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定子線棒改造施工風險評價研究

文檔作者：張弛文檔來源：湖南五凌電力工程有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年06月03日
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上一篇：發電機定子線棒絕緣擊穿原因分析及處理

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89
第41 卷 第5 期
2018 年5 月
水 電 站 機 電 技 術
Mechanical &amp;amp; Electrical Technique of Hydropower Station
Vol.41 No.5
May.2018
收稿日期： 2018-02-28
作者簡介： 張　弛（1992-），男，助理工程師，從事水電廠機電設備
檢修維護工作。
定子線棒改造施工風險評價研究
張 弛
（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙410004）
摘 要： 定子線棒改造施工風險是一個難以量化的不確定性問題，本文首先使用層次分析法建立了指標體系，然
后嘗試利用集對分析法描述其確定與不確定性，并構建了基于三角模糊數的差異度系數，建立基于集對分析與三
角模糊數耦合的定子線棒施工風險評價模型。最后以工程實例驗證了該工程施工風險評價的合理和實用性。該
模型評價過程直觀、 計算簡便、結果客觀合理，此方法可為同類工程提供參考價值。
關鍵詞： 風險評價；三角模糊數；集對分析；定子線棒
中圖分類號：X913 文獻標識碼：A 文章編號：1672-5387（2018）05-0089-05
DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2018.05.026
0 引言
近年來，我國各地水電站出現眾多因電腐蝕而
產生的定子線棒損壞情況，因此對定子線棒進行改
造施工也就勢在必行，但定子線棒改造過程中工藝
復雜、定子及定子線棒本身易損傷，稍有不慎則易造
成損壞，繼而造成經濟損失和工期延誤，如未及時發
現更可能對機組造成極其惡劣的影響。由此可見，
對定子線棒改造技術進行施工風險評價研究，對發
現事故、準確認識安全形勢具有十分重要的意義。
本文擬用集對分析與三角模糊數耦合模型對定子線
棒改造施工進行風險評價。
1 集對分析基本理論
集對分析[1-2] 是以集對及其聯系度的概念，描
述系統中存在的確定與不確定性及轉化規律的一種
系統分析技術，它先對不確定系統中2 個有關聯的
集合A 和B 構造集對（如物質與能源、信息與智能
等）H ( A,B)，用 A B μ ?? 表示其聯系度。
A B
s f i p j
n n n
μ = + + ??
A B μ = a + bj + cj ??
式中：n 為集合A 和B 的表征特性數；s 為集
合A 和B 所共同具有的表征特性數；p 為集合A 和
B 中相對立的表征特性數；f 為集合A 和B 既不共
同具有、又不對立的表征特性數；s + f + p = n；a、
b 和c 為非負實數，且a、b 和c 需滿足歸一化條件
a+b+c=1；a=s/n，為同一度，表示集對的同一程度；
b=f/n，為差異度，表示集對差異的不確定程度；c=p/n，
為對立度，表示集對的對立程度；i 為差異不確定系
數，在[-1,1] 內取值，有時i 也僅起標記作用；j 為對
立度系數，j=-1。c 與a 對A B μ ?? 聯系度的作用正好
相反。
當μ 在[-1,1] 變化時，反映了A 和B 兩個集合
的同一和對立度。當聯系度μA~B=-1 時，說明A 和
B 兩個集合完全同一，可以滿足目標要求；當聯系度
μA~B=1，說明A 和B 兩個集合完全對立，不能滿足目
標要求。
2 三角模糊數
三角模糊數用來評價數據資料較少或具有較大
模糊性的工程具有一定優越性，不僅可以實現表征
信息的模糊性，還可以實現對數據處理的隨機性[3-4]。
集對分析方法雖然能夠表征定子線棒改造施工風
險評價的確定性特征，但是在運用集對分析理論描
述不確定性時存在較大的難度，這是因為對聯系數
的差異度系數沒有確切的表達式，鑒于上述問題，本
文提出采用三角模糊數來描述差異度系數的模糊
特性，定義 G 為實數 R（R∈[0,1]）上的一個模糊數，
萬方數據
90 水 電 站 機 電 技 術第41 卷
定義一個隸屬函數 G( x) μ ，若隸屬函數 G( x) μ 可以表示
為：
( )
0
0
G x
x
x x
x x
x
α
α
α β
β α
μ
γ
β γ
γ α
γ
≤ ?
?
? ? ≤ ≤
? ?
= ? ? ? ≤ ≤
? ?
?
? ≥
則稱 G 為三角模糊數，記為 A = (α ,β ,γ )，其中
α ≤ β ≤γ 。
三角模糊數的隸屬函數值域在[0,1] 之間，而集
對分析中差異度系數i 的取值范圍為[-1,1]，為了使
兩者在值域范圍上具有一致性，將三角模糊數的隸
屬函數值域從[0,1] 拓展到[-1,1]，這為建立基于集
對分析與三角模糊數定子線棒改造施工風險評價的
綜合評價模型提供了理論基礎。
3 集對分析與三角模糊數耦合的綜合評價模型
3.1 指標體系構建
定子線棒改造技術施工安全設計因素多而復
雜，建立統一且全面的安全評價指標體系難度較大。
因此，根據相關安全生產行業標準，并參照大量相關
文獻[6-7]，結合專家意見以及工程實例，建立了包括
作業人員、設備與材料、施工管理、技術因素、環境影
響業5 個一級指標以及16 個二級指標的定子線棒
改造施工安全風險評價指標體系[8-10]，如表1 所示：
表1 定子線棒改造施工風險評價體系
一級指標二級指標
作業人員
專業素養
教育培訓
安全意識
設備與材料
設備完好度
材料質量
配套防護用品
施工管理
安全管理制度
組織協調水平
應急預案編制及響應
工程監理業務能力
技術因素
工藝精細度
工藝復雜度
技術交底
環境影響
天氣條件
施工場地條件
火災、中毒、觸電、洪澇等事故
本文擬對定子線棒改造施工中危險性較大的步
驟，包括并頭套及接頭切割、槽楔退出、線棒拆除、鐵
心清理、線棒下線、槽楔打入、線棒接頭焊接7 項工
作的風險程度進行評價。
3.2 指標賦權
層次分析法（AHP）法[11] 為一種定性定量兼顧
的分權方法，其主要步驟是先對問題進行分解，然后
按支配關系將其進行分組形成層次結構[14]，接著通
過兩兩比較確定相對重要性，最后結合經驗判斷，決
定各風險因素的總排序。本文結合定子線棒施工風
險定性指標較多的實際情況，對安全評價指標劃分
了層次，而后選用層次分析法量化定性指標并對其
進行分權。該方法可以對實際經驗進行量化，本文
決定采用9 級標度，擬用方根法計算權重向量。
3.3 聯系度構造
對于分類等級為5 的實際不確定性評價問題，
可用5 元聯系數來反映其同、異、反系統結構。不同
指標實測值對標準等級的“同、異、反”隸屬程度存
在差異，相應的聯系度表達形式不相同[12]。現以越
小越優（即反向指標）來闡述對于評價標準等級Ⅰ
（k=1）相應的聯系數表達式構建原理。設評價原理
n（n=1,2，…，N）等級k（k=1,2，…，5）的上界限分別
為snk，當評價樣本指標值小于Ⅰ級標準界限值sn1 則
定義為同一性，相應的同一度數系數取1；大于Ⅴ級
標準界限值sn5 則定義為對立性，對立度系數j 取-1；
而將落入Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級標準界限范圍內的定義為差異
性，此不確定性需進一步細化。若定義符合Ⅱ級標
準定義為偏同差異性，符合Ⅲ級標準定義為中差異
性，符合Ⅳ級標準定義為偏反差異度系數，則相應的
聯系數表達式可構建為：
1 2 3 1
2 1
1 2 3 1 2
1 2 1 2
3 2
1 2 3 2 3
2 3 2 3
4 3
1 2 3 3 4
3 4 3 4
1 2
1 0 0 0 0
0 0 0
0 0 0
0 0 0
0 0 0
pn n
pn n n pn
n pn n
n n n n
pn n n pn
n pn n
n n n n
pn
pn n n pn
n pn n
n n n n
pn
i i i j s s
s s s s
i i i j s s s
s s s s
s s s s
i i i j s s s
s s s s
s s s s
i i i j s s s
s s s s
s
i i
μ
+ + + + ≤
? ?
+ + + + < ≤
? ?
? ?
+ + + + < ≤
? ?
=
? ?
+ + + + < ≤
? ?
?
+ + + 5 4
3 4 5
4 5 4 5
1 2 3 5 0 0 0 0
n n pn
n pn n
n n n n
pn n
s s s
i j s s s
s s s s
i i i j s s
????????????
? ? ? + < ≤ ? ? ?
?? + + + + >
≤
≤
≤
≤
≤
（ 1）
式中，μpn 表示待評樣本p 的第n 個評價指標實
測值對評價等級標準I 的聯系數；spn 為樣本p 評價
指標n 的實測值。同理可推得效益型指標的表達式
≤
≥
≤ ≤
≤ ≤
≤ ≤
萬方數據
第 5 期 91
為：
1 2 3 1
2 1
1 2 3 1 2
1 2 1 2
3 2
1 2 3 3 2
2 3 2 3
4 3
1 2 3 4 3
3 4 3 4
1 2
1 0 0 0 0
0 0 0
0 0 0
0 0 0
0 0 0
pn n
pn n n pn
n pn n
n n n n
pn n n pn
n pn n
n n n n
pn
pn n n pn
n pn n
n n n n
pn
i i i j s s
s s s s
i i i j s s s
s s s s
s s s s
i i i j s s s
s s s s
s s s s
i i i j s s s
s s s s
s
i i
μ
+ + + + ≥
? ?
+ + + + > ≥
? ?
? ?
+ + + + > ≥
? ?
=
? ?
+ + + + > ≥
? ?
?
+ + + 5 4
3 5 4
4 5 4 5
1 2 3 5 0 0 0 0
n n pn
n pn n
n n n n
n pn
s s s
i j s s s
s s s s
i i i j s s
????????????
? ? ? + > ≥ ? ? ?
?? + + + + >
≥
≥
≥
≥
≥
（ 2）
由式（1）和式（2）可知，多元聯系數能描述實際
問題評價過程中的確定性和不確定性特征, 并通
過差異度系數實現表示相鄰標準等級之間的模糊
性, 但差異度系數求解一直是集對分析的一個難
題, 且以往集對分析很少考慮差異度系數取值的
模糊性。在此引入分段三角模糊數來分析差異度
系數。
若將等級界限值sn2、sn3、和sn4 處的差異度系數
分別取作i1=0.5、i2=0 和i3=-0.5。則其他指標值對
應的差異度可按三角模糊數求得:
（ 3）
（ 4）
（ 5）
將式（3）~（5）代入式（1）或（2）。可得聯系數
1
2
2 1
2 1 2
1 2 1 2
23
3 2
2 2 3
2 3
3 3 4
2 3 4
3 4
2
5 4
2 4 5
4 5 4 5
1
( )
2( )
( )+( )( )
2( )
( )( )
2( )
( )
2( )
pn n
pn n n pn
n pn n
n n n n
pn n pn n n pn
n pn n
n n
pn
n pn n n
n pn n
n n
pn n n pn
n pn n
n n n n
s s
s s s s
s s s
s s s s
s s s s s s
s s s
s s
s s s s
s s s
s s
s s s s
s s s
s s s s
μ
≤
? ?
+ < ≤
? ?
? ? ?
< ≤
?
=
? ?
? < ≤
?
? ?
? ? < ≤
? ?
? 5 1 pn n s s
????????????????
? >
（ 6）
式中符號含義同前說明。
3.4 綜合聯系度計算與評級
首先根據式（6）計算待評樣本p 的第n 個指標
對等級標準的聯系數μpn，再結合指標向量ωn 計算
相應的綜合聯系數μp，以評定等級，相應的計算模型
為
1
N
p n pn
n
μ ω μ
=
=Σ （ 7）
對于等級為5 類的綜合評價的數學模型為
mp=3~2μp （ 8）
式中，mp 為待評樣本的綜合聯系數的評價等級。
4 實例分析
本文以近尾洲水電站3 號機組定子線棒改造項
目為例，簡述集對分析與三角模糊數耦合風險評價
法對定子線棒改造施工風險進行分析與評價的過
程，得出評價等級并與實際情況相比較。
4.1 工程資料
近尾洲電廠安裝有3 臺由奧地利制造的燈泡貫
流式水輪發電機組，單機容量為21.06 MW。由于電
腐蝕的侵害，近尾洲水電站于2017 年對3 號機組進
行定子線棒改造施工，3 號機組定子基本參數見表2。
表2 定子基本參數
支路數a=1 極距τ 6
氣隙7.5 mm 每極每相槽數q 2
定子鐵心內徑6 400 mm 每槽電氣角度δ 30°
定子鐵心外徑7 000 mm 磁極對數2P=80
定子軸向長度2 350 mm 繞組形式條形波繞阻
定子槽數480 繞組節距1—7—13
定子總重80 t 三相繞組接法單Y
絕緣等級F 繞組最高允許溫升78 K
繞組直流電阻0.030 75 Ω/ 相- -
4.2 模型應用
≤
≤
≤
≤
≤
張　弛：定子線棒改造施工風險評價研究
萬方數據
92 水 電 站 機 電 技 術第41 卷
定子線棒改造施工風險體系的各層指標分別注
重于設備安全、危險程度以及措施對風險的影響程
度，所以很多指標只能用定性的方法，如安全性、危險
性，好與壞來衡量；因此，本文通過參考他人研究成果
并結合多名技術骨干的意見，對風險等級按照風險很
低、風險較低、風險一般、風險較高、風險很高進行5
級分類，如表3 所示。并通過專家打分法對定子線棒
改造施工風險指標中的各項二級指標進行了評分，結
合層次分析法得各指標權重如表4 所示。
表4 所得分數為根據統計數據所得平均值，每
項指標的具體權重皆為利用層次分析法計算結果。
接著根據二級指標具體評分以及指標權重求得一級
指標評分，如表5 所示。
表4
指標
并頭套及接頭
切割評分
槽楔退出評分
線棒拆除
評分
鐵心清理
評分
線棒下線
評分
槽楔打入
評分
線棒接頭
焊接評分
權重
作業
人員
專業素養85 81.25 83.75 83.75 83.75 87.5 83.75 0.339 7
教育培訓75 80 83.75 80 82.5 81.25 80 0.307 9
安全意識87.5 87.5 85 83.75 83.75 83.75 85 0.352 4
設備
與
材料
設備完好度73.75 76.25 67.5 82.5 88.75 83.75 86.25 0.327 9
材料質量75 77.5 70 82.5 85.5 83.75 81.25 0.390 3
配套防護用品81.25 81.25 78.75 78.75 81.25 82.5 85 0.281 8
施工
管理
安全管理制度83.75 88.75 83.75 85.5 86.25 83.75 82.5 0.291 4
組織協調水平81.25 81.25 83.75 78.75 86.25 83.75 85.5 0.239 2
應急預案編制及響應82.5 85 84 84.75 87.75 86.75 85 0.266 2
工程監理業務能力73.75 78.75 81.25 85 83.75 86.25 82.5 0.203 2
技術
因素
工藝精細度86.25 73.75 76.25 63.75 70 72.5 72.5 0.341 8
工藝復雜度85 83.75 83.75 70 80 76.25 68.75 0.330 3
技術交底85 86.25 86.75 87.5 85 86.25 83.75 0.327 9
環境
影響
天氣條件80 77.5 75 82.5 85 85 77.5 0.253 7
施工場地條件76.25 81.25 80 76.25 80 76.25 73.75 0.402 3
火災、中毒、觸電、洪澇等事故77.5 77.5 72.5 81.25 76.25 80 76.25 0.344
表3
參數
等級標準
I 級II 級III 級IV 級V 級
很安全較安全安全性一般較危險很危險
作業人員評分/ 分93 88 83 78 73
設備與材料評分/ 分90 85 80 75 70
施工管理評分/ 分93 88 83 78 73
技術因素評分/ 分89 84 79 74 69
環境影響評分/ 分88 83 78 73 68
表5
工作內容
作業人
員評分
設備與材
料評分
施工管
理評分
技術因素
評分
環境影響
評分
并頭套及接頭
切割
82.80 76.35 80.79 85.43 77.63
槽楔退出83.07 78.15 83.93 81.15 79.01
線棒拆除84.19 71.65 83.31 82.17 76.15
鐵心清理82.6 81.44 83.58 73.60 79.56
線棒下線83.37 85.37 86.14 78.22 79.98
槽楔打入84.25 83.4 85.06 78.25 79.76
線棒接頭焊接83.04 83.95 83.88 74.95 75.56
權重0.221 9 0.200 3 0.197 6 0.224 6 0.155 6
4.3 聯系數計算
首先將n 個評價指標額樣本值組成評價指標集
An 和第n 個評價指標的評價標準集Bn，構成集對
H=（An，Bn）。由式（1）~ 式（2）計算得各評價指標樣本
值的分級聯系度計算式，以線棒拆除為例，相應表達
見表6。
表6
指標聯系度計算式
B1 0 + 0.238i1 + 0.762i2 + 0i3 + 0 j
B2 1 2 3 0 + 0i + 0i + 0.33i + 0.67 j
B3 1 2 3 0 + 0.062i + 0.938i + 0i + 0 j
B4 1 2 3 0 + 0.634i + 0.366i + 0i + 0 j
B5 1 2 3 0 + 0i + 0.63i + 0.37i + 0 j
根據表6 計算式，分別對并頭套及接頭切割、槽
楔退出、線棒拆除、鐵心清理、線棒下線、槽楔打入、
線棒接頭焊接進行聯系度計算，具體過程與前面類
似。然后根據式（3）~ 式（5）推論出的式（6），可求得基
于三角模糊數的聯系數如表7。
4.4 綜合聯系度計算與評級
根據式（7）和式（8）并結合求得的權重向量ωn
得μp 和綜合聯系度如表8。
萬方數據
第 5 期 93
由表7 可見，線棒拆除、鐵心清理、線棒接頭焊
接評價等級為3 級（安全性一般），并頭套及接頭切
割、槽楔退出、線棒下線、槽楔打入為2 級（較安全），
7 個步驟的評價結果都為一般及以上，因此表明該
項目總體安全性較好，不易出現重大事故。在實際
情況中，線棒拆除時易對設備及材料產生損害，波及
范圍廣，損害程度大；鐵心清理時因為作業面直接接
觸鐵心及內槽，在清理過程中容易對鐵心造成損傷，
且清理過程工作量大，工作是否順利直接影響總工
期是否延誤；在線棒接頭焊接時，由于焊接作業需要
專業人員從事，焊接過程要求一定的精細程度，且焊
接工作會產生毒煙并屬于動火作業，又受工作場地
限制易發生火災、工作人員中毒等事故。由此可見，
以上3 個工作在施工時需要被重點關注，而本文的
評級也將此3 個工作評級為3 級（安全性一般），可
見評價結果與實際情況相符。
5 結論
本文先使用集對分析法描述其確定與不確定
性，再利用三角模糊數充分體現了差異度系數存在
的模糊性和不確定性，然后建立了基于集對分析與
三角模糊數耦合模型的定子線棒改造施工風險評價
模型。實例應用結果表明，該模型評價思路清晰、運
算簡便、評價結果精準；同時，該模型將模糊數學知
識和集對分析方法有機結
合，為集對分析對不確定性
的描述提供了一種有效的
手段，不僅拓展了模糊數學
的應用范圍，豐富了集對分
析方法，也為定子線棒改造
施工風險提供了一種新的
評價方法。
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表7
工作內容μp1 μp2 μp3 μp4 μp5
并頭套及接頭切割-0.02 -0.365 -0.221 0.786 -0.037
槽楔退出0.007 -0.185 0.093 0.215 0.101
線棒拆除0.119 -0.725 0.031 0.317 -0.185
鐵心清理-0.04 0.144 -0.058 -0.503 0.156
線棒下線0.037 0.574 0.314 -0.078 0.198
槽楔打入0.125 0.34 0.206 -0.075 0.176
線棒接頭焊接0.004 0.395 0.088 -0.405 -0.244
表8
工作內容μp
綜合聯系度評價等級
/ B1 B2 B3 B4 B5
并頭套及接頭切割-0.004 -0.073 1 0.043 7 0.176 5 -0.005 8 0.049 6 2.900 1
槽楔退出0.001 6 -0.037 1 0.018 4 0.048 3 0.015 7 0.046 9 2.906 2
線棒拆除0.026 4 -0.145 1 0.006 1 0.071 2 -0.028 8 -0.070 2 3.140 3
鐵心清理-0.00 8 0.028 8 -0.01 1 -0.11 3 0.024 3 -0.080 2 3.160 5
線棒下線0.008 2 0.115 0.062 -0.01 7 0.030 8 0.198 5 2.603
槽楔打入0.027 7 0.068 1 0.040 7 -0.01 6 0.027 4 0.147 1 2.705 8
線棒接頭焊接0.000 9 0.079 1 0.017 4 -0.091 -0.038 -0.031 5 3.063 1
張　弛：定子線棒改造施工風險評價研究

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