一種基于壽命數(shù)據(jù)的電力變壓器經(jīng)濟壽命預(yù)測方法
【專利摘要】目前國內(nèi)外并沒有形成變壓器經(jīng)濟壽命的統(tǒng)一定義，研究主要集中在經(jīng)濟性評估上。本發(fā)明提出了一種基于壽命數(shù)據(jù)的電力變壓器經(jīng)濟壽命預(yù)測方法。本發(fā)明構(gòu)建以年等值成本最低為依據(jù)的變壓器經(jīng)濟壽命預(yù)測模型，為計算模型中的關(guān)鍵參數(shù)，將變壓器的全壽命數(shù)據(jù)進行分類和關(guān)鍵數(shù)據(jù)提取，采用無分布的比例故障率模型和蒙特卡洛模擬法計算得到故障率和停機持續(xù)時間的概率分布；然后分析經(jīng)濟要素，在計算電力變壓器的年度檢修成本、年度中斷成本和年度運行成本的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了電力變壓器經(jīng)濟壽命的定量預(yù)測。本發(fā)明不僅能有效利用設(shè)備壽命數(shù)據(jù)，而且預(yù)測結(jié)果合理，對變壓器的運維決策，以及未來變電站的規(guī)劃改造具有指導(dǎo)意義。
【專利說明】一種基于壽命數(shù)據(jù)的電力變壓器經(jīng)濟壽命預(yù)測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體地說是一種基于壽命數(shù)據(jù)的電力變壓器經(jīng)濟壽命 預(yù)測方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 資產(chǎn)全壽命周期管理是電網(wǎng)企業(yè)極為重視的研宄領(lǐng)域。若能通過已知的壽命數(shù)據(jù) 預(yù)測設(shè)備的未來壽命，則不僅有益于設(shè)備運維策略的選擇，還能指導(dǎo)電網(wǎng)規(guī)劃。作為變電站 中最重要的設(shè)備，電力變壓器壽命的定量預(yù)測能為變電站的壽命預(yù)測提供重要依據(jù)，有助 于延長變電站服役時間，提高電網(wǎng)運行的安全性和經(jīng)濟性。
[0003] 電力變壓器的壽命通常分為物理壽命、技術(shù)壽命和經(jīng)濟壽命。物理壽命預(yù)測的主 要依據(jù)是絕緣老化程度，需要測量變壓器內(nèi)部的絕緣性能信息，如聚合度、糠醛值和絕緣紙 的抗拉強度等，這類數(shù)據(jù)往往難以獲得，因此物理壽命預(yù)測較為困難。技術(shù)壽命通常指變壓 器的設(shè)計壽命，一般根據(jù)經(jīng)驗人為規(guī)定。經(jīng)濟壽命是基于變壓器的生存狀態(tài)信息（如油氣 信息等），從經(jīng)濟學(xué)角度決定變壓器退役時間。因此，電力變壓器經(jīng)濟壽命預(yù)測研宄更具有 可行性和實際意義。目前國內(nèi)外并沒有形成變壓器經(jīng)濟壽命的統(tǒng)一定義，研宄主要集中在 經(jīng)濟性評估上。
[0004] 隨著狀態(tài)監(jiān)測及評估技術(shù)的發(fā)展，以及電網(wǎng)企業(yè)資產(chǎn)管理工作的重視，變壓器壽 命數(shù)據(jù)的增加為經(jīng)濟壽命研宄提供了良好的信息基礎(chǔ)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于壽命 數(shù)據(jù)的電力變壓器經(jīng)濟壽命預(yù)測方法，其充分考慮電力變壓器現(xiàn)有的壽命數(shù)據(jù)，盡可能地 利用歷史數(shù)據(jù)，以提高結(jié)果的可信度和合理性。
[0006] 為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：一種基于壽命數(shù)據(jù)的電力變壓器經(jīng)濟壽命預(yù) 測，其特征在于，
[0007] 首先，以變壓器年等值成本（EUAC，equivalentuniformannualcost)最低作為 退役依據(jù)，提出了電力變壓器的經(jīng)濟壽命模型；
[0008] 接著，對壽命數(shù)據(jù)進行了分類和提取，選擇無分布的比例故障率模型和蒙特卡洛 模擬法計算電力變壓器的故障率和停機持續(xù)時間的概率分布這兩個模型中的關(guān)鍵參數(shù)；
[0009] 最后，結(jié)合經(jīng)濟要素，提出變壓器的年度檢修成本、中斷成本、運行成本和現(xiàn)值的 計算方法，實現(xiàn)經(jīng)濟壽命預(yù)測模型的求解，得到電力變壓器基于壽命數(shù)據(jù)的最佳經(jīng)濟壽命。
[0010] 本發(fā)明充分考慮了電力變壓器現(xiàn)有的壽命數(shù)據(jù)，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，使得計算結(jié)果更 具可信度。利用本發(fā)明判斷出的電力變壓器經(jīng)濟壽命，不僅能指導(dǎo)電力變壓器未來運維策 略的選擇，也能指導(dǎo)所屬變電站的未來規(guī)劃。此外，還可以借鑒本發(fā)明，根據(jù)其它類型設(shè)備 的壽命信息及特點，建立其它類型電力設(shè)備的經(jīng)濟壽命預(yù)測方法。
[0011] 本發(fā)明采用以下具體步驟：
[0012] 步驟I)，電力變壓器的經(jīng)濟壽命模型的建立；
[0013] 根據(jù)現(xiàn)金流量圖，不同時間點上的過去值或?qū)碇敌枰鬯愕交鶞蕰r間值，用P 表示某時刻金額的現(xiàn)值，F(xiàn)表示將來某一時刻等效金額的終值，A表示把資金按期等額支付 的年金，即年等值成本EUAC，它們之間的換算關(guān)系如下：
[0014] F=P(l+i)n，
[0015]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于壽命數(shù)據(jù)的電力變壓器經(jīng)濟壽命預(yù)測方法，其特征在于， 首先，以變壓器年等值成本最低作為退役依據(jù)，提出電力變壓器的經(jīng)濟壽命模型； 接著，對壽命數(shù)據(jù)進行了分類和提取，選擇無分布的比例故障率模型和蒙特卡洛模擬 法計算電力變壓器的故障率和停機持續(xù)時間的概率分布這兩個模型中的關(guān)鍵參數(shù)； 最后，結(jié)合經(jīng)濟要素，提出變壓器的年度檢修成本、中斷成本、運行成本和現(xiàn)值的計算 方法，實現(xiàn)經(jīng)濟壽命預(yù)測模型的求解，得到電力變壓器基于壽命數(shù)據(jù)的最佳經(jīng)濟壽命。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壽命數(shù)據(jù)的電力變壓器經(jīng)濟壽命預(yù)測方法，其特征在 于，它采用以下具體步驟： 步驟1)，電力變壓器的經(jīng)濟壽命模型的建立； 根據(jù)現(xiàn)金流量圖，不同時間點上的過去值或?qū)碇敌枰鬯愕交鶞蕰r間值，用P表示 某時刻金額的現(xiàn)值，F(xiàn)表示將來某一時刻等效金額的終值，A表示把資金按期等額支付的年 金，即年等值成本EUAC，它們之間的換算關(guān)系如下：
以上各式中，i為折現(xiàn)率；n為折算年限； 第M+m年時變壓器的總成本終值為：
式中，M為當前役齡，m為從當前役齡開始要預(yù)測的第m年；FVM+m表示變壓器第M+m年 的成本終值；C為變壓器資本成本；PV(M+m)是變壓器經(jīng)折舊后第M+m年的現(xiàn)值；CA(j)為變 壓器第j年的年度總成本，其中，現(xiàn)齡M之前的年度總成本采用歷史數(shù)據(jù)，現(xiàn)齡之后的數(shù)據(jù) 均為預(yù)測值； 由總成本終值轉(zhuǎn)化為EUAC:
式中，EUACM+m表示變壓器第M+m年時的EUAC值； 步驟2)，全壽命數(shù)據(jù)的分類及提?。? 步驟3)，模型參數(shù)計算； 由步驟1)可知，計算EUAC預(yù)測經(jīng)濟壽命的方法與電力變壓器的年度總成本和現(xiàn)值有 關(guān)，其中，現(xiàn)值通過折舊方法計算；年度總成本需要計算年度檢修成本和年度中斷成本，涉 及到變壓器可靠性指標和停機持續(xù)時間概率分布的計算， (1)故障率預(yù)測模型的建立 借鑒醫(yī)學(xué)中應(yīng)用廣泛的生存分析理論，對影響生存狀態(tài)的協(xié)變量建立條件故障率函 數(shù)：比例故障率模型，該模型為回歸模型，其數(shù)學(xué)表達式如下：
式中d〇⑴為基準故障率，與役齡相關(guān)；Z= (Zl，z2，…，zp)T為協(xié)變量向量，協(xié)變量是 反映設(shè)備健康情況的狀態(tài)變量，P為協(xié)變量個數(shù)，T表示向量的轉(zhuǎn)置；|3 = (1^，|32，"*，|3p)T為未知回歸系數(shù)向量；連接函數(shù)c是任意非負函數(shù)，采用形式簡單的指數(shù)函數(shù)，S卩比例故 障率模型的表達式如下：
對與故障率有關(guān)的壽命數(shù)據(jù)采用邏輯歸納方法，凝練出7個協(xié)變量，分別為外觀Zl、機 械z2、絕緣z3、役齡z4、地理運行環(huán)境z5、容載比z6和制造廠商z7，上述7種協(xié)變量均與設(shè)備 生存狀態(tài)相關(guān)，標記為zjt)?z7(t);若zk(t)與時間無關(guān)，k= 1?7,則表示為zk;對于 第i臺變壓器而言，其比例故障率函數(shù)如下：
式中：時間t和協(xié)變量向量Z均為已知量；AJt)和回歸系數(shù)向量0為未知量，當Xjt)是無分布的半?yún)?shù)時，采用"偏似然函數(shù)"法求解回歸系數(shù)0 ; (2)蒙特卡洛模擬法確定中斷時間的概率分布 采用序貫蒙特卡洛模擬法來建立停機持續(xù)時間的概率分布，利用狀態(tài)持續(xù)時間抽樣法 來建立虛擬狀態(tài)轉(zhuǎn)移循環(huán)過程，進行狀態(tài)持續(xù)時間抽樣時， a) 指定初始狀態(tài)，假設(shè)所有變壓器均處于運行狀態(tài)，運行狀態(tài)為1，停運狀態(tài)為0,同時 給定仿真總年數(shù)n; b) 對每一臺變壓器當前狀態(tài)的持續(xù)時間進行抽樣，并設(shè)定狀態(tài)持續(xù)時間的概率分布； c) 在所研宄的時間跨度中重復(fù)步驟b); 步驟4)，變壓器經(jīng)濟壽命預(yù)測模型求解 根據(jù)步驟1)，計算EUAC預(yù)測經(jīng)濟壽命的方法與電力變壓器的年度總成本CA有關(guān)，年度 總成本計算如下：
式中，CK(t)為第t年的年度檢修成本^(t)為第t年的年度中斷成本；Cjt)為第t年的年度運行成本； 同時，EUAC的計算還與電力變壓器的現(xiàn)值有關(guān)，計算方法如下：
舊費用，其它變量同步驟1)中的公式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于壽命數(shù)據(jù)的電力變壓器經(jīng)濟壽命預(yù)測方法，其特征在 于，步驟4)中，年度各成本的計算如下： 1)年度檢修成本CK
式中，CK(t)為第t年的年度檢修成本；a為停機每小時的可變維修成本;b為每次中斷 的固定維修成本；ra為第t年每次故障的平均停機時間，由步驟3)中的蒙特卡洛模擬法求 得；X(t)為變壓器第t年的故障率，由步驟3)中的比例故障率模型求得，式中涉及到的成 本單位均為元，a和b的值根據(jù)變壓器運行環(huán)境和地區(qū)經(jīng)濟情況而定； 2) 年度中斷成本Q 年度中斷成本公式如下：
式中A(t)是第t年的中斷成本，是概率分布的平均值；A(t)為第t年的故障率；Lav 為變壓器的平均負載；SCDFt為第t年單位負荷的缺電損失費用；k為停機持續(xù)時間，以小時 為單位，假定范圍為0-70 ;pkt為第t年停機持續(xù)時間為k小時的概率，由步驟3)中的蒙特 卡洛模擬法求得；CTk為停機持續(xù)時間為k小時的單位缺電損失費用； 3) 年度運行成本CQ 年度運行成本如下式：
式中：CQ(t)為第t年的運行成本；Pnl為空載功率損耗，kW;Pi為負載損耗，kW;Pau為附 加損耗，kW;D。為每月的需求電費，元/kW。
【文檔編號】G06Q10/04GK104484723SQ201410822760
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月25日
【發(fā)明者】杜振東, 趙婉芳, 王慧芳, 吳臻, 黃錦華, 蘭洲, 戴攀, 孫飛飛, 沈志恒, 張婕, 李黎 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)浙江省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院