（电力系统及其自动化专业论文）基于层次分析法的城市电网电缆化改造的研究.pdf

a b s t r a c t w i t hu r b a nd e v e l o p m e n t ，p o w e rn e t w o r ks t r u c t u r a l p r o b l e m s a r ee x p o s e d g r a d u a l l y , a st h eg r o w t ho fd i s t r i b u t i o nn e t w o r kc a l l ts a t i s f ye l e c t r i c i t yr e q u i r e m e n t a sar e s u l t ，i ti sv e r yn e c e s s a r yt or e b u i l du r b a nd i s t r i b u t i o nn e t w o r ka n di m p r o v e r e l i a b i l i t yo fp o w e rs u p p l y i nt h ev i e wo fd e v e l o p m e n t ，u r b a np o w e rg r i dr e b u i l d i n g c h a r a c t e r i z ei nt w oa s p e c t s ：a n n u l a rp o w e rs u p p l ym o d ea n dc a b l ed i s t r i b u t i o n c a b l e d i s t r i b u t i o np o s s e s s e sm a n yo b v i o u sm e r i t s ，i n c l u d i n gi m p r o v e m e n to fr e l i a b i l i t yo f p o w e rs u p p l y , b e a u t i f y i n gc i r c u m s t a n c eo fc i t i e s ，a n db o o s t i n gu pp o w e rs u p p l y a b i l i t y o fd i s t r i b u t i o n n e t w o r k a c c o r d i n g l y , u r b a np o w e rn e t w o r kc a b l i n g r e c o n s t r u c t i o ni sv e r yi m p o r t a n ti nu r b a np o w e rg r i dr e b u i l d i n g t h ep r o b l e m ，w h i c hw a ss t u d i e di n t h i sp 印e r ，i sh o wt oc o n t r o la n dl a yo u t r e a s o n a b l yp r o c e s so fc a b l i n gr e c o n s t r u c t i o n , n a m e l y , f o r mr e a s o n a b l er e b u i l d i n g o r d e ro fe a c hp r o g r a m ( i n c l u d i n gf u n c t i o na r e aa n d1 0 k vd i s t r i b u t i o nl i n e ) ，a n d e s t a b l i s ha no p t i m a lc a b l i n gr e c o n s t r u c t i o ns c h e m e a c c o r d i n gt ot h ed e c i s i o n ，p o w e r d e p a r t m e n tc a r r i e so u tu r b a nc a b l i n gr e c o n s t r u c t i o n i nt h ep a p e r , an e wm e t h o di sp r o p o s e df i r s t l yu r b a np o w e rn e t w o r kc a b l i n g r e c o n s t r u c t i o nb a s e do nt h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s a h pi sac o n v e n i e n tm e t h o d t oa n a l y z eu n q u a n t i f i c a t i o n a lt h i n g si ns y s t e me n g i n e e r i n g t h eb a s i ci d e ao fu r b a n p o w e rn e t w o r kc a b l i n gr e c o n s t r u c t i o ni st h a tf i r s td i v i d e dw h o l eu r b a np o w e rg r i di n t o s e v e r a ls m a l ls e c t i o n sb yp o w e rs u p p l ya r e a so ft r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n s ( t h e1o k vo r 3 5 k vv o l t a g ec l a s sh e r e ) ，a n dt h e ni ne a c hs u b s t a t i o n s e c t i o n ，c a b l i n gr e c o n s t r u c t i o n s c h e m eo ft r o l l yw i r ei sw o r k e do u ts e p a r a t e l y i nt e r m so fd i f f e r e n tq u a l i t a t i v ea n d q u a n t i t a t i v ec r i t e r i a , i n c l u d i n gp o w e rn e t w o r kr e l i a b i l i t y , e n g i n e e r i n ge c o n o m y , e t c ， w ec a ne v a l u a t es y s t e m a t i c a l l yo b j e c t si ne v e r yp o w e rs u b s t a t i o na n df i g u r eo u t p r i o r i t yw e i g h to fe a c ho b j e c t t h e n , c a b l i n gr e c o n s t r u c t i n gp r e f e r e n t i a lo r d e ri s d e c i d e d s o ，w ea c h i e v et h eb e s tc a b l i n gr e c o n s t r u c t i n gs c h e m e ，a n dm a x i m i z es o c i a l a n de c o n o m i cb e n e f i t f i n a l l y , t h em e t h o di sv a l i d a t e db ya ne x a m p l e t h er e s u l to ft h ee x a m p l e i n d i c a t e st h a tt h em e t h o dc a nc o n s i d e rt o t a l l ym a n yd i f f e r e n tf a c t o r s ，u t i l i z ee x p e r t s e x p e r i e n c e s ，a d j u s to b j e c t i v ea n dr o l e sb yp e o p l e sp u r p o s e s ，a n dj u d g m e n tr e s u l t a c c o r d e dw i 廿1 r e q u i r e m e n to ff a c t u a le n g i n e e r i n g i na 1 1 t h em e t h o do b t a i n s r e a s o n a b l er e s u l t s a n dc a nb eaw o n d e r f u la s s i s t a n tf o rd e c i s i o n m a k e r s k e yw o r d s ：u r b a np o w e rn e t w o r k ，c a b l i n gr e c o n s t r u c t i o n ，f u n c t i o na r e a ， a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ，p r i o r i t yw e i g h t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 董智 签字日期：2 d o s 年，月2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解叁壅盘茎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鲞盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：崔智 导师签名： 签字日期：2 d b 岁年1 月7 - - e l签字日期：朋厂年f 月倍曰 第一章绪论 1 1 城市电网改造概述 第一章绪论 城市电网是城市范围内为城市供电的各级电压电网的总称，它包括送电网、 高压配电网、中压配电网和低压配电网1 1 1 。城市电网是电力系统的重要组成部分。 随着中国电力工业的发展，电网结构性矛盾突出显露出来，主要表现在：“重发 轻供”的倾向造成输电网建设滞后于电源建设，配电网建设跟不上用电的需求， 大多数城市配电网结构十分薄弱，设备陈旧，供电能力低，一些城区电网有电“进 不去，落不下”。另一方面，由于城市发展迅速，用电负荷需求量大，并且对电 能质量、供电可靠性要求提高，普遍出现城市电网不能充分满足各方面要求的现 象。因此，对城市电网进行大规模改造和建设，提高供电能力和供电可靠性，已 成为各地区所面临的重要问题和紧迫任务。 一九九八年以来，我国实行积极的财政政策，加快基础设施建设，扩大内需， 拉动经济增长。经过可行性研究和审核，国家批准将城市与农村电网的建设与改 造作为重点项目，加快城乡电网建设改造，利用三年左右时间投入巨额资金进行 大规模的建设与改造。城市电网建设与改造的重点：一是完善和加强城市2 2 0 k v 或1 l o k v 双环网供电网架，特大城市要建设市中心负荷地区骨干变电站；二是建 设改造1 0 k v 中压配电网络；三是改造居民住宅配电系统，实行“一户一表”配电 管理。这对城乡电网改善配电网络、增强供电能力、降低电能损耗、拓展市场、 降低乡村居民电价都将起到重大作用。 由于“两网”改造的实施，在大规模城市电网建设改造后，已经初步扭转了 配电能力低、事故频繁、可靠性低、用户年停电时间长、能耗高的状态，为建设 良好城市电网的目标打下了初步基础。当前及今后一段时期，城网发展呈现以下 几个方面的趋势和基本特征1 2 i 。突出以提高供电可靠性、降低配电网能耗为重 要目标。适应2 l 世纪中国全面建设小康社会，部分地区率先实现现代化的要求， 建设良好城网。借鉴国内外供电技术发展的经验，积极推广采用新技术。建设 良好城网和提高运行管理水平的重要途径，就是依靠技术进步、推广采用新技术。 当前要推广采用配电网规划辅助决策系统，规范规划数据信息，针对城网实际状 况，做好发展规划。要在配电系统加快推广应用配电网地理信息系统( d g i s ) 和配 电网自动化，提高设备管理水平和为用户服务的水平。要建立和完善用户友好 第一章绪论 型配电服务：在完善当前营业服务基础上，重点形成以客户为中心的具有丰富用 户用电及服务信息的系统更好地方便用户。 从我国城网的实际来看，城市电网改造工作的特点：一是城市电网供电方式 环网化，二是配电网络电缆化| 3 l 。环网式供电可取自多个电源，供电设施根据需 要备用容量，任何一段线路发生故障，可以立即改变运行方式，从另一端倒送电， 大大减少停电时间，提高了供电可靠性。配电线路进行电缆化改造，具有许多优 点，可以保障供电可靠性的提高，减少外力的破坏，美化城市环境以及大幅提高 馈电线路的供电能力等。 国外发达国家早已对城市电网电缆化改造进行了深入的研究1 4 l ，并且在城市 电网建设和改造时注重采用电缆配电，从而大大提高了城市电网供电的可靠性， 取得了良好的社会经济效益。目前，我国也已经开始重视对城市电网电缆化改造 的工作，有关专家学者也加强了对架空线电缆化改造的研究i s 6 7 l ，并取得了较多 的成果。可以预见的是，在不久的将来，我国城市特别是大中型城市配电网电缆 化入地改造将会陆续开展起来。 1 2 层次分析法概述 人们在进行社会的、经济的以及科学管理领域问题的系统分析中，面临的常 常是由相互关联、相互制约的众多因素构成的复杂系统。层次分析法为分析这类 复杂的社会、经济等领域中的问题提供了一种简洁实用的决策方法。 层次分析法( a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ，简称a h p ) 【8 i 是美国著名运筹学家、 匹兹堡大学教授tl s a a t y 于1 9 7 7 年提出的。它是一种实用的多准则决策方法，该 方法以其定性与定量相结合处理各种决策因素的特点，以及系统、灵活、简洁的 优点，迅速地在社会、经济等领域中得到广泛的应用。 层次分析法的基本思想是，根据问题的性质和要达到的目标，将问题按层次 分析成各个组成因素；再按支配关系分组成有序的递阶层次结构：对同一层次内 的因素，通过引入测度理论，用两两比较的方式确定诸因素之间的相对重要性( 权 重) ；下一层次的因素的重要性，既要考虑本层次，又要考虑到上一层次的权重 因子；逐层计算，直至最后一层( 一般是要比较的各个方案) ；比较各个方案的权 重大小，进行排序和决策。 层次分析法本质上是一种决策思维方式，它把复杂的问题分解为各个组成因 素，将这些因素按支配关系分组以形成有序的递阶层次结构，通过两两比较判断 的方式确定各个因素的相对重要性。心理学研究表明，人脑对事物两两比较的判 断要比对多个事物同时比较的判断容易和准确得多1 9 1 。因此，a h p 方法在确定权 第一章绪论 型配电服务：在完善当前营、哪务基础上，重点形成以客户为中心的具有丰富用 户用电及服务信息的系统更好地方便用户。 从我国城网的实际来看，城市电网改造工作的特点：一是城市电网供电方式 环网化，二是配电网络电缆化p l 。环网式供电可取自多个电源，供电设施根据需 要备用容量，任何一段线路发生故障，可以立即改变运行方式，从另一端倒送电， 大大减少停电时间，提高了供电可靠件。配电线路进行电缆化改造，具有许多优 点，可以保障供电可靠性的提高，减少外力的破坏，美化城市环境以及大幅提高 馈电线路的供电能力等。 国外发达国家早己对城市电网电缆化改造进行了深入的研究川，并且在城市 电网建设和改造时注重采用电缆配电，从而大大提高了城市电网供电的可靠性， 取得了良好的社会经济效益。目前，我国也已经开始重视对城市电网电缆化改造 的工作，有关专家学者也加强了对架空线电缆化改造的研究口 6 ”，并取得了较多 的成果。可以预见的是，在不久的将来，我国城市特别是大中型城市配电网电缆 化入地改造将会陆续开展起来。 1 2 层次分析法概述 人们在进行社会的、经济的以及科学管理领域问题的系统分析中，面临的常 常是由相互关联、相互制约的众多因素构成的复杂系统。层次分析法为分析这类 复杂的社会、经济等领域中的问题提供了一种简洁实用的决策方法。 层次分析法( a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ，简称a h p ) m l 是美国著名运筹学家、 匹兹堡大学教授一l r s a a t y 于1 9 7 7 年提出的。它是一种实用的多准则决策方法，该 方法以其定性与定量相结合处理各种决策因素的特点，以及系统、灵活、简洁的 优点，迅速地在社会、经济等领域中得到广泛的应用。 层次分析法的基本思想是，根据问题的性质和要达到的目标，将问题按层次 分析成各个组成因素；再按支配关系分组成有序的递阶层次结构：对同一层次内 的因素，通过引入测度理论，用两两比较的方式确定诸因素之间的相对重要性( 权 重) ；下一层次的因素的重要性，既要考虑本层次，又要考虑到上一层次的权重 因子；逐层计算，直至最后一层( 一般是要比较的各个方案) ；比较各个方案的权 重大小，进行排序和决策。 层次分析法本质上是一种决策思维方式，它把复杂的问题分解为各个组成因 素，将这些因素按支配关系分组以形成有序的递阶层次结构，通过两两比较判断 的方式确定各个因素的相对重要性。心理学研究表明，人脑对事物两两比较的判 断要比对多个事物同时比较的判断容易和准确得多口】。因此，a h p 方法在确定权 断要比对多个事物同时比较的判断容易和准确得多p 】。因此，a h p 方法在确定权 第一章绪论 重时一般都采用两两比较的方式来构造判断矩阵。然后在递阶层次结构内进行逐 层合成权重向量，以得到决策因素相对于总目标的重要性顺序。层次分析法是系 统工程中对非定量事件作定量分析的一种简便方法，也是对人们的主观判断进行 客观描述的一种有效方法。 这种将思维过程数学化的方法，不仅简化了系统分析和计算，还有助于决策 者保持其思维过程的一致性。此外，层次分析法很好地体现了人们决策思维的基 本特征：分解、判断、综合。因此，自提出以来，它受到了人们( 尤其是决策人 员) 的普遍欢迎。我国自8 0 年代以来，a h p 方法已经在企业管理与经济分析、 科研管理，能源规划等领域的决策支持中发挥了重要的作用 1 0 , 1 1 , 1 2 , 1 3 i 。 1 3 本文的主要研究工作 本文需要解决的问题是，当决策者决定对一个城市( 或城区) 进行电力架空 线路的电缆化改造时，如何合理地控制和规划电缆化改造的过程，即确定功能区 域和l o k v 配电线路的改造顺序，形成一个合理的改造方案，以使整个改造工程 有条不紊地进行，从而实现良好的社会经济效益。 本文在对这一控制问题进行深刻分析的基础上，首次使用层次分析法来有效 地控制整个城市电网电缆化改造的工程。城市电网电缆化改造评判决策问题涉及 到众多定性和定量的因素，包括城市环境、电网可靠性、工程经济性等。层次分 析法通过建立层次分析模型，很好地综合处理这些定性和定量决策因素，体现专 家评判的意图，对各个待改造的对象作全面的评判，得到评判结果，最终形成电 缆化改造的最优方案，使城市电网电缆化改造工作有据可依。此外，利用群体评 判，对层次分析法进行了较好的改进。通过多个专家对各个准则进行评判和综合， 得到专家群体的评判结果，很好地避免了单个专家评判决策的主观性，极大地提 高了电网电缆化改造评判工作的可信度。 本文通过算例并结合m a t l a b 软件，对某城市变电站供电范围内的电缆化改 造工程进行了验算。算例结果表明，基于层次分析法的城市电网电缆化改造方法 能够多层次、有步骤地考虑各种必要的有效指标，有效地综合定性和定量决策因 素，很好地表达决策者或专家的意图，得到了合理的改造评判结果。因此，基于 层次分析法的城市电网电缆化改造方法是有效可行的。 第二章城市电网电缆化改造 2 1 引言 第二章城市电网电缆化改造 从我国城市电网改造工作的实际情况来看，配电网络电缆化是我国城市电网 改造的鲜明特点之一。配电线路进行电缆化改造，具有提高供电可靠性，美化城 市环境以及大幅提高馈电线路供电能力等优点。城市电网电缆化改造是城市电网 建设和改造的重要内容。 国外发达国家对城市电网电缆化改造进行了深入的研究，并且在城市电网建 设和改造时注重采用电缆配电，大大提高了城市电网供电的可靠性，并取得了良 好的社会经济效益。目前，我国也已经开始重视对城市电网电缆化改造的工作。 随着国家经济形势的快速发展，目前许多城市供配电系统和场所负荷容量越 来越大，供电可靠性要求也越来越高，比如都市繁华的商业中心、机场、车站、 港口码头、保密部门或单位等都迫切需要电缆供电。可以预见的是，在不久的将 来，我国城市特别是大中型城市配电网电缆化入地改造工作将会陆续开展起来。 2 2 城市电网电缆化改造的意义及现状 2 2 1 城市电网电缆化改造的重要意义 随着我国城市经济的快速发展，城市中架空线路已越来越不适应负荷增长 和环境的要求。一些城市的道路上都布满了密密麻麻、纵横交错的架空线，这一 现象不仅在中小城市到处可见，而且在一些大城市也存在。这些架空线的存在， 不仅造成“视觉污染”，有碍城市景观，而且造成很大的安全隐患。 与传统的架空电线供电相比，电缆供电有下列优点：可减少外力的破坏。 不受自然环境条件的影响。架空线易受暴风、暴雨、雷电、雪灾、冰雹、沙尘 暴等自然灾害影响造成断线、短路或其他故障，而电缆线路敷设于地下，除电缆 分接箱和户外终端部分外，不受外界恶劣气候环境影响。可以减少人身触电事 故。可以节省地面上“架空线走廊”所占的面积。架空线走廊占地面积不小， 一般比较平直，而且线路走向通常不能与城市道路方向相符，使城市建筑布局困 难。采用电缆输电就可以腾出架空走廊面积，而且电缆地下敷设可以转弯躲开建 筑物，使市容布局更加合理。有利于提高城网的功率因数。电缆芯线与其外面 第二章城市电网电缆化改造 的接地屏蔽层构成一个电容器。这就相当于每相加进无功补偿电容器，容性无功 电流分量将部分补偿线路上感性无功电流分量，使总电流幅值降低。电缆馈电 可以直接深入负荷中心。对于负荷密集地区，如繁华商业区、大工业区、高层建 筑物等，电缆可直接引至，从而缩小供电半径，减少线损，提高供电系统质量。 电缆供电具有许多优点，但是由于电缆自身的一些固有特点，决定了电缆供 电也存在不足之处，主要表现在：投资费用较大。这是由于电缆及其附件均为 高技术产品，其价格比架空线路加上塔杆的总价还要高一些。配电线路不易变 更。电缆线路长期埋于地下，其外护层会受到腐蚀，一般不宜搬动。这就要求电 缆敷设前须有长远规划，线路不再更改，必要时利用电缆分接箱留出备用分支接 头。故障点的寻测和修复比较困难。 尽管电缆供电存在上述缺点，但优点是主要的，城市电网电缆化供电毕竟是 大势所趋。而且，随着技术的快速发展，这些缺点都将能得到较好的克服。因此， 城市电网电缆化改造工作势在必行。 综上所述，电缆供电有着更多的优越性和先进性，尤其是在改善城市环境、 优化城市电网的网络结构以及提高供电可靠性和供电能力等方面都有十分明显 的优势，具有重大的社会经济意义。电缆化供电是城市电网发展的方向。 2 2 2 城市电网电缆化改造的现状 随着城市的发展，城市用电负荷也迅猛增长起来，表现在需求量大且相对集 中，对供电的质量、供电可靠性要求也越来越高，普遍出现城网不能充分满足各 方面要求的现象，特别是随着城市产业结构的调整，第三产业用电负荷增长很快， 人民生活用电也呈快速增长趋势。近年来，全国几乎所有大中城市夏季负荷高峰 都增长过快，城网严重过负荷，使城网最薄弱且改造难度最大的中低压电网面临 极大压力。 电力线路是城市电力网的重要组成部分。目前，目前我国城市中的绝大部分 电力线路仍是架空线，这些线路是造成城网难以满足负荷要求的重要原因之一。 许多发达国家的城市电网一直按电缆化的要求进行规划和建设。架空线路供电存 在以下两大问题：影响市容：随着配电网建设的飞速发展，从居民小区到街道 两旁，大都电杆矗立，各种电线纵横交错，与现代化的城乡极不相称。安全性 差：街道两旁的架空线路经常遭受生长过快的树枝的干扰，若是巡线不到位，枝 叶修剪不及时，就留有事故隐患，影响安全供电，降低了供电可靠性。 据了解i l4 1 ，世界上许多发达国家，都把电力电缆化( 即架空线入地) 的普及 率，作为城市现代化程度的重要指标。巴黎、马赛、柏林、新加坡等城市和国家， 都达到百分之百，东京、纽约分别是9 9 和9 8 。 第二章城市电网电缆化改造 由于历史的原因，我国城市电网中电力电缆普及的平均水平比较低。从国内 情况来看，香港的电力电缆普及率最高，为9 5 ，深圳为9 2 ，天津、珠海为9 0 ， 上海、大连、杭州为8 0 左右。目前，我国各大城市对城市电网电缆化建设分别 提出了要求，并制定了相应的措施和方案。深圳已向l o k v 配电全面实现电缆化的 方向发展。据北京城市电网规划：三环内配电线路要努力做到电缆化，四环内配 电线路要争取实现电缆化，电缆截面的选择要按最终规模一次到位；新建的l o k v 配电线路要做到电缆化，逐步实现电缆环网化，三年内要更换3 0 0 k m 的老旧电缆。 上海市电缆化普及率不高，城市中存在制造“空间污染”的架空线，给城市环境 和安全状况造成了很大的影响。上海市政府对城市架空线问题已给予了高度的重 视。2 0 0 1 年1 1 月1 日，国内第一个、也是迄今唯针对架空线问题的政府令 c t ：海市城市道路架空线管理办法，已经正式颁布施行。 由此可见，我国很多城市已经开始重视城市电网的电缆化改造工作，但是由 于起点较低，城市电网中还是存在很大一部分架空线路，城市电网电缆化改造的 形势仍然比较迫切，任务也十分艰巨。 2 3 城市电网电缆化改造的基本原则 城市电网架空线入地改造在国内将会陆续开展起来。面临城市电网架空线改 造这一大规模的工程，如何有步骤地控制整个城市电网电缆化改造工程的全过 程，使电缆化改造工作按照预先规划的最优方案顺利进行，是摆在我们决策者面 前首要的紧迫任务。针对我国城市电网的实际情况，城市电网架空线的电缆化改 造，要遵循以下几个基本原则i l ”。 一、采用先进的供电方式，提高配电网的供电能力，提高供电可靠性，是配 电网电缆化改造的宗旨。配电网电缆化不仅仅是简单地满足城市环境美化的要 求，更不是简单的地下化，而是要提高配电网的供电能力和供电可靠性。 二、增加科技含量，配电设备小型化，并留有今后配电网自动化发展的余地 是配电网电缆改造的重点。根据城市规划，城市道路的改造一般在1 0 一2 0 年内不 再变化，配电网的改造一样要满足城网远期( 2 0 年) 规划的要求，选用技术先进、 符合远期发展需要的电气设备尤为重要。 在配电自动化方面，应本着“立足现实，面向未来，远近结合”的原则，在 选择主要电气设备( 如变压器) 时，预留今后电动操作、遥测、遥控等位置和通讯 通道，减少日后设备的维护工作量。 三、重视土建设计和施工，百年大计，质量第一，这是配电网电缆化改造的 必要保证。电缆工程土建的设计，关系到电缆的施工和今后的安全运行。从配电 第二章城市电网电缆化改造 网电缆化改造情况来看，应注意以下几个方面的问题： 1 、敷设方式问题。电缆的敷设方式影响到电缆改造工程的投资、改造方案 和设备等问题，因此，在进行电缆化改造之前，决策人员必须根据城市的特点合 理地选择电缆的敷设方式。电缆敷设一般有以下几种形式：直埋敷设、隧道敷设、 排管敷设和沟道敷设等。从改造工程的实际情况来看，电缆主要敷设方式应以排 管方式为主，并与隧道方式相结合的，这是因为：排管方式能保护电缆不受外 力破坏，提高电缆运行安全性；用排管方式时旌放电缆方便，便于检修；排 管可预留今后管线位置；排管土建造价合理，安全、经济可以兼顾。 2 、土建基础美化问题。随着城市道路建设和改造工程的标准要求越来越高， 对其配套管线的要求也很高。 2 4 城市电网电缆化改造的实施 2 4 1 多个区域和道路电缆化改造的优先级控制 城市电网在制订电缆化改造方案时，常常遇到有多个城区和多条线路同时有 电缆化改造的要求| 1 6 i 。在具体的城区之间，究竟谁先进行改造，谁后进行改造， 这就需要决策人员从各方面对各个区域和线路进行评判和控制。根据我国国情和 城市的特点，只能优先考虑一些重点地区和场所。优先考虑采用电缆方式供电的 地区主要是：繁华地段、主要道路、重点旅游区和按城市规划不宜敷设架空线的 地区；负荷密集地区，供电可靠性要求特别高的地区；深入市区负荷中心的高压 输电线路；输电走廊狭窄或建筑物对架空线距离小于安全距离的地区；大气中有 严重腐蚀介质及易受各种自然灾害侵袭的地区等。 本文提出的基于层次分析法的城市电网电缆化改造方法正是基于这种要求， 用层次分析法计算出各个区域和1 0 k v 中压线路的优先级，然后按照优先级的顺 序对这些待改造的区域和线路进行电缆化改造。基于层次分析法的城市电网电缆 化改造的具体算法和步骤将在第四章进行详细的论述。 2 4 2 电缆设备和材料的选用 电缆化工程中设备、材料的选用直接关系到供电的可靠性和今后的运行维护 量，必须重视。为了引入质量高、技术先进、外形美观的设备、材料，工程人员 应对主设备、材料的供货厂家进行详细的考察，由技术人员研究确定技术要求， 经公开招标确定供货厂家，确保改造工程的质量。 第二章城市电网电缆化改造 一、电力电缆 选用具有一定生产能力、生产设备先进、管理水平高、售后服务一流的大型 企业生产的电力电缆。这是选择电力电缆时应注意的问题。 电缆选用交联聚乙烯绝缘钢带铠装电力电缆1 1 7 , 1 8 l 。交联聚乙烯电力电缆是当 前城网改造中被推荐的首选产品之一。与纸绝缘电缆对比，其优点是：正常运行 时最高允许温度较高、允许持续载流量大、结构简单、重量轻、使用范围广等。 在电缆芯线材质的选择方面，一般应优先选用铝芯电缆。同面积的铜芯比铝 芯的允许载流量虽可增2 i ：1 3 0 左右，但铜芯电缆要贵1 4 2 2 倍。在同样条件下， 铜芯电缆比铝芯电缆的连接可靠，安全性高。 在电缆截面的选择方面1 1 9 i ，为了便于设计、施工和管理，电缆截面常按照最 终容量的要求，采取一步到位的办法。我国电力行业标准规定1 2 0 l ：公用电缆网络 中压主干线的电缆截面宣选用每相铜芯1 8 5 h 秆及以上或铝芯2 4 0 m m 2 及以上，支 线电缆的截面应满足载流量及热稳定的要求；开闭所的电缆线路，每回路应采用 每相两条2 4 0 m m 2 的铜芯或铝芯电缆。 二、电缆分支箱和箱式变电站 选择电缆分支箱时，既满足技术要求，也要考虑美学效果，美化城市。尽可 能采用简单、可靠、体积小、使用寿命长、外观大方的电缆分支箱。箱壳采用不 锈钢材料，表面静电喷塑处理，颜色为环保绿。电缆分支箱应具有可靠的防雨、 防凝露和防尘设计，有可靠的机械闭锁装置。 箱式变电站的设计应能方便安全地进行运行监视和维护工作，外观和色彩应 与环境相协调。 三、电缆终端( 电缆头) 经过运行实践证明，冷缩电缆终端的硅橡胶冷缩技术具有热缩电缆终端不可 比拟的优点，其具有抗电痕、耐腐蚀、电气性能优异、使用寿命长、制作工艺简 化等特点，但其价格是热缩电缆终端的几倍。因此，我们在选用时一般采用“室 外冷缩、室内热缩”。 2 4 3 电气施工 电力线路电缆化工程的施工质量直接关系到电缆线路的使用寿命和运行维 护，因此，必须对施工过程进行全面管理，严格按照技术要求进行。 在接地网的施工中，电缆化工程中的高压分支箱、环网柜、箱式变电站等电 气设备长期暴露在城市的大街小巷，其接地必须可靠。 第二章城市电网电缆化改造 在电缆敷设施工中，一般在城市地下管线中敷设的带铠装电缆大多采用牵引 方式，但为了不损坏电缆，敷设时在电缆头处使用网状牵引头。电缆敷设时，应 防止电缆扭伤和过分弯曲。 实践证明，电缆线路故障9 5 以上是电缆头故障，而电缆头故障的原因大多 与制作工艺、质量有关，因此电缆终端头的制作必须由经过专业技术培训的人员 进行。 2 5 本章小结 本章首先阐明了城市电网的架空线进行电缆化改造的重要意义，着重指出了 电缆供电的优越性和先进性，尤其是在改善城市环境、优化城市电网的网络结构 以及提高供电可靠性等方面都有十分明显的优势。然后介绍了目前我国城市电网 电缆化的现状，指出我国城市电网电缆化改造工作面临的挑战，整体形势严峻， 任务艰巨。针对目前的现实现状，提出了城市电网电缆化改造的基本原则和对策。 最后深入细致地介绍了城市电网电缆化改造施工中的一些具体方式方法和工艺， 包括多个区域和线路电缆化改造的优先级控制、电气设备的选用、电缆敷设方式 的选择和电气施工等，这对于城市电网电缆化改造工程的具体实施具有很好的借 鉴和指导意义。 第三章层次分析法 3 1 引言 第三章层次分析法 层次分析法( a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ，简称a h p ) 1 8j 是美国著名运筹学家、 匹兹堡大学教授t l s a a t y 于1 9 7 7 年提出的。它是一种实用的多准则决策方法， 该方法以其定性与定量相结合处理各种决策因素的特点，以及系统、灵活、简洁 的优点，迅速地在社会、经济等领域中得到广泛的应用。 层次分析法的思想1 2 1 i 是首先建立清晰的层次结构分解复杂问题，其次引入测 度理论，通过两两比较，用相对标度将人的判断标量化，并逐层建立判断矩阵， 求解矩阵权重，最后计算出方案的综合排序权值。依次从下到上即可计算出底层 因素相对于总目标的相对权值。决策者根据这种数量分析，进行政策评价、选择 方案、制定和修改计划、分配资源、找到解决冲突的方法等。层次分析法是系统 工程中对非定量事件作定量分析的一种简便方法，也是对人们的主观判断进行客 观描述的一种有效方法。 3 2 层次分析法的基本原理 用层次分析法作系统分析，首先要把问题层次化，根据问题的性质和所要达 到的总目标，将问题分解为不同的组成因素，并按照因素间的隶属关系将其按不 同层次聚集组合，形成一个多层次的结构模型，并最终把系统分析归结为方案相 对于总目标的相对重要性权值的排序问题i2 2 1 。 3 2 1 层次分析模型及其构造 应用层次分析法分析社会的、经济的以及科学管理领域的问题，首先要把问 题条理化、层次化，构造出一个层次分析结构的模型。下面以一个示例1 2 3 j 来说明 如何构造层次分析模型。图3 - 1 是为选拔或招聘厂长的层次分析模型。 在图3 1 中，最高层为目标层，即选拔或招聘厂长；第二、三层为中间准则 层，是选择厂长的一般准则：工作能力、政治思想、知识化、年轻化；最低层是 方案层，在该模型中是几个候选人。由此可见，通过建立了选拔厂长的层次分析 模型，问题就归结为相对于工作能力、政治思想、知识化、年轻化这些准则，各 第三章层次分析法 候选人相对优劣比较的排序问题。 目标层 准则层 方案层 候选人s l候选人s 2候选人s 3 候选人s 4候选人s 5 图3 - 1 选拔或招聘厂长的层次分析模型 通过示例不难看出，应用层次分析法分析社会的、经济的以及科学管理等领 域的问题时，首先要对阎题有明确的认识，踢确所包含的因素及其楣互关联隶属 关系和最终所要解决的问题，这样才有利于决策人员建立问题的层次分析模型。 一般地，层次分析模型可以划分为下面几类层次：最高层：表示解决问题的 目的，即层次分析要达到的总目标；中间层：表示采取某种措施、政策、方案等 来实现预定总目标所涉及的中间环节，一般又可分为策略层、约束层、准则层等； 最低层：表示要选用的解决问题的各种措施、政策、方案等。 3 2 2 层次中的排序特征向量法 特征向量法是通过计算判断矩阵的最大特征值及其对应的特征向量，来计算 某层次因素相对于上一层次中某一因素的相对重要性权值。为了说明特征向量方 法的原理，我们简单定性说明如下。假定有n 个物体，它们的重量分i i i jw ， w ：，并假定它们的重量和为单位1 ，比较它们之间的重量，很容易得 到它们之间逐对比较的判断矩阵： a = 显然，a v = 1 q j i ，a i i 2 1 ，n # 2 c l i k a k = ( ) 。 ( 3 1 ) 一屹一圪一一一m他一一一屹一m一 第三章层次分析法 用重量向量w = w l ，w 2 ，】7 右乘a 矩阵，其结果为 a w = 阿 n w( 3 2 ) 从式( 3 2 ) 可以看出，以n 个物体重量为分量的向量w 是比较判断矩阵a 的对应于n 的特征向量。根据矩阵理论可知，n 为上述矩阵a 唯一非零的，也是 最大特征根，而w 则为其所对应的特征向量。 这就提示我们，如果有一组物体需要估算它们的相对重量，而我们又没有称 量仪器，那么我们可以通过逐对比较这组物体相对重量方法，得出每对物体相对 重量比的判断，从而形成比较判断矩阵，通过求解判断矩阵的最大特征根和它所 对应的特征向量问题，就可计算出这组物体的相对重量。 同样，对于复杂的社会的、经济的以及科学管理等领域中的问题，通过建立 层次分析模型，构造因素的判断矩阵，并求解判断矩阵最大特征根及其对应特征 向量的方法，来确定相应各种方案相对于总目标的重要性排序权值，以供领导者 决策。 3 2 3 判断矩阵及其标度 判断矩阵表示针对上一层次某因素，本层次与之有关因素之间相对重要性的 比较。因此，建立判断矩阵时，需要对各个待选方案在某一属性下评价。这时， 既可以采用模糊综合评判中的绝对评价方法，对所有方案同时进行评价打分，也 可以采用a h p 中的相对评价方法对方案进行两两比较。绝对评价可以采用模糊 隶属度函数或者专家直接打分的方法，但隶属度函数的选择存在较大的随意性， 往往难以确定合适的函数来反映专家的判断；而专家打分在需要同时比较多个量 时，往往又难以考虑比较量间的差异，不易得到准确的判断。 层次分析法在确定权重时一般都采用两两比较的方式。若有n 个比较量，则 让每一个量与其他量分别进行共n - 1 次两两比较，第i 个量与第i 个量的比较结 果记为口再加上与自身的比较结果a ，可形成一个n * n 的方阵，称为判断矩 阵。 任何系统分析都以一定的信息为基础，层次分析法的信息基础主要是人们对 于每一层次中各因素相对重要性给出的判断。这些判断通过引入合适的标度用数 值表示出来，写成判断矩阵。假定a 层因素中吼与下一层次中e ，b ：，b 。 例州 一一一 旦屹心也一h一一 第三章层次分析法 有联系，我们构造的判断矩阵一般取如下形式 旦 马 b lb 2 b l lb 1 2 6 2 。 _ 吃玩： 玩 剽 在层次分析法中，为了使决策判断定量化，形成上述数值判断矩阵，a l s a m y 教授引入i - 9 标度方法i 引。判断矩阵i - 9 标度方法如表3 1 所示。 表3 - i 判断矩阵i - 9 标度方法及其含义 一囊；糯壤t 豢。，豢 ? 。“爨j 蒸囊黼鞭囊鬟辫塑i | _ | 黧囊蒸，鏊i ”j 。 ：；1 。一；一 o i 表示两个因素相比，具有同样重要性 3表示两个因素相比，一个因素比另一个因素稍微重要 5 表示两个因素相比，一个因素比另一个因素明显重要 7 表示两个因素相比，一个因素比另一个因素强烈重要 9 表示两个因素相比，一个因素比另一个因素极端重要 2 ，4 ，6 ，8 表示上述两相邻判断的中值 倒数 因素f 与j 比较得判断6 。，则因素j 与i 比较的判断6 i = l i b 。 选择i - 9 比率标度方法是基于下述的一些事实和科学依据： ( 1 ) 实际中，当被比较的事物在我们所考虑的属性方面具有同一个数量级 或很接近时，定性的区别才有意义，也才有一定的精度。 ( 2 ) 我们注意到，在估计事物质的区别时，可以用五种判断很好地表示： 即相等、较强、强、很强、绝对强。当需要更高的精度时，还可以在相邻判断之 间进行比较，这样，总共有九个数值，它们有连贯性，因此在实践中可以应用。 ( 3 ) 我们注意到，在同对比较中，7 2 个项目为心理学极限。如果我们取 7 2 个元素进行逐对比较，它们之间的差别可以用九个数字表示出来。 ( 4 ) 社会调查也说明，在一般情况下，人们至多需要七个标度点来区分事 物之间质的差别或重要性程度的不同。 ( 5 ) 如果需要用比标度l 一9 更大的数，可用层次分析法将因素进一步分解 聚类，在比较因素之前，先比较这些聚类，就可以使因素间质的差别落在1 9 标 度范围内。 第三章层次分析法 3 2 4 判断矩阵的一致性及其检验 在构造判断矩阵时，由于客观事物的复杂性和人们认识上的多样性，要求每 一个判断都有完全的一致性显然是不可能的，特别是因素多规模大的问题更是如 此。在两两比较判断的过程中，若比较量超过两个，就可能出现不一致的判断。 例如，有3 个方案参与比较，专家认为方案3 明显优于方案1 ，方案2 稍微优于 方案1 ，按这种推理，方案3 应该优于方案2 ，而专家在实际比较方案3 与方案 2 时，也可能作出二者同等的判断。这种不一致的情况在参与比较的量较多时更 容易出现，有时甚至得到完全矛盾的判断。 所谓判断一致性“, 2 5 1 ，即判断矩阵a 有如下关系： a = a i k a j k ； i ，j ，k = l ，2 ，n ( 3 - 3 ) 根据矩阵理论，判断矩阵在满足上述完全一致性条件下，具有唯一非零的， 也是最大的特征根五一= n ，且除五。外，其余特征根均为零。而当判断矩阵具 有满意的一致性时，它的最大特征根稍大于矩阵阶数n ，