综合状态评估论文

综合状态评估论文（精选7篇）

综合状态评估论文 第1篇

钢管混凝土 (CFST) 拱桥作为一种受力性能优良、跨越能力大的结构形式, 在目前国内外的公路桥梁建设中得到了广泛的应用。由于其跨度较大, 往往成为某条线路的控制性工程与标志性建筑, 因其重要性, 所以其运营期间的安全状态尤其值得关注。利用桥梁建设、运营时期的埋入式、表贴式传感器和外加的各种检测设备, 通过对桥梁各部位相关技术参数的采集, 再辅以一定的理论分析, 通过对监测数据进行处理, 综合计算求得桥梁结构的状态得分, 从而实现对桥梁结构的状态评估, 使决策层对桥梁结构的状况具有一定的把握。本文介绍了综合评估法在钢管混凝土拱桥状态评估过程中的应用, 对今后的工程实际提供借鉴依据。

1 综合评估法

1.1 综合评估法

综合评估法是利用分层分块再综合的思维方法来评估结构状态的。在桥梁结构状态评估中, 一般按结构组成构件把评价目标划分为多个评价因素, 再对各构件按相应的影响因素进行评价。按照评价过程中权重的变化情况分为变权综合和常权综合两类。本文拟采用变权综合评估法作为桥梁结构的评估方法。

在利用这种方法时, 运用层次分析法建立评估层次模型并用对应的方法确定其权重, 量化并确定评价指标评语, 再利用变权原理对权值进行均衡化考虑, 从而比较客观的对桥梁安全状态进行评估。

1.2 评估流程

1.2.1 建立评估层次模型

桥梁结构的隶属关系是比较明确的, 评估的对象可依照桥梁的主要构件进行分解。层次结构由上到下分别为:目标层 (本次评估所要实现的目标) ;项目层或构件层 (不同的桥梁构件放在同一层次进行比较) ;指标层 (用来评价各构件工作状况的因素如外观、应力、线形) ;“指标截面”层 (在监测数据的采集中, 将会对多截面进行监测, 把不同的监测截面放在本层) ;“截面测点”层 (同一截面上分布有若干传感器, 传感器所在层次) 。

1.2.2 各层元素初始权重确定

(1) 项目层和指标层初始权重确定。利用层次分析法中填写两两比较判断矩阵的方法确定项目层和指标层元素的权重, 再对专家进行调查和咨询, 得到判断矩阵, 通过一致性检验, 利用特征根法计算出各层次指标权重。

(2) 指标截面层初始权重确定。采用基于损伤敏感度的方法来确定应力及位移各测点布设截面在相应层次中所占的权重, 通过对各测点截面结构损伤的敏感度分析, 构造出各量测截面的损伤敏感度因子S, 由S的大小来确定其权重。

(3) 截面测点层初始权重确定。量化材料设计极值和实测截面极值差值的最小绝对值 (强度储备) 组成权重向量并归一化, 得到应力每个截面上各个测点的权重值。

1.2.3 评价指标评语确定

根据检测数据的类型及相应的无量纲化结果, 利用数学方法, 将指标监测结果进行量化打分 (按百分制) 的过程, 即评价指标评语的确定。

评价指标评语分为外观检测评语和其余监测指标评语, 其中, 外观检测评语确定是根据《城市桥梁养护规范》 (CJJ 99-2003) 中的原则和公式计算, 外观检测结果数据量化后的数值即为外观检测的指标评语;其余监测指标评语的确定, 可采用无量纲化模型对检测结果的数值无量纲化后参与评定。

1.2.4 综合评估

确定各构件指标评语后, 根据对应权重逐层综合, 得到常权综合评估值, 再利用变权原理对权值进行均衡化考虑, 得出最终评估值。

2 工程实际应用

2.1 工程概况

滹沱河特大桥为张石高速公路石家庄北出口支线工程项目的一座特大桥, 滹沱河特大桥主桥采用中承式提篮拱桥结构 (40+200+40m) , 主拱肋采用钢管混凝土桁架, 边拱肋为混凝土箱形截面。

2.2 大桥结构层次体系确立

参考同类型桥梁的评估层次结构的建立方法, 建立大桥评估层次模型, 如表1所示。

2.3 各层初始权重确定

2.3.1 项目层初始权重确定

通过相关专家填写权重调查表, 利用专家调查结果构造判断矩阵, 并对其进行一致性检验, 采用特征根法计算得到各权重值:拱结构体系 (0.385) , 吊杆体系 (0.192) , 墩台基础 (0.192) , 桥面承重体系 (0.154) , 桥面系附属设施 (0.077) 。

2.3.2 指标层初始权重确定

指标层各元素的权重确定, 也采用填写判断矩阵的方法获得, 计算结果为拱结构体系:外观检查 (0.193) , 主拱应力 (0.302) , 拱肋线形 (0.402) , 拱座纵向位移 (0.103) ;吊杆体系:外观检查 (0.281) , 索力 (0.533) , 桥面标高 (0.186) ;墩台基础:外观检查 (0.324) , 基础沉降 (0.676) ;桥面系承重体系:外观检查 (0.631) , 横梁应力 (0.369) ;桥面系附属设施:外观检查 (1) 。

2.3.3 监测截面及测点权重计算

(1) 应力监测截面权重确定。

1) 横梁应力监测断面的权重值计算。横梁应力监测断面选取中部断面与根部断面, 其断面权重计算方法可仿照损伤敏感度确定权重值小算例进行, 计算得到横梁应力监测截面初始权重横梁跨中为0.556, 横梁根部为0.444。

2) 拱体系应力监测断面权重值计算。拱体系应力监测断面初始权重在不同截面处取值有所不同, 外包段附近为0.107, 1/2截面处为0.091, 1/4截面处为0.042, 根部截面为0.048而中部截面取值则为0.076。

3) 吊杆索力采集断面权值计算。吊杆的索力采用索力仪直接测量, 近似认为各吊杆索力相同, 各吊杆权重值相同, 是吊杆总数目的倒数。

(2) 几何形态参数监测截面权重确定。

1) 拱肋线形变化监测断面权重计算。拱肋线形变化监测断面权重值的计算采取基于损伤敏感度的权重求解原理, 计算得两岸两侧1/4截面权值为0.111, 两岸两侧1/8截面权值为0.065, 东西两侧拱顶权值取1.149。

2) 桥面高程变化监测断面权重分析。桥面标高变化监测断面的权重均采用统一大小, 数值为监测截面数目的倒数。

(3) 拱体系应力监测截面测点权重确定。

在计算拱体系应力监测断面测点权重时, 选择大桥最常见的受力工况:恒载+活载+体系降温+收缩徐变, 据此计算相应截面测点的应力状况, 最大程度与实际受力状况相吻合, 从而最终计算得到各测点权重值。

2.4 指标层指标评语确定

2.4.1 外观检测评语确定

参考《公路桥涵养护规范》 (JTG H11-2004) 中的相关规定, 得出构件外观检查结果评分为:拱结构体系外观86.1, 吊杆体系外观98.8, 桥面承重体系外观99.7, 墩台基础外观94.75, 桥面系附属设施外观89.96。

2.4.2 应力指标评语计算

根据实际数据采集结果计算, 拱结构体系、吊杆体系、桥面承重系的应力得分分别为:82.5、92.6、64.7。

2.4.3 结构几何形态参数指标评语确定

(1) 拱肋线形指标评语计算。拱肋的线形指标与设计值接近程度越高则说明结构运营状态良好, 实测线形指标偏离设计线形都从一定程度上体现了结构的损伤发展或及体系受力变化。最优值可取成桥高程加上由于收缩徐变、温度等时变效应引起的变化值;最小值取高程设计值加上由于收缩徐变、温度等时变效应引起的变化值;最大值取最优值、最优值与最小值之差的10%的和。对东西两侧拱肋的1/8、1/4、1/2和3/4节点处的无量纲化得分与截面权值进行综合计算, 得拱肋线形指标总评分为83.8。

(2) 其余构件线形指标评语计算

1) 桥面标高数据的无量纲化采用适度指标模型处理, 得出其评语为78.4。2) 基础沉降量的无量纲化处理采用负指标模型, 通过计算求得基础沉降得分为98.9。3) 拱座纵向变位监测数据的无量纲化采用负指标模型, 拱座纵向位移得分为87.9。

2.5 综合评估计算

根据以上计算得到的各层初始权重和指标层指标评语, 通过常权综合评估得出综合评估值为88.61。

由上述分析可知85.8>85, 故评定等级为一级, 该桥处于良好状态, 需日常养护, 相应部位需进行修补。

3 结论

本文对一座中承式CFST拱桥进行了状态评估。评估过程为:分析全桥结构层次体系;根据项目层、指标层与指标截面层、截面测点层的不同特点, 对于项目层与指标层元素, 采用专家调查构造判断矩阵的方法确定权重;指标截面层采用基于损伤敏感度法, 利用安全储备法计算同一截面不同测点的权重值。对底层指标进行无量纲化处理, 将各个指标的评语统一用0-100之间的数字表示;将底层评语逐层向上与所对应的权值综合。结合课题组的项目《张石高速公路石家庄北出口滹沱河特大桥运营安全监测》, 建立滹沱河特大桥的评估模型, 对实际工程进行综合状态评估, 利用变权原理计算结果较常权计算结果偏保守。

参考文献

[1]史增朝, 邬晓光, 王扶义.居于损伤敏感度的桥梁静态参量监测截面权重确定方法[D].重庆:重庆交通大学学报, 2006.

[2]CJJ99-2003, 城市桥梁养护技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2003.

综合状态评估论文 第2篇

关键词：电网运行状态,直觉模糊层次分析,犹豫度,综合评估

0 引言

现代社会的不断发展, 促使用电需求急速增长, 电力系统的规模也随之日益扩大。联合、复杂、大规模、市场化的电力系统的形成, 大机组、超高压、远距离输电的出现, 致使发生各种故障的可能性也在增加, 若不能及时处理, 可能导致严重后果, 引发稳定性问题和大面积停电事故[1,2]。因此, 对电网运行状态的安全性进行准确合理的评估, 对保障系统安全运行、预防大停电事故等具有十分重要的意义。

近年来, 电网安全评估的相关研究工作从安全、运行管理、效益等内部因素及环境、人为等外部因素出发, 建立了较为完备的综合评估指标体系[3,4,5,6,7,8,9,10], 通过采用层次分析法[4,5]、模糊层次分析法 ( FAHP) [7]、灰色面积关联分析法[8]、模糊综合评判法[9,10]等, 对电网的运行安全性进行整体评估。这些研究工作在评估指标的完善、权重的求取方法以及综合评价方法的改进上取得了许多有益成果。其中, 各评价指标的权重作为综合评价的关键, 其取值将直接影响评价结果的科学合理性[11]。

在电网运行状态评估的决策问题中, 决策者往往需要给出其对指标间重要程度的偏好信息。由于受客观环境的复杂性、决策者的知识结构和专业水平等诸多因素的影响, 决策者往往不能提供精确的偏好信息。文献[12-14]基于模糊集理论进行综合评价, 充分考虑了决策者的主观判断、选择及偏好本身的模糊性质, 相比基于确定性的层次分析法, 能够使决策结果更加客观合理。然而, 由于社会经济环境的复杂性和不确定性日益增大, 人们在对事物的认知过程中, 往往存在不同程度的犹豫或表现出一定程度的知识缺乏, 从而使得判断结果表现为肯定、否定或介于肯定与否定之间的犹豫性这3 个方面。模糊集的隶属函数值仅仅是一个单一的值, 在实际应用中, 它不能同时表示支持 ( 肯定) 、反对 ( 否定) 和犹豫 ( 不确定) 的证据。因此, 传统的模糊集理论因其不能完整地表达所研究问题的全部信息而受到越来越多的制约和挑战[15]。

保加利亚学者Atanassov对Zadeh的模糊集进行了拓展[16,17], 把仅考虑隶属度的传统模糊集推广到同时考虑隶属度、非隶属度和犹豫度这3 个方面信息的直觉模糊集。本文在直觉模糊集理论相关研究成果[18,19,20]的基础上, 提出了基于直觉模糊层次分析法 ( intuitionistic fuzzy analytic hierarchy process, IFAHP) 的电网运行状态综合评估方法, 针对所建立的反映电网运行状态特征的综合评估指标体系, 采用直觉判断矩阵求取指标权重, 并考虑了权重的动态调整机制, 在此基础上利用得分函数对评价结果进行打分排序。该方法可弥补传统模糊分析方法的不足, 能更细腻地描述和刻画客观世界的模糊性本质, 实现综合评估的灵活性和实用性。本文方法能够合理评估电网的规划和运行方式, 从而可用于指导调度部门进行离线方式制定或合理安排日前运行方式, 具有一定的实际应用价值和意义。

1 电网运行状态综合评估指标体系

电力系统各子系统通过电气、机械、信息、测量控制等相互联系并作用, 如大电网的稳定破坏、电压崩溃、系统瓦解等事故就是电力系统中各个子系统之间存在多种形式和多种层次交互作用的结果。这些事故的发生与否, 取决于电网结构、备用容量及调度运行等[21]。

一方面, 国内主管部门制定的《电力系统安全稳定导则》中指出, 系统正常运行时, 应有足够的静态稳定储备和有功、无功备用容量来维持电网频率、电压的正常水平; 发生单一故障时, 不应导致主系统非同步运行, 不应发生频率崩溃和电压崩溃; 在事故后经调整的运行方式下, 电力系统仍应有规定的静态稳定储备, 并满足再次发生单一元件故障后的暂态稳定和其他元件不超过规定事故过负荷能力的要求。可见, 系统的备用容量、电压、频率、功角和负荷水平是影响系统运行状态的重要因素。

另一方面, 近年来国内外不断发生的大规模连锁停电事故表明, 网络的拓扑结构特性对电网的安全运行同样有着至关重要的影响。有鉴于此, 本文从复杂网络的角度选取了网络特性指标, 包括网络效能、聚类系数[22]和网络拓扑熵[23], 以便对电网拓扑结构的合理性进行评估。

基于上述分析并结合现场运行人员及专家的意见, 建立电网运行状态评估的层次结构模型如图1所示。

将电网运行状态评估设定为总目标, 以电网的网络特性、容量、功角、电压、频率和负荷情况这6 个一级指标作为准则层。指标层涵盖了三类二级指标, 包括状态量指标 ( 如系统有功和无功备用容量[24]、母线电压越限率、系统平均负载率和潮流熵[25]、线路重过载率等) 、静态安全水平指标 ( 如静态电压稳定裕度等[26]) , 以及动态安全水平指标 ( 如最大功角偏移量、临界切除时间、最大电压偏移量、最大频率偏移量等[8]) , 这14 个指标从不同的侧面对电网运行状态进行了全面的评价。

其中, 母线电压越限率指标x41和线路重过载率指标x63计算方法如下。假设在某运行状态下, 系统共有B条母线投运, 出现电压越限的母线有LB条, 则该状态对应的母线电压越限率为:

本文取负载率大于90% 的线路为重载、过载线路。假设在某运行状态下, 系统共有M条线路投运, 其中重过载线路有LM条, 则该状态对应的线路重过载率为:

系统平均负载率指标x61用线路潮流的平均负载率来表征[25]:

式中: Fi0为系统运行时线路i的实际传输功率; Fimax为线路i传输功率的极限值。

定义线路i的负载率ui为:

给定常数序列U = { U1, U2, …, Uk, …, UN} 。用lk表示负载率ui∈ ( Uk, Uk + 1]的线路条数, 对不同负载率区间内的线路条数概率化得:

式中: P ( k) 为负载率ui∈ ( Uk, Uk + 1]的线路条数占总线路条数的比例。

由熵的概念, 定义电网潮流熵[25]指标为:

式中: C为常数, 本文中C取ln 10。

其他指标的具体计算过程可参见文献[8, 22-26], 本文在此不再赘述。

2 综合评估的过程分析与建模

2. 1 直觉模糊集理论

保加利亚学者Atanassov对Zadeh的模糊集理论进行了推广, 给出了直觉模糊集的概念。近年来, 人们对直觉模糊集理论的研究产生了浓厚的兴趣并取得了丰硕的研究成果, 一些学者把直觉模糊集理论应用于决策领域[27,28]。下面简要介绍直觉模糊集相关理论[15]。

定义1 设X是一个非空集合, 则称

为直觉模糊集, 其中 μA ( x) 和 νA ( x) 分别为X中元素x属于A的隶属度和非隶属度, 即

且满足条件:

定义2X中元素x属于A的犹豫度或不确定度为:

特别地, 若 πA ( x) = 0, 则A退化为Zadeh的模糊集, 因此传统的模糊集是直觉模糊集的一个特例。

定义3 为方便起见, 称 α = ( μα, να) 为直觉模糊数, 其中

可对直觉模糊数进行物理阐述。 例如 ( μα, να) = ( 0. 5, 0. 3) , 则 μα= 0. 5, να= 0. 3, 其物理意义为: 对于某一项方案有10 人参加投票, 投票结果为5 人赞成、3 人反对、2 人弃权。

可见, 当决策者对方案的偏好信息存在知识缺乏或有着一定的犹豫度时, 传统的模糊集理论已不再适用, 而直觉模糊理论能够同时表示“支持”、“反对”和“犹豫”。因此, 应用在电网运行状态综合评估中指标权重的确定, 将更具客观性和合理性。

基于IFAHP的电网运行状态综合评估包括以下步骤。

步骤1: 确定评价模型的目标层、准则层和指标层, 建立该问题的递阶层次结构模型。计算各指标值并进行标准化处理。

步骤2: 对同层各因素关于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较, 构造直觉判断矩阵。

步骤3: 对每个直觉判断矩阵进行一致性检验。如果均满足一致性, 转至步骤5; 否则转至步骤4。

步骤4: 对非一致性直觉判断矩阵进行修正。

步骤5: 依据直觉判断矩阵计算被比较因素对于上层准则的相对权重向量。

步骤6: 通过直觉模糊数运算算子, 计算各层因素对系统总目标的组合权重。

步骤7: 进行综合评估。

2. 2 指标的标准化过程

指标的属性类型一般有效益型、成本型、固定型、居中型、区间型、偏离型和偏离区间型等[29]。其中, 效益型指标是指标值越大越好, 成本型指标是指标值越小越好。可将上述指标体系中的各个指标按属性类型分为效益型和成本型, 其中效益型指标有网络效能、聚类系数、有功备用容量、无功备用容量、临界切除时间和静态电压稳定裕度指标, 成本型指标有网络拓扑熵、最大功角偏移量、母线电压越限率、最大电压偏移量、最大频率偏移量、系统平均负载率、系统潮流熵和线路重过载比例指标。指标的标准化方法如下。

对于效益型指标的标准化值可以计算为:

对于成本型指标有:

式中: i = 1, 2, …, m, m为评估对象个数; j = 1, 2, …, n, n为属性个数; xij为第i个评估对象按属性j进行测度得到的属性值;, E为评估对象集合。

特别地, 对于某个属性, 当评估对象集合中各评估对象在该属性测度下的值均相等时, 标准化后的指标值均取为1。经过标准化转换后, 各类属性量度出来的指标值严格从0 到1 变化, 0 表示最差的运行状态, 1 表示最好的运行状态。

2. 3 直觉判断矩阵的建立

判断矩阵是决策者表达偏好信息的一种常用且有效的方式。用直觉模糊数表达决策者的偏好值并构造直觉判断矩阵, 能更全面、细致且直观地描述和刻画决策者的偏好信息。

依据表1[30], 将决策者对属性间的重要性进行两两比较后给出的定性评价语转化为直觉模糊数, 由此构造直觉判断矩阵R = ( rij) n × n, 其中rij= ( μij, νij) ( i, j = 1, 2, …, n) , μij∈[0, 1], νij∈[0, 1], μji=νij, νji= μij, μii= νii= 0. 5, μij+ νij≤1。μij表示决策者对属性i和j的重要性进行比较时偏爱i的程度, νij表示决策者偏爱j的程度, πij= 1 - μij- νij表示决策者的犹豫度或不确定度。

2. 4 一致性检验及修正

在IFAHP中, 为了得到合理的评价结果, 需要对直觉判断矩阵的一致性进行检验。文献[20]提出通过构建积型一致性直觉判断矩阵R-= ( r-ij) n × n来建立一致性检验指标。

当j > i + 1 时, , 其中

当j = i + 1 或j = i时, ; 当j < i时, 。

如果R与满足下述条件, 则认为直觉判断矩阵R的一致性是可以接受的:

式中: τ 为一致性指标的阈值, 一般取 τ = 0. 1[19]。

d为R与之间的距离测度, 有

反之, 当时, 认为直觉判断矩阵的一致性不可以接受, 此时应对直觉判断矩阵作适当修正, 以保证一定程度的一致性。具体流程如下。

步骤1: 定义迭代算子p。初始化p = 1, 由R ( p) 构建积型一致性直觉判断矩阵。

步骤2: 求解与R ( p) 之间的偏差量, 有

若, 则R ( p) 即为满足一致性检验的直觉判断矩阵, 否则, 转步骤3。

步骤3:通过式 (19) 、式 (20) 构建集成的直觉判断矩阵, 其中

式中: σ 为表示与R ( p) 之间相似度的控制参数, σ∈[0, 1], σ 越小, 与R ( p) 的相似度越大。

可根据实际情况设置并调节 σ 的数值, 使得直觉判断矩阵满足一致性检验即可[20]。令, 返回步骤2。如此往复, 直至具有接受的一致性为止。

2. 5 权重的确定

对满足一致性的直觉判断矩阵, 由式 ( 21) [20]可以得到同层各指标间的权重向量w =[w1, w2, …, wn]:

由图1可知, 综合评估指标体系有n1=6个一级指标, 设各指标间的权重向量为wA;有n2=14个二级指标, 设各指标间的权重向量为wB。考虑到各权重向量元素均为直觉模糊数, 常规的加和算子、乘法算子已经不能满足实际的需求, 因此, 本文引入直觉模糊数运算算子 (算子详细说明见文献[15]) , 来计算指标层各因素相对于目标层的组合权重:

2. 6 犹豫度的动态调整机制

为提高评估方法的适应性, 考虑到电网实际情况, 对基于预想故障分析的指标, 可采用式 ( 23) 对其所属直觉判断矩阵的犹豫度按照惩罚机制进行调整。设nf为导致该指标值最恶劣的严重故障数目, 当nf> 1 时, 令

式中: Nf为预想故障总数, 1 < nf≤Nf。

式 ( 23) 表明, 严重故障越多, 系统运行状态越危险, 该指标对于综合评价的重要性应当越大, 对其评价的犹豫度应当越低。根据调整后的犹豫度值πij'并结合表1 的犹豫度分布情况, 自动调整 μij与νij所属等级, 从而灵活改变指标权重, 提高综合评估的辨识度。

2. 7 综合评估

利用2. 2 节所述方法计算m个待评估对象归一化后的指标值Z = ( Zij) m × n, 结合各指标相对于目标层的组合权重W, 可得各方案的综合评价值:

此时的评价值仍为直觉模糊数, 即F = ( μF, νF, πF) , 为对其进行比较排序, 文献[31]提出了利用得分函数的打分排序方法。本文从研究的实际问题出发, 定义电网运行状态评估的得分函数:

经式 ( 21) 可将直觉模糊数F转化为可以比较大小的实数 ρ ( F) , ρ ( F) 的值越大, 电网运行状态越安全。

3 算例分析

本文以某区域电网为例, 对该电网在不同负荷水平及不同运行方式下的运行状态进行综合评估。该电网分区正常接线方式下的网架结构如图2 所示。外网功率经XD1 站1 台主变压器、AD站4 台主变压器、TZ站1 台主变压器下网, 分区内包含CR, HR, LT, HN这4 个电厂共10 台机组, 装机容量1 924 MW, 区域内总负荷4 400 MW。

3. 1 不同负荷水平

采用该区域电网2014年冬大运行方式数据作为基础数据构建仿真算例。仿真软件采用中国电力科学研究院开发的PSD电力系统分析软件工具中的PSD-BPA潮流及暂态稳定程序。

在原始负荷水平下, 区域内的各发电机组出力接近满发。依次调整负荷水平为原始负荷的80% , 85% , 90% , 95% 和100% , 为保持外部网络潮流不变, 在调整负荷时也同时调整区域内各发电机组出力, 以平衡负荷水平下降带来的功率冗余, 使该区域的受电功率恒定。对该区域电网在上述5 种不同的运行方式及负荷水平条件下进行仿真分析, 得到各指标计算结果如表2 所示。

由于系统网架结构保持不变, 所以不同负荷水平下网络特性指标x11, x12, x13的值相同。将归一化后的指标值绘制成图3 所示的雷达图[32]: 暂不考虑评估指标间的不同重要性, 将该单位圆等分成14 个扇形区域, 半径轴上的各取值点与圆心的距离代表了该指标值的优劣。依次连接同一评估对象的各指标值点得到封闭多边形, 其面积定性表征了综合评价结果: 曲线围成的面积越大, 综合评价值越高, 电网运行状态越安全。图3 中不同颜色曲线代表不同的负荷水平, 可以直观看出不同负荷水平下系统运行状态的优劣。

依据本文所述的IFAHP法, 聘请专家对各指标的相对重要性给出两两比较判断矩阵, 并依据表1将其转化为直觉判断矩阵, 经过一致性检验及修正, 最终得到组合权重W。由于篇幅限制, 下面仅给出准则层各因素间的权重向量wA的求取结果:

将归一化后的指标值与组合权重通过直觉模糊运算得到5 种负荷水平下的电网运行状态综合评价值, 如表3 所示。

可见, 随着电网负荷水平逐步增高, 电网的运行状态逐渐变差, 这与实际情况相符。负荷水平越高, 系统的无功备用越不充足, 无功调节容量减小, 维持负荷点电压的能力越差, 静态电压稳定裕度越小。由表2 可以看出, 当系统负荷水平增大时, 重、过载线路比例也随之增大, 潮流分布更加不均匀, 这对整个电网安全来说是十分危险的信号, 如果是某些关键线路过载, 很可能引发连锁故障; 此外, 系统的动态安全水平指标也随着负荷水平升高而变差。这些权重较大的指标决定了负荷水平5 的评价结果最差。通过图3 可以较为直观地看出, 负荷水平1 下的各项指标明显优于其他负荷水平; 负荷水平2, 3, 4 在状态量、静态安全水平、动态安全水平这3 个方面指标上都具有明显的优差顺序, 因而综合评价结果为负荷水平2 > 负荷水平3 > 负荷水平4; 对于负荷水平4 和负荷水平5, 两者暂态电压稳定性水平均几乎相同, 前者虽然潮流熵指标高于后者, 即负荷分布的均匀程度较差, 但由于其备用容量、静态电压稳定水平、功角稳定性水平和频率稳定性水平明显较好, 综合之后的运行状况评价结果仍优于后者。

本文所述方法能够兼顾影响电网运行状态的全局性因素和局部因素, 综合评价结果具有合理性。

3.2不同运行方式

1) 基本IFAHP法

保持负荷水平为该区域电网原始基础数据不变, 研究不同运行方式下的电网运行状态评估。表4 给出了正常运行方式下、HR-DT一回检修运行方式下和NY-YQ一回检修运行方式下的综合评价值。

正常运行方式下, HR-DT双回线作为发电机出口线路输送功率较大, 为374. 1 MW, 而NY-YQ双回线输送功率为67. 3 MW。另一方面, NY-YQ处网架较为坚强, 当NY-YQ一回线检修后, 潮流仅在线路XD1-NY和XD1-YQ上发生微小调整, 输送功率各增加4 MW左右; 而当HR-DT一回线检修后, 在TH-AD2, TH-NY, NY-YQ, XD1-NY, XD1-YQ等多条线路上都发生潮流转移, 变化幅度是方式3 的两倍。因此, 从实际情况来看, 检修条件下的系统运行状态要比原始运行状态差, 且HR-DT一回检修对系统运行安全性的影响要比NY-YQ一回检修情况下更大。本文的分析结果也与实际系统运行经验一致。

具体来讲, 在原始网络的基础上, 断开节点NY和YQ之间的一条线路或断开节点HR和DT之间的一条线路后, 整个网络的连边数目及边权值都发生改变, 导致方式2 和方式3 的网络效能、聚类系数都比方式1 有所降低。在暂态稳定性方面, 方式2的功角稳定性水平下降显著; 对于方式1, 2, 3 而言, 使系统发生最大频率的严重故障都是HR-DT末端三相永久性短路, 但方式2 的最大频率偏移量明显高于方式1 和3。另外, 方式2 的潮流熵最高, 说明该运行方式下, 系统潮流分布最不均匀。这些重要指标的优劣导致了最终的排序结果为: 方式1 > 方式3 > 方式2, 其中方式2 下电网运行状态比方式3要差, 这也证明了本文所述方法能有效识别电网的薄弱环节, 为运行人员提供有效的监控信息。

2) 变犹豫度的IFAHP法

经计算分析, 虽然方式2 的功角偏移量不是最大, 但导致其发生最大功角偏移的严重故障由方式1、方式3 的DT-AD首端三相短路永久性故障, 增加到DT-AD首端、HR-DT末端、HR-DT首端三相短路永久性故障。即在线路HR-DT一回检修时, 线路DT-AD, HR-DT, HR-DT中的任何一条发生故障, 都有可能导致相对较大幅度的功角偏移, 威胁电网安全。因此在实际应用中, 可采用2. 6 节提出的犹豫度动态调整策略, 对方式2 重新进行综合评价, 以具有更好的适应性。所得结果如下:

经犹豫度调整即权重改变之后, 方式2 的状态评价结果比原始犹豫度下的更差, 相比于方式1 和方式3 的评价值差别更大, 辨识度更高。

3) 不同方法分析比较

为进一步验证IFAHP法的灵活性和实用性, 分别采用基本IFAHP法、变犹豫度的IFAHP法以及FAHP对上述3 种运行方式下电网状态进行评估, 所得综合评价结果如表5 所示。

图4 给出了3 种方法分析结果的直观对比。可以看出, 不同方法的排序结果是一致的, 但辨识度有所不同。调整犹豫度后, IFAHP法的分辨率更高; 而FAHP法的评价结果显然没能很好地凸显出电网的薄弱环节, 由于仅凭经验直接给出权重值而没有考虑专家自身判断的不确定性, 很容易在某些指标值实际变化与专家经验不相符的情况下出现关键信息的淹没情况, 难以做到客观准确。相比之下, IFHAP法在主观评价中考虑了犹豫度, 对于处理该类问题更具可靠性和灵活性。

4 结语

桥梁状态检测评估研究 第3篇

关键词：既有桥梁,桥梁检测,状态评估,安全隐患

自50年代以来, 人们就意识到桥梁安全检测的重要性, 但是由于当时检测手段较为落后, 在应用上一直受到限制。近年来, 由于我国桥梁建设发展迅速, 开始从大规模建设向建设与管养并重过渡。随着时间的推移, 越来越多的桥梁将达到或接近设计基准期, 或因各种原因发生结构性的损伤, 老化现象明显。并且桥梁的使用效能和耐用年限由设计、施工和所用材料的质量而定。若因为设计施工或者由于材料本身存在某些缺陷, 导致桥梁结构先天存在某些弱点, 由一处或某几处的局部缺陷就可能产生连锁反应, 最终发展成更大的损坏乃致危及桥梁的安全。因此, 针对桥梁出现的以上情况和老化现象等, 定期对桥梁进行检测, 并建立适合的评估方法已经成为当务之急。事实上桥梁检测和状态评估能起到确保桥梁安全运营, 延长桥梁使用寿命的作用, 同时通过检测能较早的发现桥梁病害, 不仅能大大节约桥梁的维修费用, 也可以避免最终频繁大修关闭交通所引起的重大损失。

所谓的桥梁检测评估就是通过对现有桥梁的整体、各个组成部分进行检查、检测, 然后通过理论检算分析, 辅以相关实验, 对桥梁的病害情况、损伤程度、实有承载能力以及能否正常运营做出鉴定;同时, 分析桥梁病害和损伤的原因并提出需要采取的措施和维修加固的建议。

1桥梁状态检测评估的主要依据及内容

1.1状态评估的依据

桥梁检测评估一定有法可依, 有据可循, 在不偏离被检测评估桥梁的现状的情况下, 还要具有法规效力的依据。包括有:1) 委托方与被委托方签订的具有法律效力的有效合同、协议以及附件。2) 被检测和评估的桥梁所在地区的政府、政府主管部门、质检部门等有关单位对该桥梁下达的有关指令、意见和要求等。3) 委托方向被委托方提供的该桥梁的原设计文件、施工文件及竣工验收文件等。4) 国家部、委颁布的有关技术规范、标准等。

1.2桥梁状态检测评估的主要内容

1.2.1 对桥梁承载能力的评估

桥梁各组成部分在强度、刚度等方面是否满足现有运输荷载的要求, 有时还要对其能否适应运输荷载进一步发展作出评估。

1.2.2 桥梁耐久性评估

所谓的桥梁耐久性是指有建桥材料的耐久性和结构抗疲劳损伤的性能, 即迄今为止的疲劳损伤程度及剩余寿命, 这里所说的耐久性通常指后者。由于耐久性评估工作量和深度均较大, 故只有在某些特定情况下或委托方提出专门要求时才进行此项工作。

1.2.3 使用性评估

主要指车辆通过桥梁时的走行性, 即走行的安全性和乘客的舒适程度等。

2检测评估的准备工作

检测就是将桥梁的实际情况通过试验和检测仪器以数据的形式放映出来, 因此检测前需要全方位了解桥梁的各方面的情况。从既有现状与特性着手, 对检测的实体结构有一个总体的把握, 并且要具体明确后面的工作方向。然后根据检测工作要求安排计划。另外还有一个重要的内容就是资料收集。这里所说的资料收集的范围比通常意义上说的资料范围要广泛一些, 不仅包括设计资料, 还包括施工资料以及有关的养护、维修、加固资料。资料收集涉及的细节很多, 如设计资料里面有计算书、设计图纸、修改图纸以及地质资料等;施工资料里面包括各个阶段的竣工图纸、竣工说明书、材料试验资料及施工记录、竣工验收资料等;其他养护、维修资料则包括历史上通过的车型、载重, 交通量状况、维修的资料等。还有一些与之有关的自然环境或自然灾害 (洪水、地震、冻土、泥石流等) 资料, 如有必要也应向有关部门收集。

3桥梁结构检测评估

桥梁传统的检测方法是通过桥梁的外观以及桥梁的某些结构特性进行检测, 这种方法只能是反应结构的当前状态, 不能全方位的反应桥梁的真实情况, 尤其是很难对桥梁的安全储备以及退化途径做出系统、准确的评估。而且传统的检测方法也很难发现一些隐秘构件的损伤。而现今应用较为广泛的桥梁结构状态检测分为局部检测和整体检测两种。局部检测主要是对桥梁需要重点了解和检测的部位进行细致、仔细的检查, 目的是清晰的了解结构局部的物理、力学和构造特性或者是实际状态;整体检测则是试图从全局上把握结构的真实状态。

3.1表观检测法

通过对桥梁进行检查, 进而评定桥梁设计、施工及维修加固的质量与效果。桥梁的使用效果与桥梁的设计、施工以及维修加固的质量有密切联系, 调查桥梁各部分结构的营运情况, 然后分析出可能出现缺陷的原因, 进而正确评价桥梁设计与施工的质量。

表观检查是桥梁检测中一项非常重要的工作。通常, 如果产生了病害会有一些表象, 通过外观检查可分析判断这些病害产生的原因, 提出整治措施, 明确接下来的工作重点。外观检查要求做到抓住重点, 力求全面。通常可根据桥型确定调查的要点, 梁桥的检查要点包括:跨中区域的裂缝、挠度;端部的斜裂缝;主梁连接部位的状况;构件外观质量等。拱桥的检查要点有:拱圈拱顶下缘与拱脚上缘裂缝;拱轴线坐标;墩位移等。而索结构则还有索、锚的质量状况等。桥梁从总体上可分为上部结构、下部结构、附属结构。上部结构在梁式桥中主要是指主梁, 在拱中则还包括主拱肋、拱波、拉索、风撑等, 根据结构形式有所区别;下部结构包括桥墩、桥台、基础与承台、桩等;附属结构有桥面铺装、人行道、缘石、栏杆、伸缩缝等。每个部位都有其自己的受力特征, 病害也有一些共性, 如果出现的不是常规病害, 应仔细研究, 找出病因。常规病害在找出病因的同时, 应根据其损坏程度进行评估, 然后确定是否有必要加固或更换构件用以维持正常的运营。

3.2局部检测法

局部检测就是除了采用视察法以外, 利用各种技术一起, 例如X射线、超声波、声学以及光学仪器对桥梁的局部进行有效地检测。通常情况下, 由于局部检测的费用较为昂贵, 检测试验出来的数据也需要具有专业知识的人员。因此, 在进行局部检测之前, 一定要对需要检测的部位或者是损伤部位有大概的了解, 并且能够使人员和设备能够到达的位置。

3.3静态检测法

对桥梁进行静载试验, 测量出与桥梁性能有关的参数, 通过对桥梁结构性能有关参数进行分析, 进而得出结构强度、刚度以及抗裂性能, 以此判断桥梁的承载能力。桥梁静载试验测定的内容包括:1) 静应变测量, 能推断出结构截面的应力分布、杆件受到的实际内力与次应力、混凝土与钢筋的共同作用情况;2) 静位移测量, 测量的是梁的挠度和两活动端位移以及墩顶位移等。

在进行静载实验前要做好相应的准备工作, 首先要选择有代表性的试验孔 (或墩) , 选择时需综合考虑以下条件:1) 该孔 (或墩) 计算受力为最不利布载情况下的受力;2) 该孔 (或墩) 施工质量较差, 缺陷较多或病害较严重;3) 该孔 (或墩) 便于搭设脚手架及设置测点或试验时便于加载。一定要注意试验孔的选择, 因为它直接影响着试验是否能够准确的反应该部分结构以及整座桥梁的结构性能。其次要确定合适的加载方案。

3.4动态检测法

动力荷载试验的主要目的是研究桥梁结构的动力性能, 该性能是判断桥梁营运状况和承载能力的重要标志之一。桥梁检测动载试验是动力测定评价方法的基本测试项目, 是为了满足工程应用的需要。将理论分析与试验测试相结合的科学方法解决桥梁振动问题, 是桥梁检测工作中的重要环节, 其对桥梁使用状况和承载力的评价提供了重要的数据参数。

桥梁检测中, 动载试验的内容主要是结构动力特性和动载响应的试验与分析, 量测的主要部位是结构动力效应最大构件的动应力及动变形的控制截面。一般来说, 检测项目主要包括桥梁动力特性模态参数测试 (频率、振形、阻尼比) 和桥梁动力响应测试 (动挠度、动应力、加速度、冲击系数) 。

4桥梁材料的检测

随着桥梁桥型的多样化, 以及各种新工艺的不断发展, 运用到桥梁结构中的材料种类也越来越多, 但是就目前而言, 最主要也是最根本, 使用也是最广泛的材料就是钢筋和混凝土。

4.1混凝土的强度测定

混凝土的强度会随着时间的推移而产生一些变化, 一般桥梁通常会有同期的混凝土试块用来确定强度。对于没有试块的桥梁, 测试方法有回弹法、超声波法、超声波—回弹综合法、贯入法、断裂法、取芯样试验法等。其中的回弹法、超声波法以及综合法是属于非破损性测试方法, 因此应用较为广泛。另外值得注意的是对于龄期在90d以上的混凝土, 采用回弹法时要考虑对混凝土表面碳化深度进行修正。混凝土的湿度对回弹值和超声波脉冲速度都有一定影响。

4.2钢筋锈蚀评估技术

由于混凝土的密实度、渗水性、含水量、碳化深度、保护层厚度不足和开裂等缺损, 是直接导致钢筋锈蚀的主要因素, 钢筋和混凝土是相互影响、相互作用的, 所以, 当钢筋出现锈蚀时, 也会促进混凝土出现进一步的损坏。较为明显的锈蚀程度已经属于较为严重的钢筋锈蚀现象, 可以通过简单地外观检测和敲击检测。其他的检测方法有:1) 直接评定钢筋锈蚀技术, 可以通过电阻探测器技术、线形极化探测技术、半电池电位测量法等物理方法进行检测;2) 间接评定钢筋锈蚀技术, 可以通过保护层测定仪检测钢筋的混凝土的保护层是否足够、测定混凝土电阻率、检测混凝土中氯离子含量、现场测量混凝土碳化深度的测量等方法, 利用间接测量影响钢筋锈蚀程度的途径, 为评定钢筋锈蚀技术提供可靠地依据。

参考文献

[1]交通部第二公路勘察设计院.公路旧桥承载能力鉴定方法[M].北京:人民交通出版社, 1989.

[2]钱习.桥梁的全面检测方法探讨[J].四川建材, 2008, 20 (1) :48-49.

[3]覃洪江.桥梁检测、评估的现状和发展趋势[J].广西城镇建设, 2007, 19 (12) :70-71.

[4]金伟良, 赵羽习.混凝土结构耐久性[J].北京:科学出版社, 2002.

[5]刘泽宽.公路桥梁检测问题研究[J].科技资讯, 2007, 20 (26) :60-62.

综合状态评估论文 第4篇

状态检修工作7个环节中, 绩效评估对状态检修的发展有着特别重要的意义。绩效评估工作是通过运用科学的标准、方法和程序, 对企业实施电网设备状态检修的体系运作有效性、策略适应性以及目标实现程度进行评价, 发现状态检修工作开展过程中存在的主要问题, 实现状态检修工作的动态管理和持续改进。

开展好绩效评估, 有利于变电企业状态检修工作取得以下成效:

(1) 检验状态检修工作开展的成效。状态检修的重要特征是“应修必修, 修必修好”, 在“安全第一”的基础上, 合理安排设备检修, 延长检修周期, 减少维修费用, 降低供电成本, 提高企业的市场竞争力。通过状态检修绩效评估, 能够检验状态检修在各方面所取得的效果, 尤其是企业实施状态检修策略后在提高设备可靠性与降低维修成本方面的效果。

(2) 不断提高状态检修水平。通过对供电企业状态检修工作进行绩效评估, 可以从中发现工作中的不足, 深入了解工作体系的有效性、检修策略的适应性、工作目标实现程度;通过不断改进, 提高状态检修水平, 促进状态检修工作发展。

(3) 完善企业检修体制建设, 增强核心竞争力。状态检修坚持体系建设先行, 绩效评估作为重要一环, 对整个检修体系的完善有着非常重大的意义。只有通过科学的绩效评估, 才能不断改进和完善企业的管理体系、技术体系与执行体系建设, 提高电网可靠性, 增强核心竞争力。因此, 构建电网设备状态检修绩效评估体系, 通过对状态检修进行安全、环境、效益等多方面的综合评估, 是衡量状态检修工作是否真正取得实效的重要手段, 是推进状态检修工作的必要环节, 是提高状态检修工作水平的有效途径, 是推行、完善电力企业状态检修管理体系的必然要求。

2 状态检修绩效评估的方法及特点

(1) 绩效评估指标体系的构成。输变电设备状态检修绩效评估按照设备状态检修绩效评估工作标准执行。绩效评价指标体系包括6个分模块:状态检修的有效性、检修策略的正确性指标群、计划实施指标群、检修效果指标群、检修效益指标群、状态检修组织管理。

绩效评估体系包括可靠性指标实现程度与效益指标实现程度评估。可靠性指标实现程度评估包括变压器、断路器、组合电器、输电线路的可用系数、停运率、强迫停运率、非计划停运率、重复停运率;效益指标实现程度评估包括变压器、断路器、组合电器、输电线路的分类年度安全效能成本指标。

状态检修绩效评估结果分别定为优秀、良好、一般、差4级, 其内容及评分如表1所示。

(2) 绩效评估的具体流程。绩效评估工作涵盖各专业, 具体流程包括4个阶段, 即绩效信息收集阶段、报告编制阶段、报告核查阶段、整改实施阶段。

(1) 绩效信息收集阶段:地市公司收集各类绩效信息, 主要包括变压器、断路器 (GIS) 、输电线路可用系数、停运率、强迫停运率、重复停运率;变压器、断路器 (GIS) 、输电线路分类年度安全效能成本指标。

(2) 报告编制阶段:地市公司生产技术部门收集相关绩效信息, 编制本单位状态检修绩效评估报告及绩效评估评分表, 同时上报省公司。

(3) 报告核查阶段:省公司组织各部门对地市公司绩效评估报告进行审核, 汇总形成省公司绩效评估报告, 并上报国网公司, 同时对地市公司状态检修绩效评估情况进行检查和考核。国网公司对各省公司的绩效评估报告进行抽查, 并对省公司状态检修绩效评估情况进行检查和考核。

(4) 整改实施阶段:根据状态检修绩效评估结果, 状态检修实施单位和部门对不符合项或扣分项进行分析, 提出改进和预防措施, 并在本年度上半年整改完毕, 同时对改进的有效性进行跟踪评价。

(3) 绩效评估体系的“四个侧重”。四个侧重主要是指安全性绩效、经济性绩效、管理绩效、光进技术绩效。

(1) 侧重安全性绩效。状态检修的安全性包括检修所涉的人员、设备物资、电力系统、管理体系所具有的安全属性。

人的安全可靠性:人是电网生产安全的主体与核心, 应确保检修工作流程中的每位员工都能按标准规程操作, 从而实现个体到群体的一致安全。

物的安全可靠性:无论在动态过程中还是在静态过程中, 物始终处于安全运行的状态, 不发生故障, 实现物的本质安全。

系统的安全可靠性:电网系统的安全包括发电、输电、变电、配电、用电等子系统的安全, 形成“人机互保、人机制约”的安全系统。

管理体系的安全可靠性:要求建立健全电力安全生产规章制度和管理制度, 并严格执行和认真实施, 实现管理的零缺陷, 使安全管理处于“能控、可控、在控”状态。

(2) 侧重经济性绩效。公司面临着市场压力, 应不断获取利润, 是其在市场经济环境中生存、发展的基本条件。

(3) 侧重检修工作的管理绩效。状态检修的技术基础取决于对设备运行状况的正确评价, 而评价的依据来源于对设备运行数据的历史堆集和分析, 因此组织安排各级运行检修人员做好各数据和缺陷故障信息的录入、整理;建立数据信息分析中心, 利用科技手段, 提高各类数据分析的及时性和准确性;优化缺陷管理, 通过健全设备评级机制, 优化设备缺陷管理流程, 定期对设备缺陷纪录和各类试验数据进行分析、评价, 及时对其状态的变化趋势或规律做出预测。

(4) 侧重应用先进技术绩效。状态检修工作的核心是确定设备的状态, 通过对运行中电力设备的信号采集和传输、数据处理、逻辑判断来实现对电力设备运行状态的带电测试或不间断的实时监测与诊断。

3 影响状态检修绩效评估指标的因素

(1) 电网设备的故障。设备存在家族缺陷、在运行中经受到不良工况, 或设备本身质量原因都可能出现故障, 直接影响到可靠性指标的实现。

(2) 临时性非计划检修。由于生产管理制度上的不健全, 进行停电检修的计划不周全或者是停电检修的相关准备工作没有做好, 使得停电与检修缺乏计划性, 拉长了检修周期, 导致可靠性指标下降。

(3) 运维人员的技术技能水平。运维人员的技术技能水平不高, 责任心不强、操作不当, 或不能及时诊断、处置缺陷, 使得检修的次数和频率长期居高不下。

(4) 不可抗拒的自然灾害因素。电网设备所在地的自然环境, 有可能遭受风力、雷电、冰灾等自然灾害, 从而导致电网设备的损坏, 严重影响系统运行的可靠性。

(5) 基础台帐信息。信息准确是状态检修工作继续深化的重要前提, 与设备全寿命管理的分析、研究与决策息息相关。如生产管理系统中电网设备台帐不规范、准确性低, 将会影响到绩效评估指标。

4 有效提升绩效评估指标的措施

(1) 逐步完善可靠性三级管理网络。通过召开由生技、安监、基建、调度及各基层单位参加的常态化停电检修平衡会, 对各专业的检修计划进行统筹安排, 使输、变、配及客户设备尽可能在同一时段进行停电检修、消缺, 减少重复停运, 不断提升可靠性指标;加强检修计划刚性管理, 尽量减少临时性作业, 优化缺陷管理, 使消缺计划与检修计划相融合, 尽量避免出现重复停电。

(2) 加强技术基础管理。强化设备全寿命周期内表征设备健康状况的资料、数据、记录等内容, 完善投运前信息、运行信息、检修试验信息。家族性缺陷信息, 通过对生产管理系统中设备基础台帐、检修情况、试验报告及评价情况等进行全面梳理, 确保绩效信息收集的完整性、准确性、及时性。

(3) 积极推广带电检测、在线监测等新技术。通过开展红外测温、紫外成像、超声、超高频局放检测、油色谱在线监测等新技术, 及早发现设备缺陷, 提前预测预判;对数据异常的设备进行跟踪检查, 为状态检修提供评价依据, 使检修工作更具有针对性和实效性, 对提高电网设备安全运行水平和可靠性指标起到积极作用。

(4) 落实设备主人制管控体系。按照“谁主管、谁负责”的原则, 建立健全设备“运维、检修”双主人制。设备主人进行定期检查巡视外, 还要及时清理、完善各项记录、图纸、厂家资料、试验报告、技术台账, 发现异常、缺陷及时汇报、消缺, 直至隐患和缺陷消除。

(5) 加强老旧设备、缺陷设备的跟踪。准确掌握电网设备运行年限、交接试验、检测监测、缺陷故障等状态信息;收集、汇总、分析设备疑似家族性缺陷信息, 进行家族性缺陷的认定。重点关注“异常状态”及“严重状态”的设备管理, 使设备管理及技改、大修工作更具针对性和合理性, 显著提高检修质量和设备运行水平。

(6) 不断提升现场标准化作业水平。现场标准化作业紧紧抓住安全和质量两条主线, 突出安全风险辨识与预控, 突出质量关键点控制, 全面落实现场作业准军事化管理要求。通过实施现场标准化作业, 不仅规范作业人员的行为, 避免作业人员因作业水平、作业习惯和作业方法不同而导致的作业质量差异, 而且通过对现场设备检修全过程标准化的控制, 有效提高检修的针对性和有效性。

小资料

SF6高压断路器检修决策

(1) 断路器整体情况。某220kV变电站604断路器, 型号为LW11-220/3150-40, 2000年1月出厂, 2000年10月投运。2008年5月进行了C类检修。

(2) 状态量描述。2010年3月10日, 检查发现断路器空压机润滑油乳化;2010年4月8日, 检查发现气动机构24h内打压10次, 超过技术文件要求, 且有上升趋势。其他状态量未见异常。

(3) 状态评价时间及结果。2010年4月8日进行动态评价, 根据SF6高压断路器缺陷分类标准及状态评价导则, 断路器空压机润滑油乳化导致“空压机补压时间不满足厂家技术条件要求”缺陷属一般缺陷:“气动机构24h内打压次数超过技术文件要求, 且有上升趋势”缺陷属危急缺陷, 断路器整体状态评价结果为严重状态。

(4) 诊断分析。汽水分离装置分离效能不足, 高湿度空气中产生的水分无法有效分离及排出, 产生大量积水, 导致断路器空压机润滑油乳化;空气系统漏泄导致打压频繁。

配电变压器状态评估技术综述 第5篇

变压器属于供电、配电部门的重要设备, 它们的安全运行直接关系到电网的安全供电, 变压器状态评估是电力设备修理和维护的基础工作, 由于变压器本身是一个包含很多部件的复杂系统, 因此, 变压器状态评估的影响因素也很多, 对其进行准确评估难度很大。目前针对变压器状态评估的方法已经逐步从单一的传统方法转变为与智能算法结合的方法, 本文分别介绍了传统状态评估方法、神经网络算法和模糊理论, 为变压器状态评估提供技术支持。

1 传统状态评估方法

变压器发生故障时, 故障点释放的能量, 使周围溶解在变压器油中的气体成分的相对数量和形成速度发生变化, 这些故障气体的组成和含量与故障类型及严重性密切相关, 传统方法是对变压器进行油气监测, 其基本原理是根据油中气体成分的不同及所占百分比不同, 判断故障的种类及严重程度, 进而评估变压器工作是否正常[1]。这种方法局限于阀值诊断, 难以显示故障的发展趋势。

2 智能算法在变压器状态评估中的应用

2.1 基于神经网络的方法

人工神经网络是由神经元通过网络权值相互连接而成的自适应非线性系统。人工神经网络通过神经元之间隔连接关系实现信息的存储, 通过神经元之间的传递关系来实现信息的处理, 通过神经元相互之间连接权值的动态变化过程实现网络的学习。BP神经网络模型将反向传播学习算法应用于连接权值的动态变化, 是目前应用最多且最重要的网络。其学习过程分两个阶段[2]:

第一个阶段初始化的权值和阈值。设输入为M维, 输出L维, 对某一输入隐含层节点i的输出为:

其中fθi为隐含层节点的激活函数;输出层节点的输出为:

其中fai为输出层节点的激活函数。

第二个阶段是对权值和阈值进行更新, 从最后一层向前计算各权值和阈值对偏差的影响, 利用能量函数计算神经网络对于该样本的能量值, 计算每个神经元节点所产生的误差, 反向传递该误差, 修正各个权值和阀值。偏差的一般选择输入输出间的均方差:

其中ok*, 分别为输出层节点的期望值和输出值。

以上两个过程反复交替, 直到达到收敛为止。

2.2 基于模糊理论的方法

使用模糊理论对变压器进行设备状态评估的步骤如下[3,4]:

(1) 确定状态因素集。状态因素集是影响评估对象的各因素所组成的一个普通的集合。通常用U表示。对于一级模糊评判模型, 其中ui代表各影响因素, 对于各个因素具有不同层次的情况, 采用两级或更高级的评判模型, 此时ui代表第一层的第i个元素, 它又由第二层的n个元素决定, 即其中uij即为第二层次的影响因素。如将变压器状态因素集定为两级模型, 即U={电气试验, 油色谱分析, 绝缘油特性, 试验新技术, 历史情况}, 表明变压器状态受U中因素影响, 而U中每一个因素又由第二层因素影响, 如油色谱分析受{H2, CH4, C2H6, C2H4, C2H2, CO, 总烃}因素集影响。

(2) 确定权重集。各个因素对变压器状态的影响程度不同, 因此建立因素权重集来反应各个因素对于变压器状态的影响程度, 对因素ui赋予相应的权重ai, 对第二层因素同理, 则各权重组成的集合即为因素权重集。权重集应满足归一化条件:

权重可由模糊数学的方法确定, 也可根据实际问题由专家打分确定。

(3) 确定评判集。无论是一级还是多级迷糊评判, 评判集只有一级, 即变压器的状态组成的集合 (如良好、一般、注意、较差) 。通常用表示。模糊综合评判的目的就是在综合考虑所有影响因素的基础上, 从评判集中得出最佳的评估结果。

(4) 确定隶属度函数。隶属函数是描述模糊性的关键。设评判集V={良好、一般、注意、较差}, 隶属度函数将各个因素值转化为隶属于不同状态的隶属度, 不同因素的隶属度组合成隶属度矩阵R。常用的隶属度函数是三角形函数。

(5) 模糊评判。一级模糊综合评判是对一类因素中的的各个因素进行综合评判, 为了考虑不同层次因素的综合影响, 还必须在电气试验、油色谱分析、绝缘油特性、试验新技术、历史情况之间进行综合评判, 称为二级综合评判, 二级模合评判解决了因素过多的问题, 它按照某种标准将因素分到不同的类中。二级模合评判评估矩阵R应为一级模糊综合评判所得的矩阵, 从而可得二级综合评判集为:

第一层因素集U反映变压器综合状态能力的权重集。R是一级模糊评判得到的综合评判矩阵。B表示变压器综合状态隶属于状态V的隶属度。最后按照隶属度最大原则, 选取作为该变压器的综合状态, 并根据评估结果安排检修策略。

3 总结与展望

智能技术与传统方法的结合, 提高了变压器检修效率, 有效地降低了错检、漏检等事件发生的概率, 实现对配电网状态的检测、预警以及状态的检修, 使配电网始终在最佳状态运行, 保障生产和生活用电, 同时降低损耗, 提高优质服务水平。

摘要：为使更多配电网的研究人员对配电网变压器状态评估方法有更深的研究, 基于目前配电变压器状态评估的研究现状, 介绍了传统的状态评估方法, 详细阐述了智能方法应用于变压器状态评估的基本原理, 总结了智能方法的优缺点, 并提出了物联网技术应用于变压器状态评估的发展趋势。

关键词：配电变压器,状态评估,智能方法

参考文献

[1]吴立增.变压器状态评估方法的研究[D].华北电力大学, 2005.

[2]张世宏, 刘玓.神经网络算法在电力设备状态评估系统中的应用[J].福建电脑, 2007 (07) :98.

[3]王谦.基于模糊理论的电力变压器运行状态综合评估方法研究[D].重庆大学, 2005.

架空输电线路运行状态评估研究 第6篇

对基于自反馈双向贝叶斯网络的架空输电线路运行状态评估进行了研究, 建立了评估输电线路运行状态的贝叶斯系统。通过样本训练获得了条件概率表, 基于推理因果进而可判断线路状态, 同时, 可修正和预警评估偏差, 从而对网络结构、评估数据和参数进行实时、动态修正评估。

1 架空输电线路运行状态评估模式

基于自反馈双向贝叶斯网络的架空输电线路运行状态评估方法的程序分为预处理和数据采集、评估数据库管理和评估结果输出、自反馈双向贝叶斯网络状态评估系统。其中, 评估阶段具体分为计算和统计分析网络节点数据, 具体内容包括:1估计先验概率和预处理指标参量。该部分为学习参数和构建网络的基础。2学习参数和构建网络。该部分直接影响着推理的准确性。3状态判定和网络推理。该部分为评估结果的判定的依据。4管理评估数据库。对输入到系统中的先验概率估值的更新、反馈评估误差、条件概率的知识进行编辑和存储。

2 贝叶斯网络的具体实现方式

贝叶斯网络的具体实现方式为:评估所有部件的每一项基本参数, 对其状态属性概率进行确定, 学习网络参数后构建条件概率表, 包括部件对线路的条件、基本指标参量对部件的条件概率表;依据网络结构、条件概率表和历史信息, 并通过贝叶斯网络推理技术对状态进行推理, 以获得相关部件运行状态的概率, 进而对线路运行状态进行判断。

2.1 贝叶斯网络模型的建立

技术人员应结合数据的可量化性、可获取性和输电线路运行情况, 保留优先级高和重要的指标参量, 删除优先级低和次要的指标参量。贝叶斯网络结构具体包括线路防护区、接地设施和防雷装置、金具、绝缘子串、导地线、杆塔、防护设施和基础设施等31个指标参量和7个部件。

2.2 各子部件运行概率的统计

依据各部件的运行经验值、规定值和设计值, 对每个基本指标参量的状态属性值进行设定, 并依据国家相关指导原则, 结合得到的数据, 对各个子部件的状态进行判断。比如, 在对杆塔倾斜度的判别中, 相应判断依据为:正常——钢管杆、普通铁塔倾斜度<1‰, 高于50 m的钢管杆、铁塔倾斜度<5‰, 硅杆倾斜度<15‰;注意——钢管杆、普通铁塔倾斜度<15‰且>10‰, 高于50 m的钢管杆、铁塔倾斜度<10‰且>5‰, 硅杆倾斜度<20‰且>15‰;异常——钢管杆、普通铁塔倾斜度<20‰且>15‰, 高于50 m的钢管杆、铁塔倾斜度<15‰且>10‰, 硅杆倾斜度<25‰且>20‰;严重——钢管杆、普通铁塔倾斜度>20‰, 高于50 m的钢管杆、铁塔倾斜度>15‰, 硅杆倾斜度>25‰.

通过表示状态属性 (正常、注意、异常、严重) 的概率, 可提供先验估值至每个基本指标参量;将线路中的所有部件看作一个整体, 根据先前的数据结果, 对某段时间内各单元处于某状态的数量与总体测试数量的比值进行计算, 结果即该状态的概率估值。具体计算形式如下:

式 (1) 中:i为所有正整数, 是第i次统计的时间段;Ci为具体部件的指标参量;ni, vi, yi, si为Ci处于不同状态属性值下的统计数量;mi为所有检测次数的总和。

比如, 杆塔的倾斜度为C1, 架设800 k V的线路共有100级铁塔, 在10年中共测20次, 共获得2 000次杆塔倾斜度测量数据。如果显示为正常、注意、异常、严重的数据次数分别为1 500, 300, 80, 20, 则杆塔倾斜度处于严重、异常、注意、正常的先验概率为0.01, 0.04, 0.15, 0.8.

通过学习参数可确定贝叶斯网络的条件概率表。条件概率表体现了父节点与节点间的关系, 先验概率不包含任何父节点的条件概率, 学习参数的目的是获得概率表。同一部件具有相同的指标参量条件概率, 因此, 线路对7个部件有完全一样的条件概率。由此可见, 对应有1个部件对线路的条件概率和7个不同部件的条件概率中, 参数学习中的样本数据包括2部分, 即用于估计参数的训练样本和用于结果验证的检验样本。

对于计算机线路总体和线路各部件的状态概率, 可以通过贝叶斯网络特有的双向推理技术, 并综合考虑条件概率、网络结构和历史信息进行因果推理, 从而确定输电线路的状态。根据条件概率表和相邻节点传递的信息进行诊断推理, 可查找和确定架空输电线路的运行隐患和薄弱点。由此可见, 因果推理是从原因推出结果, 对具体节点指标的状态概率进行推导, 并依次递推, 从而得出输电线路整体的运行状态概率。比如, 某部件中各部件单元Ci的运行状态为ti时, 部件Bj运行的4种概率为:

通过以上数据分析, 可确定基本部件单元的状态, 并查阅分析先验概率表可获得先验概率值。可利用公式计算部件Bj运行的四种状态概率值, 并依据计算结果对基本部件的相应状态进行判断。比如, 线路A的某部件Bj的运行状态为tj, 从而可对线路A的四种运行概率进行确定:

通过以上的推理公式结果得出, 全部部件Bj运行的状态概率由各个基本部件单元当前的运行状态概率P (Ci=ti) 推导而出, 而线路A的运行状态概率由电路中所有部件当前的运行状态概率P (Bj=tj) 推导而出。由此可见, 上述相关推理结果中, 评估结果为概率最大的一项。

对于评估结果反馈, 因架空输电线路运行具有较大的不确定性, 会产生实际状况与评估结果不同的情况。如果评估结果与实际情况相差较大, 则应及时反馈, 并根据有关条件概率进行修改。当评估结果存在问题时, 节点条件概率的修正系数为:

式 (4) 中:α为风压不均匀系数;β为导线及地线风荷载系数。

实际情况中存在问题时, 节点条件概率的修正系统为:

将相应的条件概率与修正系数相乘, 可重新计算状态概率, 并将修改后的数据计入历史评估数据库。

3 结束语

架空输电线路评估是保障架空输电线路安全运行的重要环节。贝叶斯网络突破其他传统的评估方法, 在评估的可靠性上大幅提升, 是今后架空输电线路运行状态评估的发展方向。本文对贝叶斯网络进行了分析, 但还具有一定的局限性, 希望相关技术人员能加强对架空输电线路运行状态评估的重视, 不断完善、创新相应的评估方法。

参考文献

综合状态评估论文 第7篇

电机在航天发射场空调、吊车、平台液压、加注系统等地面设备中广泛得到应用, 是关建的动力设备, 其性能和运行状况的好坏直接影响到任务能否圆满完成, 发生严重故障时会对试验任务造成巨大的影响。润滑系统是电机传动系统的重要组成部分, 据统计, 在电机故障中与磨损有关的共占故障发生率的73%, 润滑油中包含了电机磨损的许多状态信息, 因此, 可以通过对电机润滑系统的磨损信息进行分析, 实现对电机态的评估和预测。

文献[1]和文献[2]根据监测油液中磨损金属颗粒浓度变化, 制定各主要磨损金属元素的浓度和梯度界限值, 以此判断电机的工作状态, 状态阈值是由专家的经验得到, 但航天发射场地面设备用电机批次多、型号多, 往往在电机还没有损坏或者没有达到使用寿命时就进行更换, 没有可供参考的专家经验。本文从状态评估的角度出发, 通过油液监测技术获得磨损元素的颗粒浓度变化信息, 并对油液信息进行分析处理, 采用灰色理论与模糊理论对电机的状态进行准确地评估。

1 电机状态评估准备工作

在获得表征航天发射场电机健康状态的油液信息后, 如何根据这些信息来评估电机的健康状态就成为关键的问题。电机的运行状态是随着电机工作时间的增加逐渐劣化的, 如果不出现突发性故障, 电机的运行状态应该是各态历经的即按照“健康”→“中间状态”→“不健康”的变化规律发展。

1.1 划分电机健康状态等级

根据故障诊断、维修经验以及专家的分析, 本文将电机状态分为:健康、良好、堪用、待修、报废, 各个等级的含义如表1 所示。

1.2 确定电机健康状态指标

在润滑油油品中包含反应电机状态的金属元素成分, 主要来源于磨损元素、污染元素和添加剂。本文综合考虑各种因素, 将铁、铝、铅、钡、镁等五种金属元素的浓度作为电机轴承磨损状态的定量指标, 如图1 所示。

1.3 数据预处理

通常, 地面设备的各种状态数据具有不同的量纲, 为了消除指标量纲之间的差异性, 本文采用数据的规范化处理, 经过规范化处理的数据取值在[0~1]之间。

设有n个评估对象, m个评估指标, xij (i=1, 2, …, n;j=1, 2, …, m) 为评估对象i关于评估指标j的量化值。对越大越优型指标, 规范化公式为:

对越小越优型指标, 规范化公式为:

公式 (1) 、 (2) 中:xjmin和xjmax分别表示第j项指标的最小和最大值;x′ij表示第i个评估对象的第j项指标xij的规范化数值。为了表述的统一, 经过规范化处理后的指标值仍用xij来表示。

2 电机状态评估建模

2.1 模型建立

设有某种型号的电机n个, 其状态指标为m个, 并把电机的状态划分为s个不同的灰类, xij (i=1, 2, …, n;j=1, 2, …, m) 为电机i关于状态指标j的规范化评价值, fjk (·) (j=1, 2, …, m;k=1, 2, …, s) 为j指标k子类白化权函数, wj (j=1, 2, …, m) 为状态指标j的综合决策权重, 且, 则称

为电机i的状态属于k灰类的聚类系数。称 σi={σi1, σi2, …, σis};i=1, 2, …, n为电机i状态的聚类系数向量。这里令

称 δik为电机i的状态属于k灰类的归一化聚类系数, 称 δi={δi1, δi2, …, δis};i=1, 2, …, n为电机i状态的归一化聚类系数向量。若, 则称电机i的状态属于灰类k*。

从公式 (3) 可以看出, 白化权函数和指标权重的确定是灰色聚类评估算法的关键问题。

2.2 白化权函数的确定

白化权函数, 也称为灰色聚类函数, 其值介于0~1 之间。本文选择三角权函数作为电机状态各指标灰类的白化权函数, 得到电机状态的环境适应性指标的白化权函数如图2 所示。

其中, fj1表示电机的状态为“报废”;fj2表示电机的状态为“待修”;fj3表示的状态为“堪用”;fj4表示电机的状态为“良好”;fj5表示电机的状态为“健康”。

2.3 基于熵理论的指标权重确定

大多数灰色定权聚类的权重是由专家通过某种方法确定的, 带有很强的主观性。为了使得得到的权重能够较为客观地反映各指标的相对重要程度, 本文借鉴信息熵理论, 利用电机的状态指标数据来计算指标的权重。

若现有n个电机, m个状态指标, 原始指标值数据矩阵为X= (xij) n×m, 其中xij叟0, i=1, 2, …, n;j=1, 2, …, m。由于在熵中的变量取值范围在0~1 之间, 本文采用归一化的方法对原始指标数据进行预处理, 即

得到处理后矩阵P= (pij) n×m。对于电机的某个指标xj, 其信息熵为

式中k=1/lnn。

则第j个指标的熵权wj定义为

从式 (6) 、 (7) 可以看出:如果某个指标的信息熵越小, 就表明其指标值的变异程度越大, 提供的信息量也就越多, 在综合评价中所起的作用越大, 则其权重也应越大;反之亦然。

3 案例分析

航天发射场空调系统的电机是一个典型的灰色系统, 可以利用本文提出的灰色聚类评估方法对电机的健康状态进行评估。

在全寿命周期之内, 对电机润滑油进行换油处理, 得到各金属元素的浓度如表2 所示。

3.1 确定各指标的白化权函数

接着就可以利用2.2 节的方法来确定各指标的白化权函数, 如表3 所示。

3.2 确定健康状态指标的权重

健康状态各个指标的权重可由2.3 节的熵权法得到, 需要说明的是参与计算的数据为经过规范化处理后的指标值。利用熵权法求得电机健康状态指标权重向量为w= (0.1728, 0.1989, 0.1369, 0.0925, 0.0927, 0.1466, 0.1596) 。

3.3 电机状态评估

确定了电机状态指标的白化权函数和权重后, 就可以利用2.1 节的灰色聚类法进行状态评估, 得到评估结果, 如表4 所示。

从表4 可以看出, 随着运行时间的增加, 电机的状态逐渐变差, 反映了状态的真实变化规律。特别是在运行时间t=6400h时, 发动机处于“待修”和“报废”等级的聚类系数已相差不大, 此时电机的状态正在由“待修”向“报废”过渡, 在使用时应特别注意。

4 结论

本文针对航天发射场地面设备用电机, 利用本文建立的状态评估模型对电机的状态进行了评估。首先确定了电机的状态指标, 对指标数据进行了预处理, 使其满足建模的需要。然后确定了各指标的白化权函数和指标权重, 利用灰色聚类法对电机健康状态进行了评估。最后, 通过具体事例验证本文状态评估方法的有效性, 能够真实地反映设备的健康状态。

摘要：基于状态的维修是建立在对设备状态实时或近实时评估基础上的一种维修方式, 其核心思想是在有需要维修的明显征兆时才进行维修。电机广泛应用于航天发射场地面设备, 电机状态评估作为航天发射场地面设备预防性维修的重要组成部分, 是实施电机基于状态维修的前提, 是实现精确维修的重要基础。本文结合发射场地面设备状态评估的实际, 将电机的状态划分为五类;提出了电机状态评估的指标体系, 并在此基础上, 基于灰色理论和模糊理论建立了电机状态评估模型;最后, 将建立的评估模型应用到电机的状态评估中, 验证了模型的可行性和有效性。

关键词：航天发射场,润滑油,地面设备,电机,状态评估

参考文献

[1]张培林, 任国全, 张英堂.基于油液分析的自行火炮装备性能监测研究[J].军械工程学院学报, 2001, 13 (3) :7-11.

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