基于FAHP的物元可拓电力通信网光缆段风险评估模型_林金强.pdf

电 力 信 息 与 通 信 技 术Electric Power Information and Communication TechnologyVol.21 No.2Feb.2023第 21 卷 第 2 期2023 年 2 月基于FAHP的物元可拓电力通信网光缆段风险评估模型林金强1，李珍珍2，吴强1，盛丹红1，王政1（1.国网湖北省电力有限公司襄阳供电公司 数字化工作部，湖北省 襄阳市 441200；2.国网湖北省电力有限公司襄阳供电公司 枣阳供电公司，湖北省 襄阳市 441200）FAHP-based Matter-element Extension Risk Assessment Model for Optical Cable Section of Power Communication NetworkLIN Jinqiang1,LI Zhenzhen2,WU Qiang1,SHENG Danhong1,WANG Zheng1(1.Xiangyang Power Supply Company,State Grid Hubei Electric Power Co.,Ltd.,Xiangyang 441200,Hubei Province,China;2.Zaoyang Power Supply Company,State Grid Hubei Electric Power Co.,Ltd.,Xiangyang 441200,Hubei Province,China)摘要：为有效掌握电力通信网光缆段的风险状况，通过系统性分析电力光缆的风险致因机理，从电力光缆的运行指标、物理指标和环境指标3个方面建立了评估指标体系。基于模糊层次分析法和物元可拓理论构建了电力通信网光缆段的风险评估模型。以某供电公司的电力通信光缆为实例进行风险评估，结果表明：该模型能够定性和定量的分析每条光缆的风险等级，精准定位光缆段的薄弱环节，科学指导运维人员开展工作，为促进电网稳定运行具有重要的指导意义。关键词：电力通信网光缆段；模糊层次分析法；物元可拓理论；风险评估ABSTRACT:To learn the risk status of power communication optical cable effectively,an evaluation index system is established from three aspects:the operation index,the physical index and the environmental index of the power optical cable by systematically analyzing the risk factors of power optical cables.Based on fuzzy analytic hierarchy process and matter-element extension theory,the risk assessment model for optical cable section of power communication network is constructed.Taking the power communication optical cable of a power supply company as an example to carry risk assessment,the results show that the model can qualitatively and quantitatively analyze the risk level of each optical cable,accurately locate the weak links of the optical cable section,and scientifically guide the operation and maintenance personnel to carry out work,and has important guiding significance to promote the stable operation of power grid.KEY WORDS:power communication optical cable section;fuzzy analytic hierarchy process;matter-element extension theory;risk assessment0引言随着电网建设的推进，光缆作为电力通信网的重要组成设备，能否安全、可靠的传输业务，直接影响电网运行的稳定。电力通信光缆敷设区间跨度大，营运时间长，影响因素多，极易存在安全隐患。因此，制定科学合理的风险评估模型，确保电力通信光缆低风险运行具有重要的现实意义。目前，针对电力通信网光缆段风险评估的研究成果相对较少，学者主要集中在电力通信网的风险评估，包含2个方面，一方面是分析电力通信网中各项风险指标的重要度，筛选出影响电力通信网风险的关键指标并进行指导维护，如文献1利用博弈论思想将熵权法和层次分析法的指标权重组合，使权重赋值的结果更符合实际；文献2通过Apriori筛选影响电力通信网业务可靠性的关键指标，利用层次分析法(analytic hierarchy process，AHP)建立风险评估模型，以历史运维数据验证其准确性和有效性；另一方面是分析电力通信网整体的风险等级，如文献3将对数最小二乘法和限位系数法应用到模糊 层 次 分 析 法(fuzzy analytic hierarchy process，FAHP)模型中，构建了电力通信网可靠性评估方法；文献4采用多属性决策的方法将层次分析法和熵权法计算出的指标权重结合起来，评价电力通信中图分类号：TN913.7 文献标志码：A 文章编号：2095-641X(2023)02-091-07 DOI：10.16543/j.2095-641x.electric.power.ict.2023.02.12著录格式：林金强，李珍珍，吴强，等基于FAHP的物元可拓电力通信网光缆段风险评估模型J 电力信息与通信技术，2023，21（2）：91-97林金强等：基于FAHP的物元可拓电力通信网光缆段风险评估模型Vol.21 N网的可靠性。然而，较少有文献系统性地分析电力通信光缆的健康状态、风险等级，缺少有效的方式对其进行故障预警和隐患排查。层次分析法5能够将专家的主观知识通过对比量化为各指标的权值；物元可拓论6分析事物的特征和量值，通过关联函数反映对象的量与质变化。层次分析法和物元可拓论的结合，已经广泛应用在大型系统的风险评估中，如航天、铁路和电网等领域。文献7建立了电力通信网的三级递阶评估指标体系，运用物元可拓理论构建了电力通信网的风险评估模型，能够全面标识电力通信网运行过程中的脆弱环节；文献8将熵权法和层次分析法进行线性组合，建立了基于变权物元可拓的接触网健康状态综合评价模型。但是，层次分析法易受主观意识的影响，导致指标权重分配不合理；而物元可拓论的关联函数受评估指标方向性的约束，在指标量化中存在一定的缺陷。鉴于此，本文基于模糊层次分析法和物元可拓论，构建了一种电力通信网光缆段的风险评估模型，其关键点在于研究电力通信光缆复杂的风险致因机理，建立三层评估指标体系、采用FAHP分析法弱化主观意识以及对物元可拓模型的关联函数进行合理化约束。1电力通信网光缆段风险评估体系电力通信网光缆段的服役环境复杂，风险的影响因素众多，且尚未有统一的指标规范，导致其指标不易量化、体系难以全面覆盖。本文通过查阅大量的文献资料9-12、光缆段敷设要求13-14和咨询专家意见，从运行指标、物理指标和环境指标3个方面提取电力通信网光缆段的风险因素，评估体系如图1所示。1.1光缆段运行指标分析1）光缆纤芯占用率光缆中已使用的纤芯数越多，越不利于光路的拓建和故障纤芯的调换，其风险等级越高。令u(ei)和w(ei)分别为光缆ei上已使用的纤芯数和纤芯总数，则纤芯占用率p(ei)表示为：p(ei)=u(ei)w(ei)(1)2）业务负载比重率电力通信网中光纤承载着各种业务，包含生产运营的继电保护业务、安稳控制类业务；也包含管理信息业务、办公数据等应用业务。因此，每条光缆上承载的业务不同，其风险等级也不一样。令G表示电力通信网承载的业务类型总数，则负载容量l(ei)为：l(ei)=j=1G(Ojj)(2)式中：j是第j类业务对应的重要度权值，通过查阅文献15获取；Oj是光缆ei上所承载的j类业务的数量；l(ei)0,是指标评估值，对l(ei)进行归一化处理，即：l(ei)=1-exp(-l(ei)(3)式中，a的取值根据通信网业务承载相关要求得到。3）光缆故障间隔率光缆段在服役期内发生故障的频次和故障持续的时间是衡量业务稳定传输的重要指标。令h表示光缆ei的纤芯数；Teik表示光缆ei第k芯服役时长；Tmeik表示光缆ei第k芯例行维护停运时长；TDeik表示光缆ei第k芯故障持续时长；NDeik表示光缆ei第k芯故障发生次数，则光缆故障间隔率Fei：Fei=1-1hk=1h(1-Teik-Tmeik-TDeik(1+NDeik)(Teik-Tmeik)2(4)1.2光缆段物理指标分析1）光缆可靠性电力通信网主要使用OPGW、ADSS和普缆，光缆类型和敷设长度是影响光缆物理可靠性的重要因素。在相同的服役环境中，单位长度的OPGW可靠性最好，ADSS次之，普缆最差。实际光缆铺设的长度可以等效为单位长度光缆级联而成，光缆的物理可靠性随长度的增加而降低，单位长度光缆物理可靠性r(ei)为：r(ei)=TMTTF-TMTTRTMTTF(5)式中：TMTTF指失效前平均工作时间；TMTTR指故障修c1c2c3c4c5c6c7c8光缆段风险评估运行指标物理指标环境指标光缆纤芯占用率业务负载比重率光缆故障间隔率光缆可靠性光缆传输损耗周围温度变化周围气象变化其他外部因素一级指标二级指标目标层 图1电力通信光缆段风险评估体系Fig.1Risk Assessment system for power communication optical cable sections92第 21 卷 第 2 期电 力 信 息 与 通 信 技 术复平均时间。令d(ei)为光缆段ei的长度，则其物理可靠性R(ei)为：R(ei)=r(ei)d(ei)(6)2）光缆传输损耗光缆传输中的损耗主要有本征损耗、安装损耗和接续点损耗。本征损耗是光纤材料和杂质对光能的吸收而引起的，不同材质、生产工艺都会引起损耗的变化；安装损耗和接续点损耗是施工中操作不一致及光纤的接续点次数不同产生的，令k为光缆ei第k芯的实测衰耗，则传输损耗s(ei)有：s(ei)=1hk=1hkd(ei)(7)1.3光缆段环境指标分析1）光缆周围气象变化光缆周围的自然灾害常给光缆带来严重的损伤，主要有雷击和强风。光纤虽然不受电磁干扰，但光缆内金属加强芯等导电金属，在强电流的雷击下会发生感应耦合现象，当电压大于光缆的耐压系数时，会对光缆产生一定的损坏。令ng为单位面积遭遇雷击次数(次/km2 d)；为土壤电阻率(k m)；X为年平均雷击天数(d/a)；d(ei)为光缆段ei的长度(km)；ud为光缆外护套击穿电压(kV)；为雷击次数常数(I/kA)，则光缆遭受雷击的次数NG为：NG=ngXd(ei)ud10-3(8)对于架空线路，强风造成的光缆产生双折射现象会对架空光缆的偏振膜色散(polarization mode dispersion，PMD)产生影响，同时强风的能量也会对架空光缆线路(杆路、光缆)的结构参数造成显著影响，从而影响传输的性能。2）光缆周围温度变化温度变化会导致光纤中的石英与涂覆层塑料的线膨胀系数相差很大，影响光缆传输的稳定性。在低温下，覆层塑料的收