一种基于云模型的变电站接地网状态评估方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于云模型的变电站接地网状态评估方法，包括：步骤一、建立变电站接地网状态评估多指标体系，并调研采集各状态量信息；步骤二、建立评价集，根据各评价指标对接地网劣化程度的影响进行打分；步骤三、基于熵权法计算各指标权重；步骤四、基于云模型得出评判矩阵；步骤五、判断变电站接地网的状态等级。本发明综合考虑多因素对接地网安全性能的影响，引入熵权法、云模型、隶属度理论把定性评价转化为定量评价，对变电站的整体性能进行整体全面的评估，可为电力运行部门制订接地网维护计划提供参考。
【专利说明】
一种基于云模型的变电站接地网状态评估方法
技术领域
[0001] 本发明涉及变电站接地网技术领域，尤其涉及一种基于云模型的变电站接地网状 态评估方法。
【背景技术】
[0002] 由于经济性的原因，我国变电站接地网一般都采用扁钢、圆钢等钢质材料，地埋接 地网常因施工时焊接不良及土壤腐蚀的原因，使接地网钢质材料变细甚至出现局部断裂 点，从而导致接地电阻增大，给电力系统的正常运行带来安全隐患。由于埋地接地网具有较 强的隐蔽性，长期以来，电力系统相关部门主要是通过定期开挖抽查等手段确定接地网的 腐蚀情况，或者接地网接地阻抗或接触电压和跨步电压测量不符合设计要求，怀疑接地网 被严重腐蚀时，进行开挖检查。当变电站接地网性能良好时，例行开挖检查会造成不必要的 人力、物力浪费；当变电站接地网出现严重腐蚀时才进行开挖检查，如果发生雷击或者短路 故障，接地网泄流不畅，可能会引发严重安全事故。因此研究一种切实可行、准确可靠的变 电站接地网运行状态评估方法，定期对接地网的状态进行评估，以便及时掌握接地网的运 行状态并提前制定检修维护计划，对提供电力系统安全运行稳定性具有重要意义。
[0003] 目前已有专利提出了变电站接地网腐蚀的监测及评价方法，专利CN104678246A提 出一种变电站接地网腐蚀状态评估方法及其系统，但是仅以冲击接地阻抗值作为接地网状 态评估量，评价因素过于单一；专利CN103163064A提出了一种变电站接地网腐蚀速率的模 糊预测方法，但是并不能对接地网的腐蚀状态进行评估;专利CN104897875A提出了变电站 土壤对镀锌钢接地网腐蚀性的评价方法，但是该方法各指标的打分人为影响大，影响评价 结果的准确性;专利CN104833898A提出了采用M序列信号电流的变电站接地网腐蚀状态评 估方法，但是该方法容易受变电站复杂电磁环境的干扰，评价结果的准确性有待检验。
[0004] 工程实际中，针对变电站电磁环境复杂，接地网隐蔽性强，状态评估涉及因素众 多，开挖检查工程量大等情况，很有必要提出一种考虑多因素影响的接地网状态评价方法， 定期对接地网的安全状态进行评估，当发现接地网安全风险较高时，提前制定维修计划，有 助于提高电力系统运行稳定性。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于云模型的变电站接地网状态评估方法，综合考虑 多因素对接地网安全性能的影响，引入熵权法、云模型、隶属度理论把定性评价转化为定量 评价，对变电站的整体性能进行整体全面的评估，可为电力运行部门制订接地网维护计划 提供参考。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007] -种基于云模型的变电站接地网状态评估方法，该方法包括步骤如下：
[0008] 步骤一、建立变电站接地网状态评估多指标体系，并通过变电站资料调研或实验 测量采集指标层各单项状态量信息。项目层包括电气性能、接地网性能、土壤腐蚀性。其中 电气性能对应的指标层包括接触电阻、接地阻抗、场区地表电位梯度分布、跨步电压、接触 电压;接地网性能对应的指标层包括投运时间、改造时间、接地网材质、接地网腐蚀速率、腐 蚀后剩余面积、断点数目、焊接工艺;土壤腐蚀性对应的指标层包括土壤质地、土壤pH值、土 壤电阻率、土壤含盐量、土壤含水量、腐蚀电位、cr、s〇4 21水溶性)含量。
[0009] 步骤二、建立评价集，根据各评价指标对接地网劣化程度的影响进行打分。接地网 状态评价集V = { VI，V2，V3，V4 }，其中VI，V2，V3，V4分别表示接地网劣化程度为良好、一般、注 意、严重状态等级，良好、一般、注意、严重状态等级分别打1，2,3,4分，对接地网性能没有影 响时打分为0。
[0010] 步骤三、基于熵权法计算各指标权重。针对评价体系中的指标，构建判断矩阵，基 于熵权法得到各指标权重W。
[0011] 步骤四、基于云模型得出评判矩阵Ri。采用云模型代替模糊隶属度函数计算出各 评估指标的云模型表述，结合实际指标数据可以获得各指标对4种状态的隶属度值，得出评 判矩阵Ri。
[0012] 步骤五、判断变电站接地网的状态等级。利用确定的权重集W与评判矩阵R对变电 站接地网的状态进行综合评价，得到目标层的评估向量B=WR，根据B中的数值，采用最大隶 属度法，取与最大评估值b max = max{bi | i = 1，2，3，4}相对应的评判集元素vj作为评估结果， 从而判断出变电站接地网的状态等级。
[0013] 进一步地，本发明步骤一中接地网状态评价的项目层包括电气性能、接地网性能、 土壤腐蚀性，其中电气性能对应的指标层包括接触电阻、接地阻抗、场区地表电位梯度分 布、跨步电压、接触电压;接地网性能对应的指标层包括投运时间、改造时间、接地网材质、 接地网腐蚀速率、腐蚀后剩余面积、断点数目、焊接工艺;土壤腐蚀性对应的指标层包括土 壤质地、土壤pH值、土壤电阻率、土壤含盐量、土壤含水量、腐蚀电位、cr、s〇4 21水溶性)含 量。
[0014] 进一步地，本发明步骤二中的接地网的状态评价集V= {vi，V2，V3，V4}，其中V1，V2， V3，V4分别表示接地网劣化程度为良好、一般、注意、严重状态等级。
[0015] 进一步地，本发明步骤二中接地网劣化程度为良好表示该指标对接地网的状态影 响很小，可以基本忽略；一般表示该指标对接地网的状态有一定影响，按原定计划维护检 查;注意表示该指标对接地网的状态影响很大，应引起注意，安排维护计划;严重表示该指 标对接地网的状态有严重影响，必须进行开挖检查。
[0016] 进一步地，本发明步骤二中根据各评价指标对接地网劣化程度的良好、一般、注 意、严重状态等级分别打1，2,3,4分，对接地网性能没有影响时打分为0。
[0017] 进一步地，本发明步骤三中基于熵权法计算接地网状态各指标权重。
[0018] 进一步地，本发明步骤四中基于云模型得出接地网状态评价评判矩阵心。
[0019 ]进一步地，本发明步骤四中云模型的数字特征确定方法为：
[0021]进一步地，本发明步骤五中采用最大隶属度法，取与最大评估值bmaX=max{bi I i = 1，2,3,4}相对应的评判集元素作为评估结果，从而判断出变电站接地网的状态等级。
[0022] 相比现有方法本发明具有以下优点：
[0023] 1)本发明建立变电站接地网状态评估的多指标体系，评估结果更加整体全面。
[0024] 2)引入熵权法、云模型、隶属度理论把定性评价转化为定量评价，减少了主观因素 对评价结果的影响，评估结果更加客观性。
[0025] 3)本发明方法使用简单，可行性强，预测精度高，可为电力运行部门制订接地网维 护计划提供参考。
【附图说明】
[0026] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0027]图1是本发明一种基于云模型的变电站接地网状态评估方法的变电站接地网状态 评估流程图；
[0028]图2是本发明一种基于云模型的变电站接地网状态评估方法的变电站接地网状态 评估指标体系。
【具体实施方式】
[0029]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0030] 如图1所示，本发明建立变电站接地网状态评价指标体系，引入熵权法、云模型、隶 属度理论把定性评价转化为定量评价，对变电站接地网状态进行整理客观的评估，具体包 括如下步骤：
[0031] 步骤一、建立变电站接地网状态评估多指标体系，并通过变电站资料调研或实验 测量采集指标层各单项状态量信息。项目层包括电气性能、接地网性能、土壤腐蚀性。其中 电气性能对应的指标层包括接触电阻、接地阻抗、场区地表电位梯度分布、跨步电压、接触 电压;接地网性能对应的指标层包括投运时间、改造时间、接地网材质、接地网腐蚀速率、腐 蚀后剩余面积、断点数目、焊接工艺;土壤腐蚀性对应的指标层包括土壤质地、土壤pH值、土 壤电阻率、土壤含盐量、土壤含水量、腐蚀电位、cr、s〇4 21水溶性)含量。
[0032] 步骤二、建立评价集，根据各评价指标对接地网劣化程度的影响进行打分。接地网 状态评价集V = { VI，V2，V3，V4 }，其中VI，V2，V3，V4分别表示接地网劣化程度为良好、一般、注 意、严重状态等级，具体各状态参量与接地网状态的关系如表1所示。
[0033] 表1各状态参量与接地网状态的关系
[0035]对S1中调研采集的各单项状态量信息，按照规程规定的区间范围，根据其对接地 网劣化程度的影响进行打分，良好、一般、注意、严重状态等级分别打1，2,3,4分，对接地网 性能没有影响时打分为0，整体打分见表2。 [0036]表2各状态参量打分表
[0040] 步骤三、基于熵权法计算各指标权重。针对评价体系中的指标，构建判断矩阵，基 于熵权法得到各指标权重W。
[0041] 为避免采用九标度法构建判断矩阵时权重选择的模糊性，提高专家对各目标差异 的辨别，采用三标度法提高目标权重设定的准确性。首先，由专家给出每一层次上的三标度 比较矩阵D=(dij) mXn，其中： 1 /元素没有/元素重要
[0042] = ? 1 /元素和/元素同样重要 2. /元素比元素重要
[0043]然后计算三标度比较矩阵的行要素之和： n
[0044] C = XX. (，_ 二 1,2,.??)
[0045] 从n中找出最大值rmax和最小值rmin，将基点比较要素按1-9级判断尺度进行比较 判断，得出基点比较标度bm，将比较矩阵D=(dij) nXn变换成间接判断矩阵b=(bij)mXn:
[0047] 求出间接判断矩阵的额最大特征值，对矩阵进行一致性检验：
[0048] CI = (Amax-n)/ (n-1)
[0049] 当随机一致性比率CR = CI/RI < 0.1时，认为矩阵具有满意的一致性，否则修改判 断矩阵，直到满足要求。
[0050] 利用熵权法得到权重W = [ W1，W2，…，Wn]:
[0052]式中尽=-k；￡./；>,/i>,，k = 1/ln n。 /=1 / 7=1
[0053]步骤四、基于云模型得出评判矩阵h。采用云模型代替模糊隶属度函数计算出各 评估指标的云模型表述，结合实际指标数据可以获得各指标对4种状态的隶属度值，得出评 判矩阵Ri。
[0054]根据评价指标参数与变电站接地网状态等级的关系，将四个劣化度级别区间确定 为:gi[0，a)，g2[a，b)，g3[b，c)，g4[d，+00)，其中a、b、c、d分别对应1、2、3、4,对于每个评价因 子，得出该云的E x，并适当选择另外两个参数En，He的值，运用云发生器生成云模型。云模型 的数字特征确定方法见表3,其中q = 0.1。
[0055]表3云模型的数字特征确定方法
[0057]根据现场实测的变电站接地网各评价指标打分情况得出接地网各个级别的隶属 度。若Xm=XQ时，与第k朵正态云模型的交点有M个云滴，则取M个云滴的隶属度值的均值作为 该指标的隶属度，进一步得出各个评价指标的评判矩阵心。
[0058]步骤五、判断变电站接地网的状态等级。先进行项目层的评估，得到评估向量& = ，然后将项目层评估结果组合成目标层的评判矩阵。利用确定的权重集W与评判矩阵R对 变电站接地网的状态进行综合评价，得到目标层的评估向量B=WR，根据B中的数值，采用最 大隶属度法，取与最大评估值bm ax=max{bi | i = 1，2，3，4}相对应的评判集元素vj作为评估结 果，从而判断出变电站接地网的状态等级。
[0059] S = ^ = (Mm.w") f ^ \lml 1 m2 *mn )
[0060]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换， 而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于云模型的变电站接地网状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一、建立变电站接地网状态评估多指标体系，并通过变电站资料调研或实验测量 采集指标层各单项状态量信息。项目层包括电气性能、接地网性能、土壤腐蚀性。其中电气 性能对应的指标层包括接触电阻、接地阻抗、场区地表电位梯度分布、跨步电压、接触电压； 接地网性能对应的指标层包括投运时间、改造时间、接地网材质、接地网腐蚀速率、腐蚀后 剩余面积、断点数目、焊接工艺;土壤腐蚀性对应的指标层包括土壤质地、土壤PH值、土壤电 阻率、土壤含盐量、土壤含水量、腐蚀电位、Cr、S〇4 21水溶性)含量； 步骤二、建立评价集，根据各评价指标对接地网劣化程度的影响进行打分。接地网状态 评价集V = { Vl，V2，V3，V4 }，其中Vl，V2，V3，V4分别表示接地网劣化程度为良好、一般、注意、严 重状态等级，良好、一般、注意、严重状态等级分别打1，2,3,4分，对接地网性能没有影响时 打分为O; 步骤三、基于熵权法计算各指标权重。针对评价体系中的指标，构建判断矩阵，基于熵 权法得到各指标权重W; 步骤四、基于云模型得出评判矩阵R1。采用云模型代替模糊隶属度函数计算出各评估指 标的云模型表述，结合实际指标数据可以获得各指标对4种状态的隶属度值，得出评判矩阵 Ri; 步骤五、判断变电站接地网的状态等级。利用确定的权重集W与评判矩阵R对变电站接 地网的状态进行综合评价，得到目标层的评估向量B = WR，根据B中的数值，采用最大隶属度 法，取与最大评估值bmax=max{bi I i = 1，2，3，4}相对应的评判集元素 Vj作为评估结果，从而 判断出变电站接地网的状态等级。2. 根据权利要求1所述的一种基于云模型的变电站接地网状态评估方法，其特征在于， 步骤一中接地网状态评价的项目层包括电气性能、接地网性能、土壤腐蚀性，其中电气性能 对应的指标层包括接触电阻、接地阻抗、场区地表电位梯度分布、跨步电压、接触电压;接地 网性能对应的指标层包括投运时间、改造时间、接地网材质、接地网腐蚀速率、腐蚀后剩余 面积、断点数目、焊接工艺；土壤腐蚀性对应的指标层包括土壤质地、土壤PH值、土壤电阻 率、土壤含盐量、土壤含水量、腐蚀电位、cr、s〇 42_(水溶性)含量。3. 根据权利要求1所述的一种基于云模型的变电站接地网状态评估方法，其特征在于， 步骤二中的接地网的状态评价集V = { Vl，V2，V3，V4}，其中Vl，V2，V3，V4分别表示接地网劣化程 度为良好、一般、注意、严重状态等级。4. 根据权利要求1所述的一种基于云模型的变电站接地网状态评估方法，其特征在于， 步骤二中接地网劣化程度为良好表示该指标对接地网的状态影响很小，可以基本忽略;一 般表示该指标对接地网的状态有一定影响，按原定计划维护检查;注意表示该指标对接地 网的状态影响很大，应引起注意，安排维护计划;严重表示该指标对接地网的状态有严重影 响，必须进行开挖检查。5. 根据权利要求1所述的一种基于云模型的变电站接地网状态评估方法，其特征在于， 步骤二中根据各评价指标对接地网劣化程度的良好、一般、注意、严重状态等级分别打1，2， 3，4分，对接地网性能没有影响时打分为O。6. 根据权利要求1所述的一种基于云模型的变电站接地网状态评估方法，其特征在于， 步骤三中基于熵权法计算接地网状态各指标权重。7. 根据权利要求1所述的一种基于云模型的变电站接地网状态评估方法，其特征在于， 步骤四中基于云模型得出接地网状态评价评判矩阵心。8. 根据权利要求1所述的一种基于云模型的变电站接地网状态评估方法，其特征在于， 步骤四中云模型的数字特征确定方法为：9. 根据权利要求1所述的一种基于云模型的变电站接地网状态评估方法，其特征在于， 步骤五中采用最大隶属度法，取与最大评估值b max = max{bi I i = l ,2,3,4}相对应的评判集 元素 W作为评估结果，从而判断出变电站接地网的状态等级。
【文档编号】G06Q10/00GK105894096SQ201610257275
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】刘熙, 徐霞, 刘刚, 汪昭, 王谦, 鲍明晖, 籍勇亮
【申请人】国家电网公司, 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司, 国网山东省电力公司, 国网重庆市电力公司电力科学研究院