输电线路雷击灾害风险评估

司 鹄，周 洋，夏 涛

（1.重庆大学 煤矿灾害学及控制国家重点实验室，重庆 400030；2.重庆大学 资源与环境科学学院，重庆 400030；3.重庆市电力公司，重庆 400030）

输电线路雷击灾害风险评估

司 鹄1，2，周 洋3，夏 涛3

（1.重庆大学 煤矿灾害学及控制国家重点实验室，重庆 400030；2.重庆大学 资源与环境科学学院，重庆 400030；3.重庆市电力公司，重庆 400030）

为了综合、全面地对输电线路雷击系统进行风险评价，提出一种基于模糊层次分析法的风险评价模型。针对输电线路雷击灾害，划分出六个一级指标和多个二级指标，采用层次分析法确定各指标之间的权重；依据多层次模糊综合评判法，对输电线路进行风险评价。最后，进行算例分析，验证了该方法的有效性。

风险评价；模糊综合评价；输电线里；雷击灾害

随着我国电网的不断发展，以及近几年全球异常气候的多发，因雷击引起的输电线路故障仍然是影响电网安全运行和可靠供电的主要因素。电网通常有点多、面广、线长、地处空旷区域的特点，所以极易遭受雷击灾害［1］。输电线路遭受雷击，发生跳闸的事故是造成输电设备非计划停运的主要原因［2］。因此，需要对输电线路进行雷击的风险评价并提出合适的防范措施，同时，也对我国输电线路的安全运行起着十分重要的意义。

近年来，我国已逐步开展了对输电线路雷击灾害的风险评价工作。国内主要采用跳闸率单一指标对输电线路进行风险评价，即跳闸率高的线路风险较大。根据国家电网公司统计数据表示，输电线路雷击重合闸成功率均在85%以上［3］。因此，通过使用单一的跳闸率指标对输电线路进行综合评级，并不能反映出输电线路的真实风险［4］。本文建立一套涉及地形地貌、绝缘设施、防雷措施、雷电活动以及线路结构等指标的风险评价体系［5-6］，综合评估各个区段输电线路的风险等级，确定易发生雷击灾害的输电线路。

1 评价方法

1.1 主要研究方法

为了确保对输电线路雷击灾害进行综合和有效的风险评价，本文采用定量与定性相结合的方法，通过数据收集以及调查访问，采用模糊层次综合评判的方法对输电线路雷击灾害风险等级进行评价。层次分析法是一种多目标评价决策方法，以确定各个因素权重的方法。它一般包括四个步骤：建立递阶层次结构、构造比较判断矩阵、解析矩阵并进行一致性检验、计算各因素权重。

模糊综合评判的基本思想是利用模糊线性变换原理和最大隶属原则，考虑与被评判事件相关的各个因素，对其做出合理的综合评价。综合评判有三要素［7］：

（1）因素集：与评判对象相关的因素的集合；

（2）评语集：在评判过程中，可能出现的评语的集合；

（3）单因素判断：对因素集中单个因素的模糊评判。

模糊综合评判包括一级模糊综合评判和多级模糊综合评判。本体系包括三层评价指标，所以采用二级模糊评判模型。

1.2 研究步骤

（1）通过对输电线路雷击故障进行分析，找出可能发生的故障类型，并对其进行风险评价，并确认风险程度以及风险等级。

（2）对输电线路雷击灾害风险分析之后，建立包括自然条件、绝缘设施、防雷装置、雷电活动以及线路特点的指标体系。

（3）通过文献的数据收集，并结合专家的意见，采用层次分析法确定各级指标权重，并结合使用模糊评判的方法进行定量分析。

（4）最后，结合输电线路雷击灾害的定量分析结果，确定风险等级。

2 风险评价

2.1 风险指标建立

根据目前输电线路雷击灾害可能发生的风险类型，结合风险评估指标的建立原则及思路，将输电线路雷击风险指标体系分为地形与地貌［8-9］、雷电特征［10］、防雷设备［11］、保护装置、经济损失以及线路结构［12］6部分。具体见图1。

图1 输电线路雷击灾害指标体系

基于体系指标，用层次分析法确定各工艺指标权重，并综合专家以及文献数据，对各阶层指标进行打分判断，最后使用模糊综合评判法确定风险等级。

2.2 权重计算和指标量化

层次分析法是一种较为成熟和有效的方法，它能有效地将错综复杂、模糊不清的关系转换为数学关系，进行定量分析。

基于专家打分法对各层指标进行两两比较，结合标度范围内给出的判断信息，得到重要程度，从而形成判断矩阵，见表1。以一级指标为例，构造的判断矩阵为

表1 标度ija　 重要度及描述

使用方根法求特征向量并验证一致性，得到最大特征值λmax=6.21;最终得到一级指标权重为

w=（0.12,0.29,0.1,0.29,0.13,0.07）

同理，使用相同方法得到各二级指标权重值，其指标量化，见表2。

表2 指标量化表

3 模糊综合评判

（1）模糊综合评判的步骤如下所示。

③建立因素权重集：

·建立因素类权重集A；

首先由第一级F综合评判矩阵得到二层F综合评判的单因素类评判矩阵R：

在充分考虑了国内外类似产品现状的基础上，针对其他产品存在的重载启动困难、结构复杂、易损件寿命短等技术缺陷，通过优化设备结构、提升控制水平，使用新型材料等手段，研制了性能优异的KLM立磨机，其基本结构如图1所示［4］。

设第二层F综合评判中采用F综合评判模型M，第二层综合评判矩阵B为：

（2） 风险评价

评判集是指指标评价过程中，可能出现的评语的集合。本文使用的评判集为

式中，Vi表示指标风险程度。

根据本文所提出的输电线路雷击灾害评价指标，依次建立第一层因素以及第二层因素集：依据评判集的风险程度，对每个进行单因素评价，由6位专家组成的评价小组，用投票的方法，得到相应的单因素评价矩阵。某电网综合评价数据，见表3。

表3 某电网雷击灾害风险综合评价表

通过层次分析法确定二级指标的权重，结合已经确定判断矩阵，带入计算公式（1），得到一级指标的评判向量：

同理计算得到

一级指标权重为

w=（0.12,0.29,0.1,0.29,0.13,0.07），一级指标模糊评判矩阵R为

根据式（2），可得到总的评判向量为

B=（0.154,0.110,0.312,0.327,0.176）

根据隶属度最大原则，Bmax=0.327，可知，评价对象的风险等级为较低。

4 结论

通过对输电线路雷击灾害的分析，确定输电线路评价指标，并使用层次分析法确定各级指标的权重，结合该指标建立多层次的模糊综合评判模型，对输电线路雷电灾害进行综合风险评价。使用此模型对某输电线路雷击灾害进行模糊综合评判，确定风险等级为较低，这与线路实际情况基本符合。但在权重确定以及模糊评判过程中，人为主观比例较大，对风险评价结果的客观性有所影响。同时，评判向量中存在隶属度相近的可能，这对客观确认风险等级有一定的影响。

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（1.State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control of College of Chongqing University，Chongqing 400030，China；2.Resources and Environmental Science of Chongqing University，Chongqing 400030，China；3．Chongqing Electric Power Corporation of SGCC，Chongqing 400015，China）

A Study on the Risk Assessment of Lightning Disasters of the Transm ission Line

SI Hu1，2，ZHOU Yang3，XIA Tao3

Lightning disasters are a main cause of tripping operations of the transmission line．For integrated and comprehensive risk assessment of those disasters，this article puts forward a FAHP-based risk assessment model．Six first-class indexes and many second-class ones are established according to the disasters with the FAHP being applied to determine the weight of each index．The risk assessment is implemented based on the multi-level fuzzy comprehensive evaluation method．Finally，its effectiveness is verified by means of computational example analysis．

risk assessment；fuzzy comprehensive evaluation；transmission line；lightning disasters

【中国分类号】TM773 A

1008-8032（2015）05-0023-05

2015-02-06

该文获重庆市电机工程学会2014年学术年会优秀论文三等奖

司 鹄（1964-），教授，研究方向为安全科学，工程力学以及流体力学。