削弱。化解这一维度的风险要把强化特高压直流从业者的责任感、使命感作为第一要务, 同时加强与系统服务商、设备供应商的交流合作, 通过技术服务协议保障技能培训的质量、频次与技术支撑的响应速度。通过一体化在线监测、数字化、智能巡检机器人等多种新兴手段及时准确的感知预判可能发生的故障, 并根据步骤清晰、分工明确的应急处置预案处理。

设备技术风险必要程度综合得分处于“必要”级别, 其下风险包括设计质量、设备质量、家族缺陷、服役年限、备件供应。因特高压直流工程整体发展比较新, 设备服役年限相对较短, 新建工程的方案设计及设备选型也多是参照已建成投产的样板工程,

外部环境风险必要程度虽处于“必要”级别,但其综合得分最低。究其原因或为近年来随着新闻媒体对国内特高压等大型基建项目的宣传报道, 百姓对特高压工程有了更加理性、清晰的认识, 接纳度、包容度不断提升, 民事问题随之化解。运行环境方面特高压直流输电工程多是在选址、设计初期就已将基本运行环境及其发展演化规律考虑在内, 工程对运行环境的适应性较高, 故外部环境风险必要程度综合评分排位最后。

4 结束语

特高压直流输电工程包含换流站、输电线路两个部分, 前者作为国家电网结构的重要枢纽, 后者作为电力能源输送的主动脉, 共同影响着国计民生。特高压直流输电领域的从业者要清醒、正确的认识工程领域的各类风险, 追本溯源、对症下药, 才能保障特高压直流工程的长治久安。