周林伟，程 刚

(国网山西省电力公司晋城供电公司，山西 晋城 048000）

基于灰色层次理论液压机构断路器运行状态的综合评价

周林伟，程 刚

(国网山西省电力公司晋城供电公司，山西 晋城 048000）

提出了一种液压操作机构断路器运行状态的灰色层次理论综合评价方法。根据液压操作机构断路器构成元件，定义了5种指标集，用灰色关联分析法计算各元件的关联系数，用层次分析法确定权重系数，最后采用关联度大小进行综合评价分析，并对实际液压操作机构断路器进行计算，取得了良好的计算结果。

液压机构断路器；关联度；综合评价；运行状态；灰色层次分析法

0 引言

断路器是电力系统中各变电站的重要设备之一,正常情况下，断路器用来开断和关合电路；故障时配合继电保护动作断开故障电路，以确保电力系统安全运行。因此断路器运行状态决定了电力系统运行的可靠性。但断路器运行状态的可靠性却取决于多种复杂因素和运行条件。如何对断路器进行有效维护，制定最优检修策略是电力企业遇到的一大难题。本文提出了一种断路器运行状态的灰色层次理论综合评价方法。

1 液压机构断路器的综合评价指标体系

本文根据液压机构断路器的运行情况，将液压机构断路器分为液压操作机构、绝缘子、灭弧单元、辅助控制单元、基础及接地装置5个主要方面，其综合评价指标体系如图1所示。

根据文献[1]，将液压机构断路器运行状态分为3类，即不良状态、警示状态和良好状态。不良状态是指元件各参数指标不合格率严重，已基本不能适应运行要求，对电力系统安全稳定运行带来重大隐患的状态。警示状态是指元件有个别1项或几项次要参数指标不合格，尚能满足运行要求,存在可能影响安全稳定运行的局部缺陷。良好状态是指元件各参数指标均合格，运行工况完全满足运行条件要求。根据这3类标准分别对上述的5个子目标进行评价就可以得到液压机构断路器运行状态的全面、客观的评价结论。

2 灰色关联理论的评价步骤

灰色关联法[2-3]是在灰色系统原理上演变发展起来的一种新的评价方法，能够进行单层次或多层次评价。单层次评价可分为确定评价指标、计算参考数列、均值化处理数据、求评价矩阵、计算指标权重和关联度综合评价。

多层次评价是在单层次评价的基础之上进行的，原理相似，但处理数据方法不同，高层次的评价是建立在较低一层的评价结论上进行的。

2.1 确定评价指标

评价指标是评价对象的各构成元件参数，它们是评价对象的评价依据。对评价液压机构断路器运行状态而言，评价指标如图1所示。

图1 液压机构断路器综合评价指标体系图

2.2 计算参考数列

求参考数列，即是确定理想参数集。液压机构断路器运行状态中最佳的情况是液压操作机构、绝缘子、灭弧单元、辅助控制单元、地基及接地装置5个方面均处于良好状态，即良好状态的概率为1，警示状态和不良状态的概率均为0。从各参评元件同一参数中选取最优的一个组成理想数集，它是各参评元件比较的标准，记为｛X0｝(k=1,2,...,n)，X0=(1,0,0)是液压机构断路器运行状态理想标准数集。

2.3 均值化处理数据

由于各参评元件大都具有不同的量纲，因而需对其进行无量纲化处理。本文利用平均值化方法处理。设有m个待评的液压机构断路器运行状态，有n个评价参数，则

式中，Xi(k)，Xi'(k)分别为第i种目标的第k个参评参数的基本数据和平均值化方法后的数据。

2.4 求评价矩阵

将均值化处理后的数据代入式(2)可以得到第i种目标评价指标数列与参考数列相比较时，第k个指标的灰色关联系数为

式中，ρ为分辩系数，大小在0与1之间，通常取0.5；i=1,2,...,m；k=1,2,...,n。各关联系数组成评价矩阵F：F=[ε(1),ε(2),...,ε(n)]，其中ε (i)均为列向量。

2.5 计算评价指标权重系数[4]

本文采用层次分析法计算各评价指标权重系数，权重系数反映了各评价指标对评价对象的影响大小。层次分析法通过对每两个指标互相比较，确定各个指标的比较值。从结构层次模型的第2层开始，对从属于高一层每个指标的同一层各指标，用1-9比较度和“成对比较法”构造成对比较阵，直至最下层。从而把n个评价指标排列成一个n阶判断矩阵，这个矩阵的元素值反映了人们对指标关于目标相对重要性的认识，在相邻的两个层次中，高层次为目标，低层次为指标。根据上述原理得到判断矩阵。

判断矩阵中每行所有元素几何平均值得到向量M=[m1,m2,m3,...,mn]T，其中

求相对权重向量，E=[E1,E2,...,En]T，归一化处理M，式中

即，同一层次诸指标对于上一层某指标相对重要性的排序权重值，Ei即为单层次排序的结论。

2.6 计算灰色综合评价[5]

灰色综合评价是评价矩阵F和权重系数向量R的向量积，式（5）中W为评价结果向量

式中，ri为权重系数，εi(k)为关联系数。

3 实例分析

本文以山西省某供电公司所辖变电站的73台液压机构断路器为例，共有液压操作机构73个，绝缘子1 983个，灭弧单元73个，辅助控制单元390个，地基及接地装置73基。

3.1 评价指标权重的确定

根据本文方法构造出判断矩阵，结合本文所述评价指标、评价模型图及指标权重确定方法，以液压机构断路器的32个指标为基本评价指标，应用VB软件编制权重计算程序进行计算。计算出权重系数矩阵C、权重系数向量Ra。

指标项对子目标项即第二层次的权重系数向量分别为R1，R2，R3，R4，R5，它们分别取权重系数矩阵C中对应各行的数值。

3.2 量化评价指标

在技术评价中，需要对评价指标进行量化，按照文献[1]提出的3类标准，按式(1)进行均值化处理，量化结果见表1。

表1 量化结果

表1中Ci(i=1,2,...,32)表示各指标项，X1，X2，X3分别表示良好状态、警示状态和不良状态。

3.3 计算灰色多层次综合评价结果

用表1数据分别构造液压操作机构、绝缘子、灭弧单元、辅助控制单元、地基及接地装置指标值矩阵，然后将各矩阵中的各指标值分别代入式（1）进行量化处理，再分别代入式（2）计算各相应关联系数值εi(k)，得到关联系数矩阵F1,F2,F3,F4, F5；再由式（5）计算出5个子目标项第2层次综合评价结果向量为

再利用Wb1，Wb2，Wb3，Wb4，Wb5构造第1层次的评价矩阵Wb为

最后，根据式（5）可得总的评价结果向量为

3.4 分析实际算例

由计算结果可知，本次统计的73台液压机构断路器的液压操作机构良好状态关联度为0.915 2，绝缘子良好状态关联度为0.661 3，灭弧单元良好状态关联度为0.982 1，辅助控制单元良好状态关联度为0.912 2，地基及接地装置良好状态关联度为0.915 9，由此可见本次统计的73台液压机构断路器部分绝缘子处于警示状态，其他元件都处于良好状态。

同理，对本次统计的73台液压机构断路器的整体运行状态进行评价，液压机构断路器良好状态关联度为0.921 3，液压机构断路器运行状态应处于良好状态。但本次统计的73台液压机构断路器部分绝缘子处于警示状态，应对本次统计的73台液压机构断路器的部分绝缘子进行及时检修或更换。

4 结束语

本文根据液压机构断路器运行情况，提出了32个评价指标。这些指标能够比较合理地描述液压机构断路器及其各部分运行状态和它们的相互关系，有机结合了定量分析与定性分析方法，给出了一种比较实用的液压机构断路器运行状态评价方法。

灰色关联评价方法是一种卓有成效的综合评价方法。其原理明晰，算法简洁，评价结果客观可靠，有较强的实用性。利用此方法对液压机构断路器进行综合评价，可极大提高液压机构断路器维护、检修效率。

[1] 张全元.变电运行现场技术问答[M].北京：中国电力出版社，2003：89-135.

[2] 曹国庆，邢金城，涂光备.基于灰色层次分析理论的烟气脱硫技术评价方法[J].中国电机工程学报，2006，26（4）：51-55.

[3] 吕干云，程浩忠，翟海保，等.基于改进灰色关联分析的变压器故障识别[J].中国电机工程学报，2004，24（10）：121-126.

[4] 陈坚红，盛得仁，李蔚，等.火电厂工程多目标综合评价模型[J].中国电机工程学报，2002，22（12）：152-155.

[5] 王延龙.我国城镇居民住宅负担能力的灰色关联度分析[D].大连:大连理工大学，2006.

Comprehensive Evaluation of the Operation Status of Hydraulically Operated Circuit-breaker Based on Grey Hierarchy Theory

ZHOU Linwei,CHENG Gang

（State Grid Jincheng Power Supply Company of SEPC，Jincheng，Shanxi 048000,China)

A comprehensive method for evaluating the operation status of hydraulically operated circuit- breaker was put forward based on grey hierarchy theory. According to the constitute components of the hydraulically operated circuit- breaker, 5 kinds of index set were defined, and the correlation coefficient of each component was calculated based on grey relational analysis. The weight coefficient was confirmed by the analytic hierarchy process, finally, the correlation was used to analyze and evaluate comprehensively. Good results were achieved on the basis of the calculation and analysis of the actual situation of the hydraulically operated circuit- breaker.

hydraulic operating system of the circuit- breaker; correlation; comprehensive evaluation; operation status; grey analytic hierarchy process

TM561

A

1671-0320（2016）01-0039-04

2015-12-06，

2015-12-17

周林伟（1978），男，河南信阳人，2008年毕业于太原理工大学电力系统及其自动化专业，硕士，工程师，从事变电运维与检修工作；

程 刚（1980），男，山西太原人，2008年毕业于西安科技大学电力系统及其自动化专业，硕士，工程师，从事变电站继电保护工作。