【文章內(nèi)容簡介】 。(2)風險評估各評價指標評分取值都是整數(shù)，這就導致了它無法表達介于兩個評分值之間的情況。(3)在公式(31)計算RPN值的過程中，沒有考慮三個評價指標之間的相對重要對，而是將其同等對待，無法反映不同評價指標評分值但具有相同RPN值得兩個故障模式之間的風險等級排名，這將會影響風險評估的可靠性和客觀性。例如，兩個故障模式的S、O和D分別為2和2，它們具有相同的RPN值16，但是這兩個故障的危害程度是不同的，這種情況下風險評估的結(jié)果是不可靠的。本文為了解決傳統(tǒng)FMEA風險評估方法的缺陷，引入了模糊化的評價指標，并用層次分析法(AHP)來確定各評價指標的權(quán)重系數(shù)。在變壓器風險評估的評估或決策的過程中，各風險指標從不同方面反映了故障風險的高低，當管理者優(yōu)先考慮其中的一個評價指標來確定變壓器的維修策略時，傳統(tǒng)FMEA風險評估方法不能滿足要求。必須根據(jù)變壓器維修管理策略的要求和變壓器的運行狀態(tài)來確定各個評價指標的權(quán)重系數(shù)，即某一評價指標在評價指標體系中的重要程度，它表示在別的指標不變的情況下，這一指標的變化對故障風險的貢獻程度。本文中三個評價指標之間的權(quán)重系數(shù)用層次分析法來確定，具體方法如下。首先組織技術(shù)經(jīng)驗豐富的運行管理人員和專家根據(jù)需要評估的變壓器的特點和現(xiàn)場運行狀態(tài)給出了如表34的三個評價指標的重要度。表34 評價指標重要度評判表重要度尺度含義1同等重要3稍重要5相當重要7非常重要9極其重要2,4,6,8介于上述等級之間構(gòu)造判斷矩陣D,如式(32)所示。 　 　 (32)其中表示第i個評價指標對第j個評價指標的相對重要度，代表第j個評價指標對第i個評價指標的相對重要度，的值是的倒數(shù)。在本文中。接著計算重要性排序。計算判斷矩陣的最大特征值以及其對應的特征向量。 (33)式中為各指標的權(quán)重系數(shù)。最后按(34)進行一致性檢驗， (34)式中叫做判斷矩陣的隨機一致性比率，叫做判斷矩陣的隨機一致性比率，叫做判斷矩陣的一般一致性指標。對于三階判斷矩陣，=, 。當，可以認為判斷矩陣具有滿意的一致性，說明權(quán)重系數(shù)分配是合理的，分別為三個評價指標的權(quán)重系數(shù)，否則需要重新調(diào)整判斷矩陣，直到取到滿意的一致性為止。 評價指標模糊化 評判指標集和評判集評判指標集，含三個指標分別為故障嚴重程度、發(fā)生概率和可檢測程度。每個指標的評判集，包含個等級，分別對應于“很低”、“低”、“中”、“高”、“很高”。評分采用10分制，五個等級的分值和相應的隸屬函數(shù)見圖32。圖32 隸屬函數(shù)對于隸屬函數(shù)如式(35)，表明隸屬于等級很低的可能性： (35)對于隸屬函數(shù)如式(36)，表明隸屬于等級低的可能性： (36)對于隸屬函數(shù)如式(37)，表明隸屬于等級中的可能性： (37)對于隸屬函數(shù)如式(38)，表明隸屬于等級高的可能性： (38)對于隸屬函數(shù)如式(39)，表明隸屬于等級很高的可能性： (39)三個評價指標的評分值按表31，32，33評定。 模糊關(guān)系矩陣對有k個評分值的評價指標，先分別求每一個評分值對應的評判向量，該向量由每個評分值帶入五個隸屬函數(shù)得到的值組成，再由這k個向量確定每一個評價指標的評價向量。每一個評價指標的評價向量等于它k個評分值對應的k個評判向量的平均值。在變壓器的風險評估中有三個評價指標，所以構(gòu)成的模糊關(guān)系矩陣如式(310)所示。 (310) 模糊綜合評價綜合評價考慮各評價指標對危害程度貢獻的大小，以權(quán)值特征向量作為單一評價指標在總評價中影響程度大小的度量。 由和可以得到模糊綜合評價向量。 (311)由上式計算得到的矩陣有、五個成員，它們分別代表風險評估結(jié)果的“很低”、“低”、“中”、“高”、“很高”五個風險等級。按最大隸屬原則，、五個數(shù)中最大的一個數(shù)對應的風險等級就是該故障模式的風險等級。假設(shè)，“高”。當存在多個故障模式時，通過此方法可以確定風險等級，具有相同風險等級的故障通過比較各個故障模式的大小確定風險評估結(jié)果，確定該系統(tǒng)合理的維修順序。風險等級越高的故障模式應首先采取合理措施維修，依次排序。由此，基于FMEA的引入評價指標權(quán)重系數(shù)和評價指標模糊化的電力變壓器風險評估的所有過程分析完畢。下面給出變壓器風險評估步驟：(1)對變壓器進行FMEA分析。(2)確定評價指標體系。(3)組織專家對故障模式的評價指標進行打分。(4)構(gòu)造判斷矩陣，確定評價指標的權(quán)重系數(shù)。(5)對評價指標進行模糊化處理。(6)由式(311)確定各故障模式的風險等級。 實例分析對某220kV主變壓器，通過對變壓器的運行狀態(tài)，維修歷史記錄進行統(tǒng)計分析，并咨詢專家和維修人員意見，得到該變壓器的FMEA分析表，限于篇幅，本文僅對變壓器套管有關(guān)部分進行分析，現(xiàn)在加上三個評價指標的評分值如表35所示。表35 套管風險評價指標取值表編號故障模式S評分O評分D評分1瓷套閃落7282絕緣受潮8183末屏引線斷9394滲漏油8895導桿分流4146載流部分接觸不良6757均球壓懸浮放電898按表35評價指標重要度評方法，為了盡可能減小故障影響，請相關(guān)專家對三個評價指標的相對重要度進行打分，經(jīng)綜合分析后構(gòu)造的判斷矩陣如式(312)所示。 (312)式(311)中的行和列的順序都是按照，嚴重度(S)、發(fā)生率(O)、可檢測程度(D)排列的,比如第二行的代表發(fā)生率對嚴重度的相對重要程度是，第三行的代表可檢測程度對發(fā)生率的相對重要程度是。對求解得到它的最大特征根=，把特征根代入式(34)進行一致性檢驗得到判斷矩陣的隨機一致性比率=，判斷矩陣滿足一致性，權(quán)數(shù)分配合理，對應的特征向量進行歸一化處理即為三個評價指標的權(quán)重系數(shù)：。將表35中的其中一個故障模式的嚴重度，發(fā)生率和可檢測度評分值分別代入式(35)、(36)、(37)、(38)和(39)，會得到每個評價指標的評價向量，三個評價向量按式(39)組成模糊關(guān)系矩陣，在權(quán)重系數(shù)已經(jīng)求得的情況下，按式(311)進行模糊綜合評價就會得到該故障的風險等級。其他的故障也按這種方法獲得風險等級。上述幾種故障的風險等級在表36中列出。表36 套管風險等級編號故障模式風險等級RPN值1瓷套閃落高1122絕緣受潮高643末屏引線斷很高2434滲漏油高5725導桿分流低166載流部分接觸不良中2107均球壓懸浮放電高572由上表可以得到基于傳統(tǒng)FMEA方法和引入模糊理論和權(quán)重系數(shù)方法下的變壓器套管的幾種故障模式的風險等級，并對兩種方法下的風險等級進行比較。傳統(tǒng)FMEA方法通過RPN值來進行風險評估，RPN值越大表明風險等級越高，檢修順序應該越靠前，引入模糊理論的風險評估方法將風險等級劃為“很高”、“高”、“中”、“低”、“很低”五種等級，按此順序維修，同等級之間相比越大，風險越大。綜上所述，傳統(tǒng)FMEA方法下此套管幾種故障模式的風險等級排序是4=736125，對這幾種故障維修的順序也應該按此排序。引入模糊理論和權(quán)重系數(shù)的風險評估方法得到的風險等級排序結(jié)果是3472165。故障4和7在傳統(tǒng)FMEA方法下它們的RPN值是相等的，不能確定它們兩個的風險順序，但引入理論后我們會得到故障4的風險比7的風險要嚴重，故障4應該比故障7提前維修。由以上實例我們看出引入模糊理論和權(quán)重系數(shù)的評估方法的優(yōu)越性，這種風險評估方法較傳統(tǒng)FMEA方法更科學客觀。我們應該按照改進后的風險評估方法對變壓器進行風險評估。 本章小結(jié)本章在電力變壓器 FMEA 分析的基礎(chǔ)上，確定了風險評估的三個評價指標及評價標準，傳統(tǒng)FMEA評估方法通過風險優(yōu)先數(shù)RPN對變壓器進行風險評估；然而這種傳統(tǒng)的FMEA評估方法有一定的缺陷和不足，為此引入層次分析法來確定評價指標的權(quán)重，使評價指標具有不同的相對重要度。還引入模糊理論對各評價指標模糊化處理，避免了評價過程中指標的主觀性和隨意性。引入權(quán)重系數(shù)和模糊理論的電力變壓器風險評估使評估結(jié)果更客觀可靠。第4章 基于MATLAB的電力變壓器風險評估本文的以上部分已經(jīng)提出了基于FMEA的電力變壓器風險評估的方法，在此過程中引入了評價指標的權(quán)重系數(shù)和模糊化處理。此過程涉及到有關(guān)矩陣的計算，而矩陣用常用的計算工具計算比較麻煩，而使用MATLAB軟件可以方便的解決這一問題。這章對此軟件進行介紹并用MATLAB語言對風險評估流程進行編程。 MATLAB軟件簡介 MATLAB概述MATLAB是matrix和laboratory兩個詞的組合，意為矩陣工廠(矩陣實驗室)，由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集中在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序語言的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。MATLAB和Mathmatica、Maple并稱為三大數(shù)學軟件。它在數(shù)學科技應用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點，使MATLAB成為一個強大的數(shù)學軟件。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C++，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用，用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶直接進行下載就可以用。 MATLAB發(fā)展史MATLAB的產(chǎn)生是與數(shù)學計算緊密聯(lián)系在一起的，20世紀70年代，美國新墨西哥大學計算機科學系主任Cleve Moler教授在給學生開線性代數(shù)課時，為了讓學生能使用子程序庫而又不花費過多的時間，便為學生編寫了使用子程序的接口程序。他將這個接口程序命名為“MATLAB”意思是矩陣實驗室。80年代初他們又采用C語言編寫了MATLAB的核心。1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市場。到20世紀90年代，MATLAB已成為國際控制界的標準計算軟件。 編程環(huán)境MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用MATLAB的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。隨著MATLAB的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級，MATLAB的用戶界面也越來越精致更加接近Windows的標準界面，人機交互性更強，操作更簡單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運行，而且能夠及時地報告出現(xiàn)的錯誤及進行出錯原因分析。 MATLAB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)MATLAB系統(tǒng)由MATLAB開發(fā)環(huán)境、MATLAB數(shù)學函數(shù)庫、MATLAB語言、MATLAB圖形處理系統(tǒng)和MATLAB應用程序接口(API)五大部分構(gòu)成。(1)開發(fā)環(huán)境MATLAB開發(fā)環(huán)境是一套方便用戶使用的MATLAB函數(shù)和文件工具集，其中許多工具是圖形化用戶接口。它是一個集成的用戶工作空間，允許用戶輸入輸出數(shù)據(jù)，并提供了M文件的集成編譯和調(diào)試環(huán)境，包括MATLAB桌面、命令窗口、M文件編輯調(diào)試器、MATLAB工作空間和在線幫助文檔。在開發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便地控制多個文件和圖形窗口；在編程方面支持了函數(shù)嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強大的圖形標注和處理功能，包括連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向Excel和HDF5進行連接。(2)MATLAB數(shù)學函數(shù)庫MATLAB數(shù)學函數(shù)庫包括了大量的計算算法。從基本算法如加法、正弦，到復雜算法如矩陣求逆、快速傅里葉變換等。(3)MATLAB編程語言程序語言簡單易用，MATLAB一個高級的矩陣/陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個較大的復雜的應用程序(M文件)后再一起運行。新版本的MATLAB語言是基于最為流行的C++語言基礎(chǔ)上的，因此語法特征與C++語言極為相似，而且更加簡單