【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。(2)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估各評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)分取值都是整數(shù)，這就導(dǎo)致了它無(wú)法表達(dá)介于兩個(gè)評(píng)分值之間的情況。(3)在公式(31)計(jì)算RPN值的過(guò)程中，沒(méi)有考慮三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的相對(duì)重要對(duì)，而是將其同等對(duì)待，無(wú)法反映不同評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)分值但具有相同RPN值得兩個(gè)故障模式之間的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)排名，這將會(huì)影響風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的可靠性和客觀性。例如，兩個(gè)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(gè)故障的危害程度是不同的，這種情況下風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)果是不可靠的。本文為了解決傳統(tǒng)FMEA風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的缺陷，引入了模糊化的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并用層次分析法(AHP)來(lái)確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。在變壓器風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的評(píng)估或決策的過(guò)程中，各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)從不同方面反映了故障風(fēng)險(xiǎn)的高低，當(dāng)管理者優(yōu)先考慮其中的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)確定變壓器的維修策略時(shí)，傳統(tǒng)FMEA風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(yùn)行狀態(tài)來(lái)確定各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，即某一評(píng)價(jià)指標(biāo)在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的重要程度，它表示在別的指標(biāo)不變的情況下，這一指標(biāo)的變化對(duì)故障風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)程度。本文中三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的權(quán)重系數(shù)用層次分析法來(lái)確定，具體方法如下。首先組織技術(shù)經(jīng)驗(yàn)豐富的運(yùn)行管理人員和專家根據(jù)需要評(píng)估的變壓器的特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)給出了如表34的三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要度。表34 評(píng)價(jià)指標(biāo)重要度評(píng)判表重要度尺度含義1同等重要3稍重要5相當(dāng)重要7非常重要9極其重要2,4,6,8介于上述等級(jí)之間構(gòu)造判斷矩陣D,如式(32)所示。 　 　 (32)其中表示第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)重要度，代表第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)重要度，的值是的倒數(shù)。在本文中。接著計(jì)算重要性排序。計(jì)算判斷矩陣的最大特征值以及其對(duì)應(yīng)的特征向量。 (33)式中為各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。最后按(34)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)， (34)式中叫做判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率，叫做判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率，叫做判斷矩陣的一般一致性指標(biāo)。對(duì)于三階判斷矩陣，=, 。當(dāng)，可以認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性，說(shuō)明權(quán)重系數(shù)分配是合理的，分別為三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)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(píng)價(jià)指標(biāo)模糊化 評(píng)判指標(biāo)集和評(píng)判集評(píng)判指標(biāo)集，含三個(gè)指標(biāo)分別為故障嚴(yán)重程度、發(fā)生概率和可檢測(cè)程度。每個(gè)指標(biāo)的評(píng)判集，包含個(gè)等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)于“很低”、“低”、“中”、“高”、“很高”。評(píng)分采用10分制，五個(gè)等級(jí)的分值和相應(yīng)的隸屬函數(shù)見(jiàn)圖32。圖32 隸屬函數(shù)對(duì)于隸屬函數(shù)如式(35)，表明隸屬于等級(jí)很低的可能性： (35)對(duì)于隸屬函數(shù)如式(36)，表明隸屬于等級(jí)低的可能性： (36)對(duì)于隸屬函數(shù)如式(37)，表明隸屬于等級(jí)中的可能性： (37)對(duì)于隸屬函數(shù)如式(38)，表明隸屬于等級(jí)高的可能性： (38)對(duì)于隸屬函數(shù)如式(39)，表明隸屬于等級(jí)很高的可能性： (39)三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)分值按表31，32，33評(píng)定。 模糊關(guān)系矩陣對(duì)有k個(gè)評(píng)分值的評(píng)價(jià)指標(biāo)，先分別求每一個(gè)評(píng)分值對(duì)應(yīng)的評(píng)判向量，該向量由每個(gè)評(píng)分值帶入五個(gè)隸屬函數(shù)得到的值組成，再由這k個(gè)向量確定每一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)向量。每一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)向量等于它k個(gè)評(píng)分值對(duì)應(yīng)的k個(gè)評(píng)判向量的平均值。在變壓器的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中有三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，所以構(gòu)成的模糊關(guān)系矩陣如式(310)所示。 (310) 模糊綜合評(píng)價(jià)綜合評(píng)價(jià)考慮各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)危害程度貢獻(xiàn)的大小，以權(quán)值特征向量作為單一評(píng)價(jià)指標(biāo)在總評(píng)價(jià)中影響程度大小的度量。 由和可以得到模糊綜合評(píng)價(jià)向量。 (311)由上式計(jì)算得到的矩陣有、五個(gè)成員，它們分別代表風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果的“很低”、“低”、“中”、“高”、“很高”五個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。按最大隸屬原則，、五個(gè)數(shù)中最大的一個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)就是該故障模式的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。假設(shè)，“高”。當(dāng)存在多個(gè)故障模式時(shí)，通過(guò)此方法可以確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，具有相同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的故障通過(guò)比較各個(gè)故障模式的大小確定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，確定該系統(tǒng)合理的維修順序。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)越高的故障模式應(yīng)首先采取合理措施維修，依次排序。由此，基于FMEA的引入評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)和評(píng)價(jià)指標(biāo)模糊化的電力變壓器風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的所有過(guò)程分析完畢。下面給出變壓器風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估步驟：(1)對(duì)變壓器進(jìn)行FMEA分析。(2)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。(3)組織專家對(duì)故障模式的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行打分。(4)構(gòu)造判斷矩陣，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。(5)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行模糊化處理。(6)由式(311)確定各故障模式的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。 實(shí)例分析對(duì)某220kV主變壓器，通過(guò)對(duì)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，維修歷史記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并咨詢專家和維修人員意見(jiàn)，得到該變壓器的FMEA分析表，限于篇幅，本文僅對(duì)變壓器套管有關(guān)部分進(jìn)行分析，現(xiàn)在加上三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)分值如表35所示。表35 套管風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)取值表編號(hào)故障模式S評(píng)分O評(píng)分D評(píng)分1瓷套閃落7282絕緣受潮8183末屏引線斷9394滲漏油8895導(dǎo)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(píng)價(jià)指標(biāo)重要度評(píng)方法，為了盡可能減小故障影響，請(qǐng)相關(guān)專家對(duì)三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)重要度進(jìn)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(yán)重度(S)、發(fā)生率(O)、可檢測(cè)程度(D)排列的,比如第二行的代表發(fā)生率對(duì)嚴(yán)重度的相對(duì)重要程度是，第三行的代表可檢測(cè)程度對(duì)發(fā)生率的相對(duì)重要程度是。對(duì)求解得到它的最大特征根=，把特征根代入式(34)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)得到判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率=，判斷矩陣滿足一致性，權(quán)數(shù)分配合理，對(duì)應(yīng)的特征向量進(jìn)行歸一化處理即為三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)：。將表35中的其中一個(gè)故障模式的嚴(yán)重度，發(fā)生率和可檢測(cè)度評(píng)分值分別代入式(35)、(36)、(37)、(38)和(39)，會(huì)得到每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)向量，三個(gè)評(píng)價(jià)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(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)就會(huì)得到該故障的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。其他的故障也按這種方法獲得風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。上述幾種故障的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)在表36中列出。表36 套管風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)編號(hào)故障模式風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)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(dǎo)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(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并對(duì)兩種方法下的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行比較。傳統(tǒng)FMEA方法通過(guò)RPN值來(lái)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，RPN值越大表明風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)越高，檢修順序應(yīng)該越靠前，引入模糊理論的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法將風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃為“很高”、“高”、“中”、“低”、“很低”五種等級(jí)，按此順序維修，同等級(jí)之間相比越大，風(fēng)險(xiǎn)越大。綜上所述，傳統(tǒng)FMEA方法下此套管幾種故障模式的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)排序是4=736125，對(duì)這幾種故障維修的順序也應(yīng)該按此排序。引入模糊理論和權(quán)重系數(shù)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法得到的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)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(gè)的風(fēng)險(xiǎn)順序，但引入理論后我們會(huì)得到故障4的風(fēng)險(xiǎn)比7的風(fēng)險(xiǎn)要嚴(yán)重，故障4應(yīng)該比故障7提前維修。由以上實(shí)例我們看出引入模糊理論和權(quán)重系數(shù)的評(píng)估方法的優(yōu)越性，這種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法較傳統(tǒng)FMEA方法更科學(xué)客觀。我們應(yīng)該按照改進(jìn)后的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法對(duì)變壓器進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)FMEA評(píng)估方法通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)RPN對(duì)變壓器進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；然而這種傳統(tǒng)的FMEA評(píng)估方法有一定的缺陷和不足，為此引入層次分析法來(lái)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，使評(píng)價(jià)指標(biāo)具有不同的相對(duì)重要度。還引入模糊理論對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)模糊化處理，避免了評(píng)價(jià)過(guò)程中指標(biāo)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(fēng)險(xiǎn)評(píng)估使評(píng)估結(jié)果更客觀可靠。第4章 基于MATLAB的電力變壓器風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估本文的以上部分已經(jīng)提出了基于FMEA的電力變壓器風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法，在此過(guò)程中引入了評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)和模糊化處理。此過(guò)程涉及到有關(guān)矩陣的計(jì)算，而矩陣用常用的計(jì)算工具計(jì)算比較麻煩，而使用MATLAB軟件可以方便的解決這一問(wèn)題。這章對(duì)此軟件進(jìn)行介紹并用MATLAB語(yǔ)言對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程進(jìn)行編程。 MATLAB軟件簡(jiǎn)介 MATLAB概述MATLAB是matrix和laboratory兩個(gè)詞的組合，意為矩陣工廠(矩陣實(shí)驗(yàn)室)，由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集中在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)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(yǔ)言的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。MATLAB和Mathmatica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)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(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，C++，JAVA的支持。可以直接調(diào)用，用戶也可以將自己編寫(xiě)的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛(ài)好者都編寫(xiě)了一些經(jīng)典的程序，用戶直接進(jìn)行下載就可以用。 MATLAB發(fā)展史MATLAB的產(chǎn)生是與數(shù)學(xué)計(jì)算緊密聯(lián)系在一起的，20世紀(jì)70年代，美國(guó)新墨西哥大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任Cleve Moler教授在給學(xué)生開(kāi)線性代數(shù)課時(shí)，為了讓學(xué)生能使用子程序庫(kù)而又不花費(fèi)過(guò)多的時(shí)間，便為學(xué)生編寫(xiě)了使用子程序的接口程序。他將這個(gè)接口程序命名為“MATLAB”意思是矩陣實(shí)驗(yàn)室。80年代初他們又采用C語(yǔ)言編寫(xiě)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(chǎng)。到20世紀(jì)90年代，MATLAB已成為國(guó)際控制界的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)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(jí)，MATLAB的用戶界面也越來(lái)越精致更加接近Windows的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性更強(qiáng)，操作更簡(jiǎn)單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡(jiǎn)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(guò)編譯就可以直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。 MATLAB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)MATLAB系統(tǒng)由MATLAB開(kāi)發(fā)環(huán)境、MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)、MATLAB語(yǔ)言、MATLAB圖形處理系統(tǒng)和MATLAB應(yīng)用程序接口(API)五大部分構(gòu)成。(1)開(kāi)發(fā)環(huán)境MATLAB開(kāi)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(gè)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(kāi)發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便地控制多個(gè)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(qiáng)大的圖形標(biāo)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(jìn)行連接。(2)MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)包括了大量的計(jì)算算法。從基本算法如加法、正弦，到復(fù)雜算法如矩陣求逆、快速傅里葉變換等。(3)MATLAB編程語(yǔ)言程序語(yǔ)言簡(jiǎn)單易用，MATLAB一個(gè)高級(jí)的矩陣/陣列語(yǔ)言，它包含控制語(yǔ)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(diǎn)。用戶可以在命令窗口中將輸入語(yǔ)句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫(xiě)好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序(M文件)后再一起運(yùn)行。新版本的MATLAB語(yǔ)言是基于最為流行的C++語(yǔ)言基礎(chǔ)上的，因此語(yǔ)法特征與C++語(yǔ)言極為相似，而且更加簡(jiǎn)單