基于模糊綜合評價的特高壓直流輸電工程風險因素分析

張澤鳴 甘增朔 郭曉晨 孫松松 劉明源

(國網山東省電力公司超高壓公司)

0 引言

我國能源資源與生產力分布、布局不平衡的基本國情, 決定了我國必須在全國范圍內統籌優化能源資源配置方式。大容量、遠距離、低損耗的特高壓直流跨區輸電擁有多能互補的電源體系, 能夠解決不同區域間的電力供需矛盾, 成為我國電力發展的必然走向[1-2]。截至2021 年底我國已有18 個特高壓直流輸電工程建成投產。

由于特高壓直流輸電工程產業發展新、技術難度大、系統、設備構成復雜, 工程風險管理面對巨大挑戰。本文旨在通過模糊綜合評價分析特高壓直流輸電工程的風險因素, 供工程的決策者、設計者、實施者、使用者在不同維度了解特高壓直流輸電工程的風險及其影響, 助力特高壓直流輸電工程安全穩定運行。

1 特高壓直流輸電工程風險因素分析方法與指標體系構建

因為特高壓直流輸電工程的特殊性, 目前鮮有該工程領域的風險分析, 相近的研究多為單從技術角度對工程風險進行分析控制或對工程的綜合效益進行研判分析, 缺乏系統性、針對性、差異性[3-6]。本文首先利用層次分析法分析確定各項指標權重, 再通過模糊綜合評價求取各風險指標的綜合得分, 進而輔助對風險因素體系進行系統分析。

設計一套科學合理的評價指標體系是進行特高壓直流輸電工程風險因素分析的基礎和關鍵, 本文綜合考慮運維檢修風險、設備技術風險、工程管理風險及外部環境風險四個維度, 構建特高壓直流輸電工程的風險因素體系。各維度影響因子通過文獻查閱、專家評審綜合確定, 最終形成圖1 所示的特高壓直流輸電工程風險因素體系。

圖1 特高壓直流輸電工程風險因素體系

2 特高壓直流輸電工程風險因素分析模型

2.1 利用層次分析法確定各維度及各維度下屬影響因子權重

層次分析法可以結合定性分析與定量分析綜合處理評估問題。主要步驟包括建立層次結構模型、構建成對比較判斷矩陣、計算權重及一致性校驗。影響風險因素體系的指標包括運維檢修風險、設備技術風險、工程管理風險、外部環境風險四個維度。每個維度又受2 ～5 個不同影響因子的影響, 如運維檢修風險受職業態度、技術能力、故障預判、應急處置4 個影響因子影響, 詳見圖1。

以風險因素體系為例, 首先通過專家評判及以往工程經驗構造兩兩比較的判斷矩陣, 詳見表2, 進而通過按列歸一、按行求和, 再次歸一的方式得出各維度權重指標。權重指標得出后, 通過計算一致性指標CI和一致性比率CR進行一致性校驗。

式中, λmax 表示該判斷矩陣的最大特征值,n表示矩陣階數。

式中,RI為平均隨機一致性指標, 對應矩陣不同階數n有不同取值, 詳見表1。

表1 平均隨機一致性指標

表2 風險因素體系判斷矩陣

一致性指標CI=0.011, 一致性比率CR=0.012 ＜0.1, 判斷矩陣一致性滿足要求。

由此可得特高壓直流輸電工程風險因素體系下運維檢修風險、設備技術風險、工程管理風險、外部環境風險四個維度權重指標W1為 (0.479, 0.165,0.292, 0.064)。

同理可得運維檢修風險維度下職業態度、技術能力、故障預判、應急處置四個影響因子權重指標W2為(0.466, 0.277, 0.096, 0.161)。

設備技術風險維度下設計質量、設備質量、家族缺陷、服役年限、備件供應五個影響因子權重指標W3為(0.314, 0.331, 0.140, 0.122, 0.093)。

工程管理風險維度下施工安全、工程質量兩個影響因子權重指標W4為(0.587, 0.413)。

外部環境風險維度下民事問題、運行環境兩個影響因子權重指標W5為(0.396, 0.604)。

2.2 通過模糊綜合評價分析風險因素體系中各維度及其下屬影響因子的必要程度

模糊綜合評價是基于模糊數學的綜合評價方法,可通過模糊數學中的隸屬度理論將定性評價轉化為定量評價, 以用來分析各指標的必要程度。主要步驟包括構建模糊評價指標、分析求解權重向量、構造隸屬矩陣、權重向量與隸屬矩陣合成。

本文邀請特高壓直流輸電領域的50 位專家、學者對影響工程風險的各維度影響因子進行評價, 整理得到表3 風險因素體系評價結果表。

表3 風險因素體系評價結果表

按照模糊綜合評價方法, 第k個風險維度的影響因子隸屬度矩陣Rk為:

結合風險因素體系評價結果表, 可整理得到運維檢修風險(R11)、設備技術風險(R12)、工程管理風險(R13)、外部環境風險(R14) 四個維度的隸屬度矩陣。

前期已通過層次分析法確定各維度及其下屬影響因子的權重, 現可通過兩級模糊綜合評價對風險因素體系進行分析。

一級模糊綜合評價:

運維檢修風險維度的評價結果為: A11=W2R11=(0.341, 0.326, 0.222, 0.092, 0.019)

設備技術風險維度的評價結果為: A12=W3R12=(0.285, 0.289, 0.268, 0.115, 0.043)

工程管理風險維度的評價結果為: A13=W4R13=(0.377, 0.360, 0.181, 0.081, 0.000)

外部環境風險維度的評價結果為: A14=W5R14=(0.188, 0.317, 0.324, 0.100, 0.071)

二級模糊綜合評價:

風險因素體系的綜合評價結果為:

通過對非常必要、很必要、必要、一般必要、不必要五個必要程度等級進行賦分(ET), 可得到各指標必要程度的綜合得分(N), 其中:

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

由此可得風險因素體系、運維檢修風險維度、設備技術風險維度、工程管理風險維度、外部環境風險維度五個指標必要程度綜合得分分別為0.703、0.708、0.656、0.744、0.602。

3 特高壓直流輸電工程風險因素分析

根據各指標必要程度綜合得分可知, 專家、學者普遍認為在特高壓直流輸電領域對風險因素體系的關注是很必要的。近年來特高壓直流輸電工程加速上馬, 構成了國家電力能源輸送的主動脈。特高壓直流高速發展的今天, 伴隨著新技術、新工藝、新設備的不斷迭代, 它為電力行業帶來新的機遇, 同時也為安全生產帶來新的風險挑戰。特高壓直流輸電工程的決策者、設計者、實施者、使用者必須對工程領域的各類風險進行及時正確的辨識、認知和防控, 才能在風險挑戰與日俱增的背景下, 維護特高壓直流專業的長治久安。

在風險因素體系下, 工程管理風險必要程度綜合得分最高, 應首要關注。工程管理風險包括施工安全風險與工程質量風險兩個部分。站在工程倫理的角度, 公眾的安全、健康和福祉是最重要的, 施工安全決定著工程實施者的人身安全, 工程質量決定著工程使用者的切身福祉, 所以綜合得分最高。工程的管理者應時刻對照安全工作規程及工程驗收規范對施工安全與工程質量進行嚴格監管, 消除工程實施過程中的風險隱患。

運維檢修風險必要程度綜合得分較工程管理風險次之, 但仍屬于“很必要”級別。其下風險包括職業態度、技術能力、故障預判、應急處置。特高壓直流專業不勝枚舉的設備種類、錯綜復雜的電壓等級、晦澀難解的控保技術讓直流運檢的風險防控和應急處置變得極為復雜。職業態度直接決定著特高壓直流運檢工作能否得到全面、細致開展, 是該風險維度下最重要的因素。技術能力的欠缺可以通過系統服務商、設備供應商的技術支持彌補, 故權重較職業態度次之。在職業態度、技術能力得到全面保障的前提下, 絕大部分設備隱患、缺陷都能在萌芽階段被遏制, 故障預判、應急處置的權重便因此削弱?；膺@一維度的風險要把強化特高壓直流從業者的責任感、使命感作為第一要務, 同時加強與系統服務商、設備供應商的交流合作, 通過技術服務協議保障技能培訓的質量、頻次與技術支撐的響應速度。通過一體化在線監測、數字化、智能巡檢機器人等多種新興手段及時準確的感知預判可能發生的故障, 并根據步驟清晰、分工明確的應急處置預案處理。

設備技術風險必要程度綜合得分處于“必要”級別, 其下風險包括設計質量、設備質量、家族缺陷、服役年限、備件供應。因特高壓直流工程整體發展比較新, 設備服役年限相對較短, 新建工程的方案設計及設備選型也多是參照已建成投產的樣板工程,

外部環境風險必要程度雖處于“必要”級別,但其綜合得分最低。究其原因或為近年來隨著新聞媒體對國內特高壓等大型基建項目的宣傳報道, 百姓對特高壓工程有了更加理性、清晰的認識, 接納度、包容度不斷提升, 民事問題隨之化解。運行環境方面特高壓直流輸電工程多是在選址、設計初期就已將基本運行環境及其發展演化規律考慮在內, 工程對運行環境的適應性較高, 故外部環境風險必要程度綜合評分排位最后。

4 結束語

特高壓直流輸電工程包含換流站、輸電線路兩個部分, 前者作為國家電網結構的重要樞紐, 后者作為電力能源輸送的主動脈, 共同影響著國計民生。特高壓直流輸電領域的從業者要清醒、正確的認識工程領域的各類風險, 追本溯源、對癥下藥, 才能保障特高壓直流工程的長治久安。