CN104166788A - 一种架空输电线路最佳经济寿命区间评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种输电线路最佳经济寿命区间的评估方法。输变电设备故障率预测结果的误差和全寿命周期成本部分参数粗略计算的主观性使得采用定值计算的经济寿命结果有一定的偏差。本发明利用模糊综合评价法和层次分析法分别计算各指标隶属度和权重；接着，通过最小二乘支持向量机结合输电线路的役龄、外部运行环境和自身质量状况相关数据对输电线路的三种故障率分别进行训练输出和误差计算，得到输电线路的故障率预测模型；最后，将区间分析法引入到全寿命周期成本理论中，最终得到输电线路的最佳经济寿命区间。本发明充分考虑了输电线路野外运行环境恶劣、地域跨度大等特点，同时解决了不同类型输电线路难以给出统一寿命终止标准的问题。

Description

一种架空输电线路最佳经济寿命区间评估方法

技术领域

本发明属于电力***领域，具体地说是一种架空输电线路最佳经济寿命区间评估方法。

背景技术

作为电网的重要组成部分，输电线路长期处于环境恶劣的野外且运行工况复杂多样，因此在未达到预期设计寿命之前就有可能出现故障率偏高、部件更换频繁等情况。对具有一定役龄的输电线路进行寿命评估，可以有效避免因过高的故障率或频繁的维护修理而造成的大量直接经济损失，并且在减少停电造成的电网高风险运行后果和间接经济损失方面更有不可估量的作用。在电网的全寿命周期资产管理中，输电线路寿命预测能够实现电网设备间的寿命匹配，提高设备利用率，减少电力企业运营成本。此外，随着我国电网规模的不断扩大和电网结构的日益复杂，合理的输电线路退役时间还可用于指导未来电网的规划、升级和改造。

以往基于威布尔分布或指数分布的故障率预测模型仅仅将役龄作为主变量，并没有考虑其他因素对故障率的影响，而且对故障后果的严重程度不加以区分，难以精细化计算故障成本和维修成本。

输变电设备故障率预测结果的误差和全寿命周期成本部分参数粗略计算的主观性使得采用定值计算的经济寿命结果有一定的偏差，进而对指导输变电设备退役造成影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种架空输电线路最佳经济寿命区间评估方法，其充分考虑不确定信息对线路经济寿命评估结果的影响，以提高结果的可信度和合理性。

为此，本发明采用如下的技术方案：一种架空输电线路最佳经济寿命区间评估方法，其特征在于，

首先，根据历史统计资料，整理和分类输电线路外部运行环境和自身质量状况评估指标，利用模糊综合评价法和层次分析法分别计算各指标隶属度和权重；

接着，根据故障后果严重程度将故障分为一般故障(线路缺陷、设备异常、轻微故障)、较大故障(造成七到八级电网事故或同等严重故障)和严重故障(造成一到六级电网事故或同等严重故障)三种类型，通过最小二乘支持向量机结合输电线路的役龄、外部运行环境和自身质量状况相关数据对输电线路的三种故障率分别进行训练输出和误差计算，得到输电线路的故障率预测模型；

最后，将区间分析法引入到全寿命周期成本理论中，由待评估线路故障率区间计算故障成本和维修成本并将各成本指标区间化，以年均成本最小为目标求解最优的输电线路退役时间范围，消除单一定值的偏差，最终得到输电线路的最佳经济寿命区间。

利用本发明判断出的线路最佳经济寿命区间，可以制定线路退役标准。如果线路运行时间超过最佳经济寿命区间，则线路退役；如果未超过最佳经济寿命区间，则线路继续运行。

本发明充分考虑了输电线路野外运行环境恶劣、地域跨度大等特点，同时解决了不同类型输电线路难以给出统一寿命终止标准的问题。

本发明采用以下具体步骤：

步骤1)，输电线路外部运行环境和自身质量状况评估因素集、指标集和评语集的建立，

将因素集及各下层指标均分为4个评语等级，即评语集为V＝{v₁,v₂,v₃,v₄}＝{良好，尚好，一般，不良}；

步骤2)，输电线路外部运行环境和自身质量状况评估指标隶属度和权重的计算，

指标隶属度的计算如下：通过制作评价表给各位专家，根据专家的评定情况计算各个指标的隶属度，指标隶属度r_ij的计算公式如下：

$r_{\mathrm{ij}}=\frac{P_{\mathrm{ij}}}{P_{\mathrm{total}}}$

式中，P_ij表示认为因素集中第i指标属于评语v_j的专家人数，P_total表示参加评定的专家总人数，i＝1，2，…，u，u为因素集中的指标个数，j＝1-4，在求得指标集的隶属度之后，可得因素集模糊隶属度矩阵R；

指标权重的确定采用层次分析法(AHP)中的“9分度法”，经过专家排序计算后，可得因素集各指标权重向量W；

步骤3)，外部运行环境和自身质量状况的综合评估及评分，其模糊综合评估向量B的计算公式如下：

B＝WoR

式中，R为因素集模糊隶属度矩阵，W为因素集各指标权重向量，“o”为运算符，代表合成运算，采用M(·,+)算子，即

$b_j=\underset{i=1}{\overset{u}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{r}_{\mathrm{ij}}$

式中，b_j为因素集对评语v_j的隶属度，w_i为因素集中第i指标的权重，r_ij为指标隶属度；

计算得到因素集的模糊综合评估向量后，依照最大隶属度原则，则因素集的综合评估结果为最大隶属度所对应评语v_j；假设评语集对应的评分集为即相应的评语等级对应相应的评分，则综合评估结果为评语v_j的因素集评分为

步骤4)，样本线路历史数据训练和误差分析：

参将阶段役龄T、运行环境评分和质量状况评分相同的输电线路定义为同类线路，并分析同类线路在阶段役龄T期间的历史数据，分别统计出三类故障率作为一个样本(由于线路在一年中不同季节有不同的故障类型以及不同年份由于某次重大灾害导致故障率的浮动，故对同类线路故障次数的统计时长相应地设为5年较为科学)，

同类线路阶段役龄的年故障率λ计算公式如下，单位为次/年·百公里， $\mathrm{\λ}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{5\mathrm{years}}{Q}^{(T,S_{E_1},S_{E_2},S_{H_1},S_{H_2})}}{5\×\mathrm{\Σ}{l}^{(T,S_{E_1},S_{E_2},S_{H_1},S_{H_2})}},$

式中，为5年内同类线路故障的总故障次数，一般故障、较大故障、严重故障分别统计，为5年末同类线路长度和；

输电线路故障率预测模型中，样本线路数据为线路基本信息向量x_m＝(x_m1,x_m2,x_m3,x_m4,x_m5)和线路实际故障率向量λ_m＝(λ_m1,λ_m2,λ_m3)，其中，m＝1，2，…，M+N，M+N为样本数量；x_m1,x_m2,x_m3,x_m4,x_m5分别表示样本线路的阶段役龄T和因素集评分λ_m1,λ_m2,λ_m3分别为样本线路的一般故障、较大故障和严重故障的故障率；采用M组样本做训练，N组样本做验算，误差的计算公式如下：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{|{\mathrm{\λ}}_n^{\mathrm{re}}-{\mathrm{\λ}}_n^{\mathrm{pre}}|}{{\mathrm{\λ}}_n^{\mathrm{re}}}$

式中，为用作验算的样本线路故障率实际统计值，为用作验算的样本线路故障率预测值，N为用作验算的样本数量，ε为误差平均值；

步骤5)，待评估线路的故障率区间预测：

对待评估线路进行故障率预测时，该条线路的运行环境因素集评分和按投运后线路走廊历年环境状况来判定，质量状况因素集评分和按照线路历年运行检修记录和状态评估结果来评定；

步骤6)，线路全寿命周期成本分析：

当输电线路运行至第L年退役时，其年平均成本如下：

${\mathrm{NF}}_L=\frac{1}{L}[\mathrm{IC}+\underset{t=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{OC}}_t+{\mathrm{MC}}_t+{\mathrm{FC}}_t){\left(\frac{1+R}{1+r}\right)}^t-\mathrm{DC}{\left(\frac{1+R}{1+r}\right)}^L],t=\mathrm{1,2},\·\·\·,L$

式中，L为输电线路的运行年数，NF_L为输电线路运行L年的年平均成本，IC表示初始投入成本，r为社会贴现率，废弃成本DC为收入型成本，R为人工材料费用增长率，OC_t、MC_t、FC_t分别为输电线路第t年的运行成本、维修成本和故障成本；

步骤7)，线路成本区间化计算：

线路建成投运后，一次性投入成本IC是固定的，运行成本OC在运行计划确定的情况下，每年的支出在一个区间内浮动；线路退役后，废弃成本计算公式如下：

DC＝p×IC

式中，p为废弃成本百分比区间；

求得各类成本区间之后，通过寻找年平均费用NF_L最小时的运行年数范围，可得输电线路的最佳经济寿命区间。

进一步，步骤5)中，假设输电线路最长能运行至阶段役龄T_max，将待评估线路的阶段役龄按“1”到“T_max”依次代入，求出该线路各阶段役龄的三类年故障率；然后，进行阶段役龄年故障率向实际役龄年故障率的转化，转化过程如下：输电线路各阶段役龄上下限年数取平均值，将阶段役龄年故障率分别定为线路运行3年(1～5年)、8年(6～10年)、……、5T_max-2年(5T_max-4～5T_max年)时的年故障率，采用三次样条插值，计算得到输电线路运行1-5T_max年的年故障率；最后，根据误差ε将故障率区间化，计算三类故障的故障率范围，故障率区间化公式如下：

$[{\mathrm{\λ}}_t^{\min },{\mathrm{\λ}}_t^{\max }]=[(1-\mathrm{\ϵ}){\mathrm{\λ}}_t,(1+\mathrm{\ϵ}){\mathrm{\λ}}_t]$

分别为第t年线路故障率的下限和上限，λ_t为插值运算后第t年线路故障率预测值。

进一步，步骤6)中，输电线路第t年所需的维修成本MC_t和故障成本FC_t与故障率有关，计算公式如下：

${\mathrm{MC}}_t=\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{M}_k{\mathrm{\λ}}_k\left(t\right)l$

${\mathrm{FC}}_t=\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{F}_k{\mathrm{\λ}}_k\left(t\right)l$

下标k＝1,2,3分别表示一般故障、较大故障、严重故障，λ_k(t)为线路故障率，l为输电线路长度，M_k为输电线路每次故障的平均部件更换费用和人工维修费用，F_k为输电线路故障造成的平均综合损失。

进一步，步骤6)中，社会贴现率r、维修成本M_k、故障成本F_k、人工材料费用增长率R均采用区间数表示。

进一步，步骤4)中，对输电线路故障率进行训练计算时，采用相同电压等级的输电线路数据(输电线路电压等级不同，故障率差别很大)。

进一步，步骤4)中，以线路初始投入年月为基准进行役龄统计，统计时以5年为单位计算阶段役龄T，假设某线路已投运Z年，则其阶段役龄为其中为上取整符号。例如役龄为“6-10年”的线路其阶段役龄为“2”。

本发明结合了输电线路老化和故障“多因素影响，多后果构成”的复杂特性以及故障率误差分析，与以往单役龄变量的输变电设备故障率曲线拟合预测模型相比，使得输电线路故障率预测结果更加合理。对输电线路进行全寿命周期成本分析与区间化，并以年均成本最小作为判据求得综合可靠性和经济性指标的线路最佳经济寿命区间，充分考虑了不确定信息对线路经济寿命评估结果的影响，提高了结果的可信度和合理性。本发明充分考虑了输电线路野外运行环境恶劣、地域跨度大等特点，同时解决了不同类型输电线路难以给出统一寿命终止标准的问题。

附图说明

图1为本发明线路故障率预测模型流程图。

图2a～c为应用例中算例线路(线路1和线路2)一般故障、较大故障、严重故障的故障率曲线(图中上面的一条曲线为线路1，下面的一条曲线为线路2)，其中图2a为线路1和线路2一般故障的故障率曲线，图2b为线路1和线路2较大故障的故障率曲线，图2c为线路1和线路2严重故障的故障率曲线。

图3a～b为应用例中线路1和线路2年均全寿命周期成本曲线。图3a为线路1年均全寿命周期成本上下限曲线，图3b为线路2年均全寿命周期成本上下限曲线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明，本发明包括以下步骤：

步骤(1)，线路运行环境和质量状况评估因素集、指标集和评语集的建立。具体是：

输电线路运行环境和质量状况评估因素集和指标集如表1所示。

表1 输电线路运行环境和质量状况评估因素集和指标集

将因素集及各下层指标均分为4个评语等级，即评语集为：V＝{v₁,v₂,v₃,v₄}＝{良好，尚好，一般，不良}。

步骤(2)，线路运行环境和质量状况评估指标隶属度和权重的计算。具体是：

指标隶属度的计算采用模糊综合评价法。通过制作评价表给各位专家，根据专家的评定情况计算各个指标的隶属度，指标隶属度r_ij的计算公式如下：

$r_{\mathrm{ij}}=\frac{P_{\mathrm{ij}}}{P_{\mathrm{total}}}$

式中，P_ij表示认为因素集中第i指标属于评语v_j的专家人数，P_total表示参加评定的专家总人数，i＝1，2，…，u，u为因素集中的指标个数，j＝1-4。在求得指标集的隶属度之后，可得因素集模糊隶属度矩阵R。

指标权重的确定采用层次分析法(AHP)中的“9分度法”，经过专家排序计算后，可得因素集各指标权重向量W。

因素集模糊隶属度矩阵和指标权重向量示例如下所示：

步骤(3)，运行环境和质量状况的综合评估及评分。具体是：

B为模糊综合评估向量，其计算公式如下：

B＝WoR

式中，“o”为运算符，代表合成运算，本发明采用M(·,+)算子，即

$b_j=\underset{i=1}{\overset{u}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{r}_{\mathrm{ij}}$

式中，b_j为因素集对评语v_j的隶属度，w_i为因素集中第i指标的权重。

计算得到因素集的模糊综合评估向量后，依照最大隶属度原则，则因素集的综合评估结果为最大隶属度所对应评语v_j。本发明假设评语集对应的评分集为即相应的评语等级对应相应的评分，则综合评估结果为评语v_j的因素集评分为

步骤(4)，样本线路历史数据训练和误差分析。具体是：

对训练样本线路的输入信息有以下说明。

1)输电线路电压等级不同，故障率差别较大，因此对输电线路故障率进行训练计算时，采用相同电压等级的输电线路数据。

2)参考国家电网颁布的关于输电线路故障后果的标准，根据严重程度将故障分为一般故障(线路缺陷、设备异常、轻微故障)、较大故障(造成七到八级电网事故或同等严重故障)、严重故障(造成一到六级电网事故或同等严重故障)三种类型，分别统计线路三类故障率。

3)以线路初始投入年月为基准进行役龄统计，统计时以5年为单位计算阶段役龄T，假设某线路已投运Z年，则其阶段役龄为其中为上取整符号。例如役龄为“6～10年”的线路其阶段役龄为“2”。

4)将阶段役龄T、运行环境评分和质量状况评分相同的输电线路定义为同类线路，并分析同类线路在阶段役龄T期间的历史数据，分别统计出三类故障率作为一个样本。由于线路在一年中不同季节有不同的故障类型以及不同年份由于某次重大灾害导致故障率的浮动，故对同类线路故障次数的统计时长相应地设为5年较为科学。

同类线路阶段役龄的年故障率λ计算公式如下，单位为次/年·百公里。

$\mathrm{\λ}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{5\mathrm{years}}{Q}^{(T,S_{E_1},S_{E_2},S_{H_1},S_{H_2})}}{5\×\mathrm{\Σ}{l}^{(T,S_{E_1},S_{E_2},S_{H_1},S_{H_2})}}$

式中，为5年内同类线路故障的总故障次数(一般故障、较大故障、严重故障分别统计)，为5年末同类线路长度和。

输电线路故障率预测模型中，样本线路数据为线路基本信息向量x_m＝(x_m1,x_m2,x_m3,x_m4,x_m5)和线路实际故障率向量λ_m＝(λ_m1,λ_m2,λ_m3)，其中，m＝1，2，…，M+N(M+N为样本数量)。x_m1,x_m2,x_m3,x_m4,x_m5分别表示样本线路的阶段役龄T和因素集评分λ_m1,λ_m2,λ_m3分别为样本线路的一般故障、较大故障和严重故障的故障率。本发明采用M组样本做训练，N组样本做验算，误差的计算公式如下：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{|{\mathrm{\λ}}_n^{\mathrm{re}}-{\mathrm{\λ}}_n^{\mathrm{pre}}|}{{\mathrm{\λ}}_n^{\mathrm{re}}}$

式中，为用作验算的样本线路故障率实际统计值，为用作验算的样本线路故障率预测值，N为用作验算的样本数量，ε为误差平均值。

步骤(5)，待评估线路的故障率区间预测。具体是：

对待评估线路进行故障率预测时，该条线路的运行环境因素集评分和按投运后线路走廊历年环境状况来判定，质量状况因素集评分和按照线路历年运行检修记录和状态评估结果来评定。

假设输电线路最长能运行至阶段役龄T_max，将待评估线路的阶段役龄按“1”到“T_max”依次代入，求出该线路各阶段役龄的三类年故障率。然后，进行阶段役龄年故障率向实际役龄年故障率的转化，转化过程如下：输电线路各阶段役龄上下限年数取平均值，将阶段役龄年故障率分别定为线路运行3年(1～5年)、8年(6～10年)……5T_max-2年(5T_max-4～5T_max年)时的年故障率，采用三次样条插值，计算得到输电线路运行1～5T_max年的年故障率。最后，根据误差ε将故障率区间化，计算三类故障的故障率范围。故障率区间化公式如下：

$[{\mathrm{\λ}}_t^{\min },{\mathrm{\λ}}_t^{\max }]=[(1-\mathrm{\ϵ}){\mathrm{\λ}}_t,(1+\mathrm{\ϵ}){\mathrm{\λ}}_t]$

分别为第t年线路故障率的下限和上限，λ_t为插值运算后第t年线路故障率预测值。

评估线路的故障率预测模型的流程图见图1。

步骤(6)，线路全寿命周期成本分析。具体是：

当输电线路运行至第L年退役时，其年平均成本如下：

${\mathrm{NF}}_L=\frac{1}{L}[\mathrm{IC}+\underset{t=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{OC}}_t+{\mathrm{MC}}_t+{\mathrm{FC}}_t){\left(\frac{1+R}{1+r}\right)}^t-\mathrm{DC}{\left(\frac{1+R}{1+r}\right)}^L],t=\mathrm{1,2},\·\·\·,L$

式中，L为输电线路的运行年数，NF_L为输电线路运行L年的年平均成本，IC表示初始投入成本，r为社会贴现率，废弃成本DC为收入型成本，R为人工材料费用增长率。OC_t、MC_t、FC_t分别为输电线路第t年的运行成本、维修成本和故障成本。

输电线路第t年所需的维修成本MC_t和故障成本FC_t与故障率有关，计算公式如下：

${\mathrm{MC}}_t=\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{M}_k{\mathrm{\λ}}_k\left(t\right)l$

${\mathrm{FC}}_t=\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{F}_k{\mathrm{\λ}}_k\left(t\right)l$

下标k＝1,2,3分别表示一般故障、较大故障、严重故障，λ_k(t)为线路故障率，l为输电线路长度，M_k为输电线路每次故障的平均部件更换费用和人工维修费用，F_k为输电线路故障造成的平均综合损失。

步骤(7)，线路成本区间化计算。具体是：

线路建成投运后，一次性投入成本IC是固定的。运行成本OC在运行计划确定的情况下，每年的支出基本在一个区间内浮动(本发明不计线路损耗)。线路退役后，废弃成本计算公式如下：

DC＝p×IC

式中，p为废弃成本百分比区间。此外，社会贴现率r、维修成本M_k、故障成本F_k、人工材料费用增长率R均采用区间数表示。

求得各类成本区间之后，通过寻找年平均费用NF_L最小时的运行年数范围，可得输电线路的最佳经济寿命区间。

应用例

为验证上述架空输电线路最佳经济寿命区间评估方法的可行性。选取某地区两条220kV架空输电线路进行最佳经济寿命区间评估。线路1全长42.9km，于2005年7月投运，建成时总价为2143.3万元；线路2全长37.8km，于2004年11月投运，建成时总价为1873.5万元。

通过多位专家的评价，线路1和线路2各因素集的模糊综合评判结果如下：

$\begin{array}{cc}{B}_{E_1}^{\mathrm{line}1}=\left[\begin{array}{cccc}0.0948& 0.2080& 0.5907& 0.1065\end{array}\right]& B_{E_1}^{\mathrm{line}2}=\left[\begin{array}{cccc}0.1436& 0.4925& 0.2211& 0.1428\end{array}\right]\\ B_{E_2}^{\mathrm{line}1}=\left[\begin{array}{cccc}0.2260& 0.5314& 0.2122& 0.0304\end{array}\right]& B_{E_2}^{\mathrm{line}2}=\left[\begin{array}{cccc}0.4640& 0.2682& 0.2009& 0.0669\end{array}\right]\\ B_{H_1}^{\mathrm{line}1}=\left[\begin{array}{cccc}0.1333& 0.4662& 0.2471& 0.1534\end{array}\right]& B_{H_1}^{\mathrm{line}2}=\left[\begin{array}{cccc}0.5035& 0.2664& 0.1524& 0.0777\end{array}\right]\\ B_{H_2}^{\mathrm{line}1}=\left[\begin{array}{cccc}0.1508& 0.2358& 0.5142& 0.0992\end{array}\right]& B_{H_2}^{\mathrm{line}2}=\left[\begin{array}{cccc}0.1662& 0.5098& 0.2248& 0.0992\end{array}\right]\end{array}$

可得线路1和线路2的E₁、E₂、H₁、H₂评估结果为一般、尚好、尚好、一般，即S_line1＝{3,2,2,3}和尚好、良好、良好、尚好，即S_line2＝{2,1,1,2}。

经过故障率预测模型的训练输出和插值运算，得到线路1和线路2三类故障的故障率曲线如图2a～c所示。根据验算结果误差计算，取故障率的误差ε为7.5％。

参考当地电力企业的相关历史数据，输电线路各成本及相关经济参数区间如表2。

表2 输电线路各成本及相关经济参数区间

成本及相关经济参数	区间范围
		运行成本OC(万元/年·百公里)	[13,16]
一般故障平均维修和故障成本和(万元/次)	[10,12]
		较大故障平均维修和故障成本和(万元/次)	[121,128]
严重故障平均维修和故障成本和(万元/次)	[406,419]
		社会贴现率r	[0.055,0.06]
人工材料费用增长率R	[0.053,0.058]
		废弃成本百分比p	[0.35,0.4]

由表2中的数据计算出线路1和线路2不同运行年数时的年平均成本上下限值并绘制成曲线，如图3a～b所示。

图3a～b中，线路1和线路2在高故障率和高运维故障成本下的经济寿命为27年和30年，在低故障率和低运维故障成本下的经济寿命为29年和32年，即线路1和线路2的最佳经济寿命区间分别为27～29年和30～32年。由此表明，不同输电线路所处运行环境和质量状况不同，其最佳经济寿命区间将会发生变化。

Claims (7)

1.一种架空输电线路最佳经济寿命区间评估方法，其特征在于，

首先，根据历史统计资料，整理和分类输电线路外部运行环境和自身质量状况评估指标，利用模糊综合评价法和层次分析法分别计算各指标隶属度和权重；

接着，根据故障后果严重程度将故障分为一般故障、较大故障和严重故障三种类型，通过最小二乘支持向量机结合输电线路的役龄、外部运行环境和自身质量状况相关数据对输电线路的三种故障率分别进行训练输出和误差计算，得到输电线路的故障率预测模型；

最后，将区间分析法引入到全寿命周期成本理论中，由待评估线路故障率区间计算故障成本和维修成本并将各成本指标区间化，以年均成本最小为目标求解最优的输电线路退役时间范围，消除单一定值的偏差，最终得到输电线路的最佳经济寿命区间。

2.根据权利要求1所述的架空输电线路最佳经济寿命区间评估方法，其特征在于，它采用以下具体步骤：

步骤1)，输电线路外部运行环境和自身质量状况评估因素集、指标集和评语集的建立，

将因素集及各下层指标均分为4个评语等级，即评语集为V＝{v₁,v₂,v₃,v₄}＝{良好，尚好，一般，不良}；

步骤2)，输电线路外部运行环境和自身质量状况评估指标隶属度和权重的计算，

指标隶属度的计算如下：通过制作评价表给各位专家，根据专家的评定情况计算各个指标的隶属度，指标隶属度r_ij的计算公式如下：

$r_{\mathrm{ij}}=\frac{P_{\mathrm{ij}}}{P_{\mathrm{total}}},$

式中，P_ij表示认为因素集中第i指标属于评语v_j的专家人数，P_total表示参加评定的专家总人数，i＝1，2，…，u，u为因素集中的指标个数，j＝1-4，在求得指标集的隶属度之后，可得因素集模糊隶属度矩阵R；

指标权重的确定采用层次分析法中的“9分度法”，经过专家排序计算后，可得因素集各指标权重向量W；

步骤3)，外部运行环境和自身质量状况的综合评估及评分，其模糊综合评估向量B的计算公式如下：

B＝WoR

式中，R为因素集模糊隶属度矩阵，W为因素集各指标权重向量，“o”为运算符，代表合成运算，采用M(·,+)算子，即

$b_j=\underset{i=1}{\overset{u}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{r}_{\mathrm{ij}}$

式中，b_j为因素集对评语v_j的隶属度，w_i为因素集中第i指标的权重，r_ij为指标隶属度；

计算得到因素集的模糊综合评估向量后，依照最大隶属度原则，则因素集的综合评估结果为最大隶属度所对应评语v_j；假设评语集对应的评分集为即相应的评语等级对应相应的评分，则综合评估结果为评语v_j的因素集评分为

步骤4)，样本线路历史数据训练和误差分析：

将阶段役龄T、运行环境评分和质量状况评分相同的输电线路定义为同类线路，并分析同类线路在阶段役龄T期间的历史数据，分别统计出三类故障率作为一个样本，

同类线路阶段役龄的年故障率λ计算公式如下，单位为次/年·百公里， $\mathrm{\λ}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{5\mathrm{years}}{Q}^{(T,S_{E_1},S_{E_2},S_{H_1},S_{H_2})}}{5\×\mathrm{\Σ}{l}^{(T,S_{E_1},S_{E_2},S_{H_1},S_{H_2})}},$

式中，为5年内同类线路故障的总故障次数，一般故障、较大故障、严重故障分别统计，为5年末同类线路长度和；

输电线路故障率预测模型中，样本线路数据为线路基本信息向量x_m＝(x_m1,x_m2,x_m3,x_m4,x_m5)和线路实际故障率向量λ_m＝(λ_m1,λ_m2,λ_m3)，其中，m＝1，2，…，M+N，M+N为样本数量；x_m1,x_m2,x_m3,x_m4,x_m5分别表示样本线路的阶段役龄T和因素集评分λ_m1,λ_m2,λ_m3分别为样本线路的一般故障、较大故障和严重故障的故障率；采用M组样本做训练，N组样本做验算，误差的计算公式如下：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{|{\mathrm{\λ}}_n^{\mathrm{re}}-{\mathrm{\λ}}_n^{\mathrm{pre}}|}{{\mathrm{\λ}}_n^{\mathrm{re}}}$

式中，为用作验算的样本线路故障率实际统计值，为用作验算的样本线路故障率预测值，N为用作验算的样本数量，ε为误差平均值；

步骤5)，待评估线路的故障率区间预测：

对待评估线路进行故障率预测时，该条线路的运行环境因素集评分和按投运后线路走廊历年环境状况来判定，质量状况因素集评分和按照线路历年运行检修记录和状态评估结果来评定；

步骤6)，线路全寿命周期成本分析：

当输电线路运行至第L年退役时，其年平均成本如下：

${\mathrm{NF}}_L=\frac{1}{L}[\mathrm{IC}+\underset{t=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{OC}}_t+{\mathrm{MC}}_t+{\mathrm{FC}}_t){\left(\frac{1+R}{1+r}\right)}^t-\mathrm{DC}{\left(\frac{1+R}{1+r}\right)}^L],t=\mathrm{1,2},\·\·\·,L$

式中，L为输电线路的运行年数，NF_L为输电线路运行L年的年平均成本，IC表示初始投入成本，r为社会贴现率，废弃成本DC为收入型成本，R为人工材料费用增长率，OC_t、MC_t、FC_t分别为输电线路第t年的运行成本、维修成本和故障成本；

步骤7)，线路成本区间化计算：

线路建成投运后，一次性投入成本IC是固定的，运行成本OC在运行计划确定的情况下，每年的支出在一个区间内浮动；线路退役后，废弃成本计算公式如下：

DC＝p×IC

式中，p为废弃成本百分比区间；

求得各类成本区间之后，通过寻找年平均费用NF_L最小时的运行年数范围，可得输电线路的最佳经济寿命区间。

3.根据权利要求2所述的架空输电线路最佳经济寿命区间评估方法，其特征在于，步骤5)中，假设输电线路最长能运行至阶段役龄T_max，将待评估线路的阶段役龄按“1”到“T_max”依次代入，求出该线路各阶段役龄的三类年故障率；然后，进行阶段役龄年故障率向实际役龄年故障率的转化，转化过程如下：输电线路各阶段役龄上下限年数取平均值，将阶段役龄年故障率分别定为线路运行3年、8年、……、5T_max-2年时的年故障率，采用三次样条插值，计算得到输电线路运行1-5T_max年的年故障率；最后，根据误差ε将故障率区间化，计算三类故障的故障率范围，故障率区间化公式如下：

$[{\mathrm{\λ}}_t^{\min },{\mathrm{\λ}}_t^{\max }]=[(1-\mathrm{\ϵ}){\mathrm{\λ}}_t,(1+\mathrm{\ϵ}){\mathrm{\λ}}_t]$

分别为第t年线路故障率的下限和上限，λ_t为插值运算后第t年线路故障率预测值。

4.根据权利要求3所述的架空输电线路最佳经济寿命区间评估方法，其特征在于，步骤6)中，输电线路第t年所需的维修成本MC_t和故障成本FC_t与故障率有关，计算公式如下：

${\mathrm{MC}}_t=\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{M}_k{\mathrm{\λ}}_k\left(t\right)l$

${\mathrm{FC}}_t=\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{F}_k{\mathrm{\λ}}_k\left(t\right)l$

下标k＝1,2,3分别表示一般故障、较大故障、严重故障，λ_k(t)为线路故障率，l为输电线路长度，M_k为输电线路每次故障的平均部件更换费用和人工维修费用，F_k为输电线路故障造成的平均综合损失。

5.根据权利要求4所述的架空输电线路最佳经济寿命区间评估方法，其特征在于，步骤6)中，社会贴现率r、维修成本M_k、故障成本F_k、人工材料费用增长率R均采用区间数表示。

6.根据权利要求1所述的架空输电线路最佳经济寿命区间评估方法，其特征在于，步骤4)中，对输电线路故障率进行训练计算时，采用相同电压等级的输电线路数据。

7.根据权利要求1所述的架空输电线路最佳经济寿命区间评估方法，其特征在于，步骤4)中，以线路初始投入年月为基准进行役龄统计，统计时以5年为单位计算阶段役龄T，假设某线路已投运Z年，则其阶段役龄为其中为上取整符号。