基于层次分析法的带电跨越方式选择

2013-06-06黄敬尧杨爽郭昊李维维

电力建设 2013年5期

黄敬尧，杨爽，郭昊，李维维

（1.三峡大学电气与新能源学院，湖北省宜昌市 443002；2.荆州市供电公司检修公司，湖北省荆州市 434000）

0 引言

随着我国经济的高速发展，在线路施工中，新建超高压输电线路和运行中的高压电力线路交叉跨越的情况越来越多。由于系统稳定运行和优质可靠供电的要求，安排停电跨越高压线路施工非常困难，因此施工中采取不停电跨越方案越来越普遍。在进行带电跨越施工时，选择合适的方式很关键。在实际工程中，通过选择一种合适的跨越方式，可降低施工难度，优化施工费用，提高工程质量，减少对环境的影响［1］。因此有必要对带电跨越的施工方式选择进行研究，为实际的工程提供参考。

1 带电跨越方式介绍

1.1 搭设跨越架跨越

跨越架跨越是在被跨越电力线路两侧安全距离以外搭设跨越架体进行跨越施工的一种方法［2］。（1）运行电力线路电压为10kV，跨越高度为10m以下时，通常采取搭设单排或双排毛竹或扣件式φ48mm钢管跨越架。（2）运行电力线路电压为35110kV，高度为1015m时，通常搭设立体桁架式毛竹跨越架或扣件式钢管跨越架。（3）运行电力线路电压等级为220500kV时，通常采取搭设铝合金或钢结构跨越架［3］。

跨越架跨越运输量较大，操作简单，使用的工器具较普通，架体的结构稳定性较好，一次性投入成本较小，但搭设成本随跨越物变化较大。搭设和拆除跨越架所需时间较长，投入人力较多，运输量较大，对周围环境破坏较大。

1.2 索道跨越

利用新建线路两侧的铁塔（或组立辅助支撑架体）在被跨越带电线路的上方架设架空索道，在索道上设置保护装置，使被展放的导线在保护装置中被牵引展放通过被跨越带电线路的上方，保证被展放导线和带电线路之间有足够的安全距离。施工案例见文献［4］。

索道跨越方式，适用于各种电压等级线路跨越，所用材料少，使用条件广，对地形要求不高，施工难度不大，施工可靠性较高，且是环保性较好的施工方法［5］。但是承力索成本较高，且跨越的档距不能太大，设计理论暂时还不完善。

1.3 利用临时横担带电封网跨越

利用临时横担带电封网跨越即利用在新建铁塔上固定临时横担，分相搭设迪尼玛承载索及绝缘网跨越带电线路施工，包括半档封网和整档封网。施工案例见文献［6－7］。

利用临时横担封网的方式，合适的电压等级范围较广，搭设速度较快，节省了人力物力的投入，工作量不会随着电压等级的变化而变化太大，施工难度不大，可靠性较好，也较为环保。但是临时横担需要设置拉线，对施工现场地型有要求，施工现场最好安排在较为开阔的地方。

在进行带电跨越方式选择时，影响带电跨越架线的影响因素众多，要根据实际情况考虑带电跨越方式。通过参考相关文献并对相关施工人员进行问卷调查可知，选择跨越方式的关键因素主要包括跨越的技术因素、经济因素、可靠性因素、可操作性因素和环境保护因素等。

2 层次分析法及其改进

2.1 层次分析法简介

层次分析法（analytic hierarchy process，AHP）的主要思想是通过将复杂的问题分解为若干层次和若干因素，根据一些客观现实的判断，对两两指标（或目标、准则）之间的重要程度进行对比分析，给出相应的比例标度（常为1—9标度），用数学方法表示每一层次的相对重要性的权重，得出不同方案重要性程度的权重，最后得到最佳方案。AHP的核心问题是排序，它运用了递阶层次结构原理、标度原理和排序原理［8］。

运用AHP解决实际问题时，大致分为如下4个步骤［9］：

（1）分析问题并建立递阶层次结构。通过对问题的分析，建立目标层、准则层和方案层3个层次，把问题条理化，层次化。

（2）构造两两比较判断矩阵。通过对两两目标进行对比分析，得到两两比较判断矩阵A，利用比例标度将决策者的判断量化，这一步是AHP的关键。

（3）层次单排序及其一致性检验。利用式（1）求出判断矩阵A的最大特征值λmax及对应的特征向量W，标准化后的W即为该层次下某元素的相对权重。

根据式（2）计算它的一致性指标CI。

最后根据式（3）进行一致性检验。

式中：RI为平均一致性指标，具体数值可参考文献［9］，CR为平均随机一致性指标。若CR＜0.1时，A具有满意的一致性，否则要调整A，直到具有满意的一致性。

（4）层次总排序及其一致性检验。根据式（1）—（3）可得到各个方案对目标层的合成权重，并进行一致性检验，通过一致性检验后，对各个方案进行排序，为决策提供依据。

2.2 传统的1—9标度的不足

构造判断矩阵受人的主观因素影响比较大，而判断矩阵又是权重排序的基础，因此构造判断矩阵是AHP中非常关键的一步。Saaty建议使用1—9标度，如表1所示。该方法特点是简单明了，通俗易懂，但是级别差别较大，1—9标度系统与人们头脑中的实际标度系统并非一致，往往不能如实表达人们的期望值。如当A1稍优于A2时，按1—9标度，其权重比为3∶1，即前者的重要程度是后者的3倍。这与评判者的“稍优”的实际想法不相符。据调查，通常对于“差不多”、“稍优”、“优”、“甚优”、“极优”的期望非别为1、1.30、1.77、2.40、3.36。因此，采用1—9标度法有可能破坏最后的方案的排序选优［10］。故应采用改进的层次分析法。

表1 1—9标度比较尺度的取值方法Tab.1 Valuing of comparative scale in 1－9scale method

2.3 改进的层次分析法

根据文献［9－10］可知，改进的层次分析法主要有3种，如表2所示，对于非数量性指标以及与数量性指标的混合状态下的指标权重，宜采用10／10—18／2标度法或9／9—9／1标度法。

表2 不同指标度及其含义Tab.2 Different scales and meanings

由于本文研究的是非数量性指标，故本文采用10／10—18／2标度法、9／9—9／1标度法和1—9标度法分别对带电跨越方式各个指标进行标度，分别得到相应的方案权重，进行比较分析得到一种合适的标度方法，应用到实际工程中进行带电跨越方式选择。

2.4 标度评估方法

文献［11］给出了3种检验标度合理性的准则：

式中：aij为判断矩阵元素；λmax为判断矩阵的最大特征值；ω为其对应的特征向量。所得到的各种准则最小的，表明其性能最好。

3 改进AHP的工程应用

3.1 层次结构模型的建立

根据层次分析法的基本思想，需要构造出一个用于评估带电跨越方案的层次分析模型，主要包括目标层A准则层B和方案层C。（1）目标层A，就是针对实际工程提出的合适的带电跨越方案。（2）准则层B，为评估带电跨越架线方式是否合理的因素，主要有带电跨越的技术性、经济型、可靠性、操作性和环保性等。（3）方案层C，为主要研究的带电跨越方式主要有搭设跨越架跨越、绝缘索桥跨越和利用临时横担带电封网跨越。构建的层次结构模型如图1所示。

图1 层次结构模型Fig.1 Hierarchy model

3.2 实例分析

山西省送变电工程公司承担1000kV晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程山西段的施工任务。在特高压N204—N205跨越段须同时跨越阳—东500kV线路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ回，经协调无法满足停电要求。因此，为缩短工期，减少因停电造成的经济损失，拟采用带电跨越架线技术。

跨越地形为丘陵地段，且交叉跨越角较小。根据实际的工程情况及专家的意见并参考相关文献资料，对几种典型带电跨越方式从技术性、经济性、可靠性、操作性、环保性进行综合比较分析，结果见表3。

表3 综合比较分析表Tab.3 Comprehensive comparative analysis

根据层次分析法的原理，构建出分别采用1—9标度法、9／9—9／1标度法和10／10—18／2标度法时，带电跨越准则层B各因素对目标层A的判断矩阵，并计算其CI、s和σ，具体数值见表4。

由表4中数据可得：

（1）1—9标度法中，CR＝0.083，满足一致性检验，其中CI＝0.0929，s＝5.1648，σ＝1.2217；

（2）9／9—9／1标度法中，CR＝0.0035，满足一致性检验，其中CI＝0.0039，s＝0.7361，σ＝0.2271；

（3）10／10—18／2标度法中，CR＝0，满足一致性检验，其中CI＝0，s＝0.3477，σ＝0.0997。

由上述的分析可知，3种算法均满足一致性检验，其中10／10—18／2标度法3种准则取值都是最小的，其性能最好，因此指标权重的精度也最好。9／9—9／1标度法次之，传统的1—9标度法最差。因此，采用10／10—18／2标度法继续构造方案层C对准则层B的判断矩阵，计算权重值，并进行一致性检验。具体数据见表56。

由此可得跨越架跨越方案、索道跨越方案和临时横担封网方案对总目标的权值，并进行一致性检验。具体数据见表7。