基于层次分析法的梯级泵站机组频繁开停机损失评估研究——以景泰川电力提灌工程为例.pdf

第 5 0卷第 3期 2 0 1 4年 3月 甘 肃 水 利 水 电 技 术 GAN S U WAT E R R E S OU RC E S A ND HY D ROP O W E R TE C HNO LO GY Vo 1 5 0 No 3 Ma r 。 2 01 4 设计 与研 究 基于层次分析法的梯级泵站机组频繁开停机损失评估研究 以景泰川电力提灌工程为例 汪精 海， 齐广平， 康 燕霞， 张彦 洪， 张 芮 ( 甘肃农业大学 工学院 ， 甘肃 兰t + 1 7 3 0 0 7 0 ) 摘要： 针对不可调泵站机组频繁开停机造成的损失所涉及的因素复杂多变、 难以评估的问题， 以景电工程梯级泵站为 研 究对象， 通过 问卷 的方 式向景 电工程 一线运行 人 员调研 ， 对 泵站机组频繁 开停 机不 良后果及其影 响程 度进行评价 ， 运用层次分析法建立数学模型， 用 M A T L A B软件对泵站频繁开停机的经济损失进行了分析和评估。 结果为机组频繁 开停机造 成的不 良后果 多达 2 O种 ， 经济损失达 l 8万元， 应采取一定 的措施 减小泵站机组频繁开停机 。 关键词 ： 层次分析法； 梯级泵站； 频繁开停机 ； 损失评估 中图分类 号 ： T V 6 7 5 文献标志码 ： B 文章编号 ： 2 0 9 5 0 1 4 4 ( 2 0 1 4 ) 0 3 0 0 4 3 0 3 景泰J J I 电力提灌工程是 高扬程 、 大流量 、 多梯 级 的电力提水灌溉工程 ， 由一期工程和二期工程及 二期延伸 向民勤调水工程组成。 一期工程设计提水 量 1 0 6 m3 s ， 加 大 流 量 1 2 m3 s 。建成 泵 站 1 1座 ， 最 大提水高度 4 0 6 m。 装机容量 6 7 8万k W， 灌溉面积 3 0 4 2万 亩 ： 二 期 工 程 设 计 提 水 量 1 8 m3 s 。 加 大 流 量 2 1 m T s 。 建 成泵 站 3 O座 ， 最 大提水 高度 6 0 2 m， 装 机容量 l 8 O 9万k W 灌溉面积 5 2 0 5万亩 ， 大小机组 共 2 0 4台。二期延伸向民勤调水工程 ， 是一项利用 已建 成二 期工 程 的灌溉 间隙和 空 闲容 量 向民勤 调 水 ， 以缓解 民勤水资源 日趋 减少 、 土地 沙化 、 生 态环境恶化 的应急工程 。 设计流量 6 mT s ， 年调水量 6 1 0 0万 m 。 由于梯 级泵 站采 用 了不 能进行 变频 调节 的不可 调 机组 ， 受 各级 泵站 需水 量 的变化 、 运 行调 度人 员 的 调度水平等各种因素的影 响。 各级泵站间的流量经 常出现匹配不平衡的现象 ， 造成运行失调 ， 迫使泵站 频繁开停机组 对机组及附属设备造成不同程度 的 损耗 ， 降低了使用寿命 ， 增加 了事故发生 的风险 ， 同 时也增加了能耗 并造成较大的经济损失 3 - 5 。泵站 机组频繁开停机造成 的损失所涉及 的因素复杂多 变长期以来景 电工程的管理单位缺乏评估损失的 有效手段 。 使得机组频 繁开停机造成 的损失对工程 效益的影 向无法量化 ， 给景 电工程 的管理单位 的运 行决策和成本核算带来一定的困难 。为解决这一问 题 采用 专 家评 价 的方法 ， 由景 电工 程 一线运 行 人员 对机组频繁开停机不 良后果及影响程度进行评价 ， 根据评价结果运用运筹学理论层次分析法建立数学 模型 MA T L AB软件运算 。对泵站频繁开停机的损 失进行 了分析和评估 。 1 调查 方法 及统 计 结果 调 查 问 卷 的填 写 回答 由 3 2人 参 与 ， 分别 为景 电管理 局调 度 室 5人 、 机 电处 机 电管理 科 3人 、 泵站 建设科 3人 、 泵站运行科 3人 、 机电检修 队 5人 、 一 期总干一泵站 5人 、 一期总干三泵站 5人 、 机电处领 导 3人 。 其中高级工程师 1 0人 ， 工程师 2 2人 。 共发 出问卷 3 2份 ， 回收 3 2份 ， 有 效问卷 3 2份 ， 有效率 1 0 0 。统计结果见表 1 。 调查结果显示泵站机组频繁开停机不 良后果 ， 对 电 动 机 的 影 响 占 2 8 0 7 ，对 水 泵 的影 响 占 2 1 0 5 对 电 网和 电压 的影 响 占 7 0 2 ， 对 阀 门的 影 响占 1 5 1 9 ， 对开关的影响占 8 7 7 ， 对管道的影响 占 8 7 7 对 绝缘 的影 响 占 3 5 1 ，其 他影 响 占 7 0 2。 2数 学模 型 层次分析法( A HP ) 是将决策总是有关的元素分 解 成 目标 、 准则、 方案等层次 ， 在此基础 之上进行定 性和定量分析 的决策方法。层次分析法的特点是利 用较少的定量信息使决策的思维过程数学化 。从而 为多 目标 、多准则或无结构特性 的复杂决策问题提 供简便 的决策方法 尤其适合于对决策结果难于直 接准确计量的场合 。 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 3 2 2 作者简介： 汪精海( 1 9 8 1 一 ) ， 男， 甘肃景泰人， 讲师， 硕士， 主要从事水利水电工程专业教学及相关专业的研究。 43 2 0 1 4年第 3期 甘肃水利水 电技术 第 5 0卷 表 1 泵站机组频繁开停机不 良后果 及其影响程度调查 问卷 统计 2 1 层次 结构 模 型 P将机组频繁开停机造成 的经济损失作为层次 分析的 目标层( 0) ， 将危害程度 C 和发生的概率 c 2 作为评价准则 ， 泵站机组频繁开停机 的不 良后果作 为层次分析 的方案 层( P) ， 建 立经济损失评估层 次 结 构模 型 ( 图 1 ) 。 图 1 层次结构模型 2 2 构 造 判 断矩 阵 层次分析法的信息基础主要靠有经验 的人对每 一 层次各元素的相对重要性 给出判断 把这些判断 用数值表示出来 ， 写成矩阵的形式 ， 称为判断矩阵 。 在损失评价 中， 根据不 良后果 的危害程度及发生的 概率等 因素相互 比较重要性。构造( C P ) 判断矩阵 则是用不 良后果单 因子指数 的相互 比较值作为矩阵 44 中的元素。为了构造判断矩阵，层次分析法引入了 九标度方法作为定量依据 ( 表 2 ) 。 表 2比较尺度 ： ( 1 9尺 度的含义 ) 尺度 含 义 1 第 个因素与第 个因素的影响相同 3 第 个因素比第 个因素的影响稍强 5 第 i 个因素比第 个因素的影响强 7 第 个因素比第 个因素的影响明显强 9 第 i 个 因素 比第 f个因素的影响绝对强 2 ， 4 ， 6 ， 8表示第 i 个 因素相对 于第 f 个因素 的影 响介于上述两个相邻等级之间。 2 3层次 单 排序 层次单排序就是根据矩阵理论计算得出同一层 次相应因素对于上一层次某因素的相对重要性权重 值 ( ) ， 它是本层 次中所有元素对上一层次 而言进 行重要性排序 的基础。层次单排序可归结为求判断 矩阵的特征值 ( A) 和特征向量 ( ) 问题 。 求出矩阵的 最大特征值 ( A ) 后 ， 还必须进行矩阵一致性检验 。 定义一致性 检验指标 G为 C F A 一一 n ( n 一 1 ) ( n为判 断矩阵的阶数 ) ， G与随机一致性指标 尺 进行 比较 ， C R = C I R 。当一致性 比率 0 1时， 判断矩阵具有满 意的一致性 ， 否则就要对判断矩阵进行调整。 to的分 量 就是相应元素单排序 的权值 。 2 4层 次 总排序 层次总排序是计算同一层次所有 因素对于最高 层相对重要性数值 ，这一过程是从最高层向最低层 逐层进行的。其结果也要进行一致性检验 ，检验过 程也是从高到低逐层进行。 0 1时， 认为层次总排 序结果具有一致性 。 3景 电工 程泵 站机 组频 繁 开停机 损 失评 估 3 1 构造 D C矩阵。计算其最大特征值和特征向 量并 进 行一 致性 检验 机组频繁开停机的损失评价准则中有危害程度 C 。 和发生的概率 C 两个准则 ， 构造 0 一 C矩阵如下 ： f 1 3 1 【 J 用方根法计算得规范化处理后的特征向量和最 大特征根如下 ： to = ( O 9 4 8 7 , 0 3 1 6 2 ) ， A 一= 2 ， 计算得 ： C FO ， C R 0 1 。 该矩 阵具有满意的一致性 。该特征值对应的归 一 化特 征 向量 o J = ( O 7 5 2 ， 0 2 4 8 ) 。 3 2构造 C - P矩阵，计算其特 征向量和最大特征 值并进行一致性检验 将机组频繁开停机造成的结果两两单 因子指数 一 第 3期 汪精海， 等 ： 基于层次分析法的梯级泵站机组频繁开停机损失评估研 究 第 5 0卷 的比值作 为矩阵的元素， 根据以上分析可得 C 尸矩 阵的特征向量及特征值 ： = ( 0 0 3 3 0 ， 0 1 6 5 2 ， 0 0 5 5 1 ， 0 1 6 5 2 ， 0 0 2 0 7 ， 0 1 6 5 2 ， 0 3 3 0 5 ， 0 3 3 0 5 。 0 8 2 6 2 ， 0 0 3 6 7 ， 0 0 3 3 0 ， 0 02 7 5。 0 08 2 6 ， 0 O1 8 8 ， 0 O1 8 4， 0 01 7 4， 0 0 2 0 7 ， 0 01 8 4 ， 0 0 1 9 4 ， 0 0 1 7 4) ， A一 = 2 0 3 2， G = 0 0 6 3 ， 0 1 。 该矩阵具有满意的一致性。 c 2 一 P矩阵的特征向量及特征值 ： c c ，=( 0 1 8 6 7 ， 0 3 7 3 4 ， 0 1 8 6 7 ， 0 1 8 6 7 ， 0 0 0 4 1 , 0 0 3 7 3 ， 0 1 2 4 5 , 0 1 2 4 5 ， 0 3 7 3 4 ， 0 0 7 4 7 ， 0 0 0 6 2 ， 0 0 3 7 3 。 0 7 4 6 9 。 0 0 0 9 8 ， 0 0 0 9 3 ， 0 0 1 8 7 。 0 0 0 6 2 ， 0 0 4 6 7 ， 0 0 3 1 1 ， 0 1 2 4 5 ) ， A m= 2 2 2 5 9 3 ， C i = O 0 1 3 6 ， 0 1 ， 该矩 阵具有满意的一致性。 3 3 泵站机组频繁开停机经济损失度计算 泵站机组频繁开停机经济损失度计算公式 为： 2 m i = P q C J ， ( 1 ， 2 ， ， 2 0 ) ( 2 ) j = l 式 中： m 的经济损失度 ， 计算结果见表 3 。 表 3 泵站频繁开停机经济损失度计算 不 良后果 P对经济损失 D归一化的权 向量 = ( 0 0 2 8 7 ， 0 0 8 7 5 ， 0 0 3 5 4 ， 0 0 6 8 8 ， 0 0 0 6 7， 0 0 53 9, 0 1 l 2 8 ， 0 1 1 2 8 , 0 2 8 8 1 , 0 01 8 6 ， 0 01 0 6 ， 0 01 2 1 ， 0 09 9 8 , 0 0 06 7， 0 0 0 6 5， 0 0 07 2。 0 0 06 9 ， 0 01 0 3 0 0 09 0 。 0 01 7 7 C i - O 0 0 5 6 ， 0 1 ， 层次总排序通过一致性检验。 3 4泵站频繁开停机经济损失评估分析 3 4 1 经济损失度 m 分析 从大到小排列经济损失度 m 值 ， 所对应的不 良 后果 P见 表 4 。 表 4部分经济损失度 埘 值与不良后果统计 由表 4可见 ，对于泵站频繁开停机经济损失影 响程度较大的不 良后果 P为出水 阀破裂 、管道爆 破 、 断轴 、 压力管道破损和止水阀损耗 ， 应在泵站 E t 常运行中有针对性 的进行维护和检修 以减小其对 经济损失 的影响程度 。 3 4 2 总经济损失 的计算 2 0 = 1 8 8 0 7 4 ( 元 ) ( 3 ) =1 式 中： 造成 的经济损失 ； 0 9 不良后果 JP对经济损失 0归一化的权 向量 。 根据经验值 当 m O 1 2时危害影响很小 ， 选择大 于 0 1 2的 7个 m 值再次计算 ： 7 = = 1 7 9 5 3 2 ( 元 ) ( 4 ) = l 综合两种方法的计算结果 。得 出泵站频繁开停 机造成的总经济损失约为 1 8万元 。景 电工程一 、 二 期泵站共有 4 1座， 估算景 电工程所有泵站频繁开停 机造成的总经济损失共有 7 3 8万元之多 。应 当引起 工程管理单位足够的重视 。谨慎做 出泵站机组开停 机的决策。 4结论 与展 望 采用专家评价的方法 。由景电工程一线运行人 员对机组频繁开停机损失进行评价采用层次分析 法对泵站频繁开停机的损失进行分析 使得机组频 繁开 停 机造 成 的损 失 对 工程 效 益 的 影 响得 以量 化 ， 为景电一期工程 的管理单位的运行决策和成本核算 提供了参考数据 。 由计算数据可见 ， 泵站机组频繁开 停机所造成的经济损失相对较大 。 这对 于景电工程 的运行效益有着很大的负面影响。因此 。 在泵站 的 E t 常运行 中要采用加强机组设备的检修维护 ， 提高 运行调度人员 的业务 能力 与配合 ( 下转第 5 1页) 4 5 第 3期 周 宏 等 ： 饮水安全工程建设 的问题及对策建议 第 5 0卷 村 ， 6 2 0 4户 ， 达到了 3 2 5 8 1 人。 在同一个流域 、 同 一 条江河沿岸的多个村社， 对 已修建供水工程 ， 可分 析 当地 的各种 条件 ， 如 乡 、 村 、 社之 间 的距离 ， 地 形地 貌的条件等 ， 可将几个可靠水源 串联起来 ， 维修 、 更 新主管网， 构成一个集中供水工程。对不具备集 中连片的半山、 高半山地的分散供水工程 ， 利用应急 修复资金 、 灾后重建资金等资金渠道和发动村、 社群 众 按照规模较大工程 的标准 。 将 水源工程 、 供水主 体工程高标准维修建设好 。 巩固好已建工程 ， 使其长 久发挥 效 益 。 ( 3 ) 精心设计 ， 为饮水安全工程规范化建设 、 长 期发挥效益打好基础。有搞大水利 的设计 理念 。 在设计工程的同时 ， 要充分考虑长远发展 ， 采用新工 艺 、 新设备 ， 自动化控制 、 信息化管理等。高标准 设计水源工程 、 水厂建设 、 净化设备 ， 要与城镇供水 工程一样的标准来进行设计。 合理设计管网布局， 减少水头损失。供水点到户形式多样 ， 但在一个 县或区域内要统一设计标准 ， 外形美观大方 。 既要体 现水文化特色 。 又要展现水利人 内涵。在巩 固已 建工程、 新建工程的衔接上， 做好统筹设计。使较 大集 中供水工程在规模化 的基础上 。 打造成人文工 程 、 景观 工程 。 ( 4 ) 要做好水源水质 的监测。各县 区都要有专 门的农村供水工程水质水量监测组织或依托卫生防 痧、 驴 疫部 门， 定期不定期进行水质监测 、 化验 进行综合 分析 科学论证 ， 确保水质安全可靠 ， 使人 民群众始 终饮上 安全 放 心水 。 ( 5 )建立健全基层水利服务体系建设 。 为饮 水 安全工程建后管理提供有效服务。各县( 区) 可组 建农村供水公司， 统一管理所在乡镇 、 流域的水利工 程设施 ， 并将乡镇 、 流域水利管理服务站建设结合起 来 ， 统筹安排 ， 整合人力资源 ， 全面为基层水利服务。 组建村民用水者协会 ，管理所在区域水利工程设 施 ，也可作为其他的农村经济服务协会组织的分支 协会。积极鼓励村干部或能人大户来管理饮水工 程 ， 发挥他们 的特长 。独立单个供水工程 ， 可由受 益农户自主协商，实行专人专管或轮流共管。对 水窖、 水池一家一户 自用的供水工程， 由受益农户 自 己管理 。 ( 6 ) 做好宣传培训 ， 造就一批基层水利工程管 理队伍 。全方位 、 多角度从不 同层面 利用电视 、 网络 、 广播 、 报刊等媒体宣传饮水安全工程 ， 掀起全 社会重视和参与饮水安全工程建设的高潮 增强保 护饮水安全工程设施的意识 ， 使工程长久发挥效益 惠及子孙后代。培养一支务实的管理队伍，做到 懂经营 、 善管理。抓好管理人员的培训， 把培训人 才作为农村饮水安全工作的一项长期任务 ，坚持不 懈 地抓好 。 ( 上接 第 1 1页) 7 王澄海， 王芝兰， 沈永平 新疆北部地区积雪深度变化特征 及未来 5 0 a的预估 J 冰川冻土 ， 2 0 1 2 ， 3 2 ( 6 ) ： 1 0 5 9 1 0 6 4 8 蓝永超， 沈永平 ， 吴素芬， 等 近 5 O年来新疆天山南北坡 典型流域冰川与冰川水资源的变化 J 干旱区资源与环 境 ， 2 0 0 7 ， 2 1 ( 1 1 ) ： 1 - 8 9 张尧 ，冯学智 N D V I 对 N D S I 积雪信息提取阈值的影响 研究 J 水资源与水工程学报 2 0 1 1 ， 2 3 ( 4 ) ： 1 7 6 1 8 4 1 0 王芹芹， 雷晓云 ， 高凡 基于主成分分析和 R B F神经网 络的融雪期积雪深度模拟 J 干旱区资源与环境 ， 2 0 1 4 ， 2 8 ( 2 ) ： 1 7 5 1 7 9 1 1 石其鹏能量平衡模型在天山山区的应用研究 D 北 京： 中国科学院研究生院， 2 0 0 9 1 2 穆振侠 ， 姜卉芳， 刘丰 2 0 0 1 2 0 0 8年天山西部山区积雪 覆盖及 N D V I 的时空变化特性 J 冰川冻土 2 0 1 0 ， 3 0 ( 5 ) ： 8 7 5 8 8 2 1 3 刘艳 ， 阮慧华 ， 张云慧， 等 1 9 6 1 年一 2 0 0 8年新疆北疆地 区积雪时空演变特征研究 J 资源科学， 2 0 1 1 ， 3 4 ( 4 ) ： 3 66-3 7 7 ( 上接第 4 5页) 默契度 优化调度运行方案等措施 ， 减少机组开停机次数 ， 使调水过程中更加稳定与平 顺 ， 提高工程的供水效益。 参 考文献 ： 1 赵亚萍优化调度在电力提灌工程中节能降耗的措施 J 甘肃水利水电技术， 2 0 0 9 ， 4 5 ( 6 ) ： 3 1 3 2 2 罗维香， 谈云波 景电一期工程泵站综合调度自动化系统 应用 J 中国农村水利水电， 2 0 0 8 ， 3 3 ( 0 9 ) ：9 1 9 2 3 孙衣春， 魏文礼， 李超 中小型泵站节能措施的探讨 J 水 利电力科技， 2 0 0 7 ， 3 3 ( 2 ) ： 2 5 2 8 4 路金喜， 杜贵荣 泵站节能措施研究 J 排灌机械， 2 0 0 2 ， 2 0 ( 4 ) ： 3 1 - 3 3 5 何忠人， 宋文滔， 郑文华 泵站出水管道的节能改造 J _ 中 国农村水利水电， 1 9 9 6 ， 2 1 ( 0 8 ) ： 3 1 - 3 2 6 温艳萍， 任光超 赤潮灾害损失评估体系构建农业科学研 究 l J J 2 0 1 1 ， 3 2 ( 3 ) ： 4 4 4 7 7 苏木标， 井海明， 戎密仁 铁路隧道地震灾害损失评估技术 研究 J 铁道学报， 2 0 1 3 ， 3 5 ( 1 1 ) ： 9 8 1 0 5 8 王琛， 何琬， 程六满 基于 A HP D E A的自然灾害损失评估 模型初探 J _ 中国管理科学， 2 0 0 7 ， 1 5 ( 7 ) ： 2 5 2 8