基于层次分析法的配电网线损全周期精益化管理
卢健强，兰 月，郭金刚，王 达，李斯特
(国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院，内蒙古 呼和浩特 010010)
线损作为电力系统的一项重要经济技术指标，是衡量电力企业经营能力和管理水平的重要依据，如何有效节能降损对实现电网经济运行有着深远意义[1]。线损管理对节能降损，提高企业效益具有非常重要的意义，应采取新的管理措施来节能降损，深挖内部潜力，降损增效。当前在线损管理工作中，配电网线损的治理空间和管理难度很大，因此配电网线损管理是供电企业线损管理中最为重要的一部分[2-3]。蒙东电网是典型的送端电网，呈“通道化、碎片化”特征,负荷分散，供电线路冗长，线损一直居高不下,是蒙东电网发展难题，影响企业效益提升，由此伴随的用户投诉时有发生。本文针对蒙东某地区现状，总结配电网线损的管理经验，提出一种基于层次分析法的配电网线损全周期精益化管理方法，利用层次分析法确定影响配电网线损的主要因素，然后通过计划-执行-检查-总结(plan-do-check-action，PDCA)循环方法进行持续改进，推动蒙东地区配电网线损管理不断创新。
1.1 原理
层次分析法是由美国著名的运筹学家Satty教授提出的一种定性与定量相结合的多准则的决策方法[4-5]。具体说就是在运用层次分析法时把需要解决的问题分解成目标、准则、方案等，用一定的数值对其进行量化。首先将所要分析的问题层次化，根据问题的性质和要达到的总目标，将问题分解成不同的组成因素；
然后按照因素间的相互关系及隶属关系，将因素按不同层次聚集组合，形成一个多层分析结构模型；
最终归结为最低层(方案、措施、指标等)相对于最高层(总目标)相对重要程度的权值或相对优劣次序的问题[6-8]。
1.2 模型分析
运用层次分析法建模分析有以下4个步骤。
a.建立层次结构模型
通常按3层结构进行构造：第1层为目标层，第2层为准则层，第3层为措施层，如图1所示。目标层只有1个元素，一般是分析问题的预定目标或理想结果；
准则层包括为实现目标所涉及的中间环节，由若干个层次组成；
措施层包括为实现目标可供选择的各种措施、决策方案等。
图1 层次分析法结构
b.构造判断矩阵
对每层元素间进行比较是建立层次模型后构造判断矩阵的基本方法，为使矩阵中的各要素的重要性能够进行定量显示，引进矩阵判断标度(1-9级标度法)，如表1所示。
表1 9级标度法与含义
由m个元素得到的判断矩阵C=(Cij)m×m形式为
C1C2…CmC1C11C12…C1mC2C21C22…C2m……………CmCm1Cm2…Cmm
矩阵C具有以下性质:
(1)
c.层次单排序及其一致性检验
层次单排序是指对于上一层某因素，本层次各因素重要性的排序。具体做法为计算出对应于判断矩阵最大特征根λmax的特征向量，经归一化(使向量中各元素的和等于1)后记为W，W的元素为同一层次因素对于上一层次某因素相对重要性的排序权值，此过程即为层次单排序[9]。
判断矩阵通常是不一致的，但是为能用判断矩阵对应于特征根的特征向量作为被比较因素的权向量，其不一致程度应在容许的范围内，则需进行一致性检验。
一致性指标CI为
(2)
式中：CI=0，有完全的一致性;CI接近于0，有满意的一致性；
CI越大，不一致性越严重；
CI越小，一致性越大。
为衡量CI的大小，引入随机一致性指标RI。
(3)
式中：RI和判断矩阵的阶数有关，矩阵阶数越大，则出现一致性随机偏离的可能性越大。对应关系如表2所示。
表2 平均随机一致性指标RI标准值
考虑到一致性的偏离可能是由于随机原因造成的，因此在检验判断矩阵是否具有满意的一致性时，还需将CI和RI进行比较，得出检验系数CR为
(4)
式中：CR<0.1，则认为该判断矩阵通过一致性检验；
否则就不具有满意一致性。
d.层次总排序
计算某一层次所有因素对于最高层(总目标)相对重要性的权值，称为层次总排序，这一过程一般是从上而下逐步进行。
2.1 层次结构模型的建立
结合蒙东某地区配电网线损工作实际，构建的配电网线损指标体系设有决策目标、4个中间层要素、13个备选方案。配电网线损评价指标体系如图2所示。
图2 配电网线损评价指标体系
2.2 判别矩阵构建及一致性检验
本文根据评价指标体系所确定的上下层因素隶属关系，将下一层制约因素对上一层准则因素的重要程度根据蒙东某地区配电网线损实际情况进行两两比较，得到各评价指标判断矩阵及一致性检验结果，如表3—表7所示。
表3 一级评价指标判断矩阵及一致性校验
表4 人的因素评价指标判断矩阵及一致性校验
表5 设备因素评价指标判断矩阵及一致性校验
表6 结构因素评价指标判断矩阵及一致性校验
表7 用户因素评价指标判断矩阵及一致性校验
2.3 层次总排序
对影响配电网线损因素权重结果进行排序,如表8所示。由表8可知，影响配电网线损因素中，配电网线损管理流程因素权重最高为0.3526，变压器损耗为0.1031，无功补偿装置配置为0.1011，线路损耗为0.0912，用户负荷变化及低电压问题为0.0776。
表8 影响配电网线损因素权重排序
3.1 总体框架
针对上述层次分析法得出的影响配电网线损主要因素，采用全周期精益化管理思想，利用PDCA循环，分4个步骤，循序渐进、逐层深入地对影响配电网线损的原因进行整改，实现质量管理跟踪的全过程覆盖和全面管控，全周期精益管理总体框架如图3所示[10-14]。
图3 全周期精益管理总体框架
3.2 管理目标
针对表8中影响配电网线损排名前5的权重因素提出相应的管理目标，如表9所示。
表9 管理目标
3.3 管理措施
3.3.1 细化管理流程，明确职责分工
a.强化组织保障，确保责任到位。加大降损工作力度，严格按照降损标准和要求落实推进、细化分解重点任务，明确各项任务的责任主体和进度要求；
加强组织领导，强化部门间协作机制，发挥组织合力，确保各项工作扎实有效推进；
加强执行过程管控，确保质效持续提升。
b.强化机制保障，保证措施到位。健全工作机制，建立降损闭环管理机制，保障技术降损工作体系化、规范化开展；
将降损工作纳入日常管理流程，利用长效机制实行常态降损；
建立实施方案滚动修订机制，结合执行情况和安全生产工作实际定期评估工作成效、修订方案，确保方案科学有效。
c.强化成果保障，确保推广到位。坚持改革创新，注重实用实效，集中力量开展重点难点问题研究，提出高损线路、台区改造、高耗能设备更换、无功优化等项目需求，形成统一的降损项目储备库；
挖掘现有设备利用效率，加强降损措施成效评估和降损成果总结提炼，固化具有典型性、推广性的技术及管理成果，丰富降损典型经验库。
3.3.2 降低变压器损耗,确保变压器经济运行
a.针对空载配变与用户协商签订变压器启停协议，当变压器空载时，由当地供电所对变压器进行停运，用户不允许擅自复电；
当用户有用电需求时，由变电站人员在24 h内对变压器进行复电，用电结束后，则根据协议再次对变压器停运；
通过电力生产管理系统(power production management system，PMS)、供电服务指挥系统、用电信息采集系统对季节性空载变压器进行监测，当负载率降为零时及时通知辖区单位对其进行停运。
b.针对轻载配电变压器，通过农网工程项目换成调容变压器，配变负载率在50%左右时设备线损最低。在负荷高峰期时，调至较高容量档位使其负载率最大限度接近50%；
当负荷高峰期过后，调至较低容量档位，使其负载率最大限度接近50%。
c.针对高耗能变压器，认真梳理S7、S8型及以下和投运满20年的S9型配电变压器明细，淘汰高耗能变压器，实现高耗能配电变压器见底清零。
3.3.3 合理配置无功装置，确保无功装置投运率
a.灵活运用调度系统、供电指挥系统、电工中心配网监测系统等工具实时监测负荷状况和功率因数，及时投切无功补偿装置。
b.在农闲季节开展无功补偿装置的检测和维修工作，确保在负荷高峰期来临时补偿装置能够正确、可靠运行。
c.针对无功补偿不足的高损台区，通过台区补偿装置改造项目进行治理。
d.在项目设计阶段充分考虑到配网无功未来的增长趋势，合理规划无功补偿设备容量。
e.加强用户宣传，使用户充分了解就地无功补偿的优势，帮助用户合理选择补偿设备容量，并提升用户对无功补偿装置检查、维护、保养、更换的主动性。
3.3.4 确保线路经济运行，降低线路损耗
a.合理调整配电线路运行方式，通过合并台区、负荷切改等方式确保配电线路经济运行。
b.加快配电网工程改造，优先将不满足经济运行的配电线路纳入升级改造计划，有效增加线路载流量，达到降损增效的目的。
c.对于轻载线路，计划建立线路间的拉手关系，在负荷低谷期实行多线路拉手运行，以减小轻载问题影响的范围和程度；
对于重过载线路，通过农网改造工程、技改大修工程、增设电源点、增设配电线路出口措施逐步予以消除。
3.3.5 加强异常电压治理
a.在低电压台区装设整流装置和逆变装置，通过整流装置将台区首端电压质量合格的交流电转换成直流电输送到线路末端，再通过逆变装置将直流电转换成交流电供用户使用，解决用户低电压问题。
b.各变电站每日登陆配电网管控模块进行查看，发现低电压台区立即分析并制定解决方案，采用调节分接开关档位、调整负荷等运维手段进行治理。
c.因10 kV线路末端低电压导致台区低电压，对可进行有载调压的主变压器进行分时段调整母线电压，以解决农灌期间负荷高峰时的低电压问题。
d.根据地区负荷增速、低电压线路及台区分布，通过变电站布点，解决低电压问题。
e.对于10 kV供电半径过长、负荷主要集中在末端的线路采取线路加装无功补偿及调压器的方式解决低电压问题。
3.4 管理成效及推广
将上述管理制度应用于蒙东某地区配电网线损管理，取得了显著的降损成效。通过优化变压器运行方式及更换改造变压器，该地区385台季节性公用配变在空载运行时及时停运，年节电量47.57万kWh，年节能收益14.75万元；
1792台季节性轻载变压器更换为调容变压器，年节电量299.96万kWh，年节能收益92.99万元；
改造高耗能配变860台，年节约电量479.95万kWh，年节能收益148.78万元。通过合理配置无功装置，确保无功装置投运率，该地区404个无功补偿不足高损台区全部治理完成后，年节约电量363.99万kWh，年节能收益122.84万元。通过农网改造工程降低线路损耗，该地区完成9条线损异常线路改造，年节约电量665.94万kWh，年节能收益206.44万元。通过异常电压治理，该地区台区平均电压从182 V提升至225 V左右，2021年治理低电压台区258个，年节约电量231.76万kWh，年节能收益71.84万元。以上层次分析法和PDCA全周期精益化管理模式具有良好的推广和实用价值，可以根据层次结构图来分析主要原因，再开展找出对策、落实措施及检验效果等工作。
以蒙东某地区配电网线损为例，阐述了层次分析法的原理和模型，利用层次分析法得出影响配电网线损的主要原因；
利用PDCA循环模型进行配电网线损的全周期精益化管理，并取得了良好的管理成效，极大推动了蒙东地区配电网线损管理的持续创新。