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定子线棒改造施工风险评价研究

文档作者：张弛文档来源：湖南五凌电力工程有限公司		点击数：	更新时间： 2025年06月03日
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上一篇：发电机定子线棒绝缘击穿原因分析及处理

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89
第41 卷 第5 期
2018 年5 月
水 电 站 机 电 技 术
Mechanical &amp;amp; Electrical Technique of Hydropower Station
Vol.41 No.5
May.2018
收稿日期： 2018-02-28
作者简介： 张　弛（1992-），男，助理工程师，从事水电厂机电设备
检修维护工作。
定子线棒改造施工风险评价研究
张 弛
（湖南五凌电力工程有限公司，湖南 长沙410004）
摘 要： 定子线棒改造施工风险是一个难以量化的不确定性问题，本文首先使用层次分析法建立了指标体系，然
后尝试利用集对分析法描述其确定与不确定性，并构建了基于三角模糊数的差异度系数，建立基于集对分析与三
角模糊数耦合的定子线棒施工风险评价模型。最后以工程实例验证了该工程施工风险评价的合理和实用性。该
模型评价过程直观、 计算简便、结果客观合理，此方法可为同类工程提供参考价值。
关键词： 风险评价；三角模糊数；集对分析；定子线棒
中图分类号：X913 文献标识码：A 文章编号：1672-5387（2018）05-0089-05
DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2018.05.026
0 引言
近年来，我国各地水电站出现众多因电腐蚀而
产生的定子线棒损坏情况，因此对定子线棒进行改
造施工也就势在必行，但定子线棒改造过程中工艺
复杂、定子及定子线棒本身易损伤，稍有不慎则易造
成损坏，继而造成经济损失和工期延误，如未及时发
现更可能对机组造成极其恶劣的影响。由此可见，
对定子线棒改造技术进行施工风险评价研究，对发
现事故、准确认识安全形势具有十分重要的意义。
本文拟用集对分析与三角模糊数耦合模型对定子线
棒改造施工进行风险评价。
1 集对分析基本理论
集对分析[1-2] 是以集对及其联系度的概念，描
述系统中存在的确定与不确定性及转化规律的一种
系统分析技术，它先对不确定系统中2 个有关联的
集合A 和B 构造集对（如物质与能源、信息与智能
等）H ( A,B)，用 A B μ 􀀀 表示其联系度。
A B
s f i p j
n n n
μ = + + 􀀀
A B μ = a + bj + cj 􀀀
式中：n 为集合A 和B 的表征特性数；s 为集
合A 和B 所共同具有的表征特性数；p 为集合A 和
B 中相对立的表征特性数；f 为集合A 和B 既不共
同具有、又不对立的表征特性数；s + f + p = n；a、
b 和c 为非负实数，且a、b 和c 需满足归一化条件
a+b+c=1；a=s/n，为同一度，表示集对的同一程度；
b=f/n，为差异度，表示集对差异的不确定程度；c=p/n，
为对立度，表示集对的对立程度；i 为差异不确定系
数，在[-1,1] 内取值，有时i 也仅起标记作用；j 为对
立度系数，j=-1。c 与a 对A B μ 􀀀 联系度的作用正好
相反。
当μ 在[-1,1] 变化时，反映了A 和B 两个集合
的同一和对立度。当联系度μA~B=-1 时，说明A 和
B 两个集合完全同一，可以满足目标要求；当联系度
μA~B=1，说明A 和B 两个集合完全对立，不能满足目
标要求。
2 三角模糊数
三角模糊数用来评价数据资料较少或具有较大
模糊性的工程具有一定优越性，不仅可以实现表征
信息的模糊性，还可以实现对数据处理的随机性[3-4]。
集对分析方法虽然能够表征定子线棒改造施工风
险评价的确定性特征，但是在运用集对分析理论描
述不确定性时存在较大的难度，这是因为对联系数
的差异度系数没有确切的表达式，鉴于上述问题，本
文提出采用三角模糊数来描述差异度系数的模糊
特性，定义 G 为实数 R（R∈[0,1]）上的一个模糊数，
万方数据
90 水 电 站 机 电 技 术第41 卷
定义一个隶属函数 G( x) μ ，若隶属函数 G( x) μ 可以表示
为：
( )
0
0
G x
x
x x
x x
x
α
α
α β
β α
μ
γ
β γ
γ α
γ
≤ 

 − ≤ ≤
 −
=  −  ≤ ≤
 −

 ≥
则称 G 为三角模糊数，记为 A = (α ,β ,γ )，其中
α ≤ β ≤γ 。
三角模糊数的隶属函数值域在[0,1] 之间，而集
对分析中差异度系数i 的取值范围为[-1,1]，为了使
两者在值域范围上具有一致性，将三角模糊数的隶
属函数值域从[0,1] 拓展到[-1,1]，这为建立基于集
对分析与三角模糊数定子线棒改造施工风险评价的
综合评价模型提供了理论基础。
3 集对分析与三角模糊数耦合的综合评价模型
3.1 指标体系构建
定子线棒改造技术施工安全设计因素多而复
杂，建立统一且全面的安全评价指标体系难度较大。
因此，根据相关安全生产行业标准，并参照大量相关
文献[6-7]，结合专家意见以及工程实例，建立了包括
作业人员、设备与材料、施工管理、技术因素、环境影
响业5 个一级指标以及16 个二级指标的定子线棒
改造施工安全风险评价指标体系[8-10]，如表1 所示：
表1 定子线棒改造施工风险评价体系
一级指标二级指标
作业人员
专业素养
教育培训
安全意识
设备与材料
设备完好度
材料质量
配套防护用品
施工管理
安全管理制度
组织协调水平
应急预案编制及响应
工程监理业务能力
技术因素
工艺精细度
工艺复杂度
技术交底
环境影响
天气条件
施工场地条件
火灾、中毒、触电、洪涝等事故
本文拟对定子线棒改造施工中危险性较大的步
骤，包括并头套及接头切割、槽楔退出、线棒拆除、铁
心清理、线棒下线、槽楔打入、线棒接头焊接7 项工
作的风险程度进行评价。
3.2 指标赋权
层次分析法（AHP）法[11] 为一种定性定量兼顾
的分权方法，其主要步骤是先对问题进行分解，然后
按支配关系将其进行分组形成层次结构[14]，接着通
过两两比较确定相对重要性，最后结合经验判断，决
定各风险因素的总排序。本文结合定子线棒施工风
险定性指标较多的实际情况，对安全评价指标划分
了层次，而后选用层次分析法量化定性指标并对其
进行分权。该方法可以对实际经验进行量化，本文
决定采用9 级标度，拟用方根法计算权重向量。
3.3 联系度构造
对于分类等级为5 的实际不确定性评价问题，
可用5 元联系数来反映其同、异、反系统结构。不同
指标实测值对标准等级的“同、异、反”隶属程度存
在差异，相应的联系度表达形式不相同[12]。现以越
小越优（即反向指标）来阐述对于评价标准等级Ⅰ
（k=1）相应的联系数表达式构建原理。设评价原理
n（n=1,2，…，N）等级k（k=1,2，…，5）的上界限分别
为snk，当评价样本指标值小于Ⅰ级标准界限值sn1 则
定义为同一性，相应的同一度数系数取1；大于Ⅴ级
标准界限值sn5 则定义为对立性，对立度系数j 取-1；
而将落入Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级标准界限范围内的定义为差异
性，此不确定性需进一步细化。若定义符合Ⅱ级标
准定义为偏同差异性，符合Ⅲ级标准定义为中差异
性，符合Ⅳ级标准定义为偏反差异度系数，则相应的
联系数表达式可构建为：
1 2 3 1
2 1
1 2 3 1 2
1 2 1 2
3 2
1 2 3 2 3
2 3 2 3
4 3
1 2 3 3 4
3 4 3 4
1 2
1 0 0 0 0
0 0 0
0 0 0
0 0 0
0 0 0
pn n
pn n n pn
n pn n
n n n n
pn n n pn
n pn n
n n n n
pn
pn n n pn
n pn n
n n n n
pn
i i i j s s
s s s s
i i i j s s s
s s s s
s s s s
i i i j s s s
s s s s
s s s s
i i i j s s s
s s s s
s
i i
μ
+ + + + ≤
− −
+ + + + < ≤
− −
− −
+ + + + < ≤
− −
=
− −
+ + + + < ≤
− −
−
+ + + 5 4
3 4 5
4 5 4 5
1 2 3 5 0 0 0 0
n n pn
n pn n
n n n n
pn n
s s s
i j s s s
s s s s
i i i j s s

 −  + < ≤ − − 
 + + + + >
≤
≤
≤
≤
≤
（ 1）
式中，μpn 表示待评样本p 的第n 个评价指标实
测值对评价等级标准I 的联系数；spn 为样本p 评价
指标n 的实测值。同理可推得效益型指标的表达式
≤
≥
≤ ≤
≤ ≤
≤ ≤
万方数据
第 5 期 91
为：
1 2 3 1
2 1
1 2 3 1 2
1 2 1 2
3 2
1 2 3 3 2
2 3 2 3
4 3
1 2 3 4 3
3 4 3 4
1 2
1 0 0 0 0
0 0 0
0 0 0
0 0 0
0 0 0
pn n
pn n n pn
n pn n
n n n n
pn n n pn
n pn n
n n n n
pn
pn n n pn
n pn n
n n n n
pn
i i i j s s
s s s s
i i i j s s s
s s s s
s s s s
i i i j s s s
s s s s
s s s s
i i i j s s s
s s s s
s
i i
μ
+ + + + ≥
− −
+ + + + > ≥
− −
− −
+ + + + > ≥
− −
=
− −
+ + + + > ≥
− −
−
+ + + 5 4
3 5 4
4 5 4 5
1 2 3 5 0 0 0 0
n n pn
n pn n
n n n n
n pn
s s s
i j s s s
s s s s
i i i j s s

 −  + > ≥ − − 
 + + + + >
≥
≥
≥
≥
≥
（ 2）
由式（1）和式（2）可知，多元联系数能描述实际
问题评价过程中的确定性和不确定性特征, 并通
过差异度系数实现表示相邻标准等级之间的模糊
性, 但差异度系数求解一直是集对分析的一个难
题, 且以往集对分析很少考虑差异度系数取值的
模糊性。在此引入分段三角模糊数来分析差异度
系数。
若将等级界限值sn2、sn3、和sn4 处的差异度系数
分别取作i1=0.5、i2=0 和i3=-0.5。则其他指标值对
应的差异度可按三角模糊数求得:
（ 3）
（ 4）
（ 5）
将式（3）~（5）代入式（1）或（2）。可得联系数
1
2
2 1
2 1 2
1 2 1 2
23
3 2
2 2 3
2 3
3 3 4
2 3 4
3 4
2
5 4
2 4 5
4 5 4 5
1
( )
2( )
( )+( )( )
2( )
( )( )
2( )
( )
2( )
pn n
pn n n pn
n pn n
n n n n
pn n pn n n pn
n pn n
n n
pn
n pn n n
n pn n
n n
pn n n pn
n pn n
n n n n
s s
s s s s
s s s
s s s s
s s s s s s
s s s
s s
s s s s
s s s
s s
s s s s
s s s
s s s s
μ
≤
− −
+ < ≤
− −
− − −
< ≤
−
=
− −
− < ≤
−
− −
− − < ≤
− −
− 5 1 pn n s s

 >
（ 6）
式中符号含义同前说明。
3.4 综合联系度计算与评级
首先根据式（6）计算待评样本p 的第n 个指标
对等级标准的联系数μpn，再结合指标向量ωn 计算
相应的综合联系数μp，以评定等级，相应的计算模型
为
1
N
p n pn
n
μ ω μ
=
=Σ （ 7）
对于等级为5 类的综合评价的数学模型为
mp=3~2μp （ 8）
式中，mp 为待评样本的综合联系数的评价等级。
4 实例分析
本文以近尾洲水电站3 号机组定子线棒改造项
目为例，简述集对分析与三角模糊数耦合风险评价
法对定子线棒改造施工风险进行分析与评价的过
程，得出评价等级并与实际情况相比较。
4.1 工程资料
近尾洲电厂安装有3 台由奥地利制造的灯泡贯
流式水轮发电机组，单机容量为21.06 MW。由于电
腐蚀的侵害，近尾洲水电站于2017 年对3 号机组进
行定子线棒改造施工，3 号机组定子基本参数见表2。
表2 定子基本参数
支路数a=1 极距τ 6
气隙7.5 mm 每极每相槽数q 2
定子铁心内径6 400 mm 每槽电气角度δ 30°
定子铁心外径7 000 mm 磁极对数2P=80
定子轴向长度2 350 mm 绕组形式条形波绕阻
定子槽数480 绕组节距1—7—13
定子总重80 t 三相绕组接法单Y
绝缘等级F 绕组最高允许温升78 K
绕组直流电阻0.030 75 Ω/ 相- -
4.2 模型应用
≤
≤
≤
≤
≤
张　弛：定子线棒改造施工风险评价研究
万方数据
92 水 电 站 机 电 技 术第41 卷
定子线棒改造施工风险体系的各层指标分别注
重于设备安全、危险程度以及措施对风险的影响程
度，所以很多指标只能用定性的方法，如安全性、危险
性，好与坏来衡量；因此，本文通过参考他人研究成果
并结合多名技术骨干的意见，对风险等级按照风险很
低、风险较低、风险一般、风险较高、风险很高进行5
级分类，如表3 所示。并通过专家打分法对定子线棒
改造施工风险指标中的各项二级指标进行了评分，结
合层次分析法得各指标权重如表4 所示。
表4 所得分数为根据统计数据所得平均值，每
项指标的具体权重皆为利用层次分析法计算结果。
接着根据二级指标具体评分以及指标权重求得一级
指标评分，如表5 所示。
表4
指标
并头套及接头
切割评分
槽楔退出评分
线棒拆除
评分
铁心清理
评分
线棒下线
评分
槽楔打入
评分
线棒接头
焊接评分
权重
作业
人员
专业素养85 81.25 83.75 83.75 83.75 87.5 83.75 0.339 7
教育培训75 80 83.75 80 82.5 81.25 80 0.307 9
安全意识87.5 87.5 85 83.75 83.75 83.75 85 0.352 4
设备
与
材料
设备完好度73.75 76.25 67.5 82.5 88.75 83.75 86.25 0.327 9
材料质量75 77.5 70 82.5 85.5 83.75 81.25 0.390 3
配套防护用品81.25 81.25 78.75 78.75 81.25 82.5 85 0.281 8
施工
管理
安全管理制度83.75 88.75 83.75 85.5 86.25 83.75 82.5 0.291 4
组织协调水平81.25 81.25 83.75 78.75 86.25 83.75 85.5 0.239 2
应急预案编制及响应82.5 85 84 84.75 87.75 86.75 85 0.266 2
工程监理业务能力73.75 78.75 81.25 85 83.75 86.25 82.5 0.203 2
技术
因素
工艺精细度86.25 73.75 76.25 63.75 70 72.5 72.5 0.341 8
工艺复杂度85 83.75 83.75 70 80 76.25 68.75 0.330 3
技术交底85 86.25 86.75 87.5 85 86.25 83.75 0.327 9
环境
影响
天气条件80 77.5 75 82.5 85 85 77.5 0.253 7
施工场地条件76.25 81.25 80 76.25 80 76.25 73.75 0.402 3
火灾、中毒、触电、洪涝等事故77.5 77.5 72.5 81.25 76.25 80 76.25 0.344
表3
参数
等级标准
I 级II 级III 级IV 级V 级
很安全较安全安全性一般较危险很危险
作业人员评分/ 分93 88 83 78 73
设备与材料评分/ 分90 85 80 75 70
施工管理评分/ 分93 88 83 78 73
技术因素评分/ 分89 84 79 74 69
环境影响评分/ 分88 83 78 73 68
表5
工作内容
作业人
员评分
设备与材
料评分
施工管
理评分
技术因素
评分
环境影响
评分
并头套及接头
切割
82.80 76.35 80.79 85.43 77.63
槽楔退出83.07 78.15 83.93 81.15 79.01
线棒拆除84.19 71.65 83.31 82.17 76.15
铁心清理82.6 81.44 83.58 73.60 79.56
线棒下线83.37 85.37 86.14 78.22 79.98
槽楔打入84.25 83.4 85.06 78.25 79.76
线棒接头焊接83.04 83.95 83.88 74.95 75.56
权重0.221 9 0.200 3 0.197 6 0.224 6 0.155 6
4.3 联系数计算
首先将n 个评价指标额样本值组成评价指标集
An 和第n 个评价指标的评价标准集Bn，构成集对
H=（An，Bn）。由式（1）~ 式（2）计算得各评价指标样本
值的分级联系度计算式，以线棒拆除为例，相应表达
见表6。
表6
指标联系度计算式
B1 0 + 0.238i1 + 0.762i2 + 0i3 + 0 j
B2 1 2 3 0 + 0i + 0i + 0.33i + 0.67 j
B3 1 2 3 0 + 0.062i + 0.938i + 0i + 0 j
B4 1 2 3 0 + 0.634i + 0.366i + 0i + 0 j
B5 1 2 3 0 + 0i + 0.63i + 0.37i + 0 j
根据表6 计算式，分别对并头套及接头切割、槽
楔退出、线棒拆除、铁心清理、线棒下线、槽楔打入、
线棒接头焊接进行联系度计算，具体过程与前面类
似。然后根据式（3）~ 式（5）推论出的式（6），可求得基
于三角模糊数的联系数如表7。
4.4 综合联系度计算与评级
根据式（7）和式（8）并结合求得的权重向量ωn
得μp 和综合联系度如表8。
万方数据
第 5 期 93
由表7 可见，线棒拆除、铁心清理、线棒接头焊
接评价等级为3 级（安全性一般），并头套及接头切
割、槽楔退出、线棒下线、槽楔打入为2 级（较安全），
7 个步骤的评价结果都为一般及以上，因此表明该
项目总体安全性较好，不易出现重大事故。在实际
情况中，线棒拆除时易对设备及材料产生损害，波及
范围广，损害程度大；铁心清理时因为作业面直接接
触铁心及内槽，在清理过程中容易对铁心造成损伤，
且清理过程工作量大，工作是否顺利直接影响总工
期是否延误；在线棒接头焊接时，由于焊接作业需要
专业人员从事，焊接过程要求一定的精细程度，且焊
接工作会产生毒烟并属于动火作业，又受工作场地
限制易发生火灾、工作人员中毒等事故。由此可见，
以上3 个工作在施工时需要被重点关注，而本文的
评级也将此3 个工作评级为3 级（安全性一般），可
见评价结果与实际情况相符。
5 结论
本文先使用集对分析法描述其确定与不确定
性，再利用三角模糊数充分体现了差异度系数存在
的模糊性和不确定性，然后建立了基于集对分析与
三角模糊数耦合模型的定子线棒改造施工风险评价
模型。实例应用结果表明，该模型评价思路清晰、运
算简便、评价结果精准；同时，该模型将模糊数学知
识和集对分析方法有机结
合，为集对分析对不确定性
的描述提供了一种有效的
手段，不仅拓展了模糊数学
的应用范围，丰富了集对分
析方法，也为定子线棒改造
施工风险提供了一种新的
评价方法。
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表7
工作内容μp1 μp2 μp3 μp4 μp5
并头套及接头切割-0.02 -0.365 -0.221 0.786 -0.037
槽楔退出0.007 -0.185 0.093 0.215 0.101
线棒拆除0.119 -0.725 0.031 0.317 -0.185
铁心清理-0.04 0.144 -0.058 -0.503 0.156
线棒下线0.037 0.574 0.314 -0.078 0.198
槽楔打入0.125 0.34 0.206 -0.075 0.176
线棒接头焊接0.004 0.395 0.088 -0.405 -0.244
表8
工作内容μp
综合联系度评价等级
/ B1 B2 B3 B4 B5
并头套及接头切割-0.004 -0.073 1 0.043 7 0.176 5 -0.005 8 0.049 6 2.900 1
槽楔退出0.001 6 -0.037 1 0.018 4 0.048 3 0.015 7 0.046 9 2.906 2
线棒拆除0.026 4 -0.145 1 0.006 1 0.071 2 -0.028 8 -0.070 2 3.140 3
铁心清理-0.00 8 0.028 8 -0.01 1 -0.11 3 0.024 3 -0.080 2 3.160 5
线棒下线0.008 2 0.115 0.062 -0.01 7 0.030 8 0.198 5 2.603
槽楔打入0.027 7 0.068 1 0.040 7 -0.01 6 0.027 4 0.147 1 2.705 8
线棒接头焊接0.000 9 0.079 1 0.017 4 -0.091 -0.038 -0.031 5 3.063 1
张　弛：定子线棒改造施工风险评价研究

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