余華興，陳 攀，梁 瑜，徐 箐，鄧 群，秦 毅

（1.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司江北供電分公司，401147；2.深圳微網(wǎng)能源管理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室有限公司，518054）

基于綜合運(yùn)行成本的變壓器更新決策經(jīng)濟(jì)模型研究

余華興1，陳 攀1，梁 瑜1，徐 箐1，鄧 群1，秦 毅2

（1.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司江北供電分公司，401147；2.深圳微網(wǎng)能源管理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室有限公司，518054）

變壓器經(jīng)濟(jì)壽命的準(zhǔn)確評(píng)估對(duì)電網(wǎng)安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。首先構(gòu)建變壓器的故障模型，然后綜合考慮變壓器事故風(fēng)險(xiǎn)成本，變壓器運(yùn)行維護(hù)成本，變壓器折舊成本，建立變壓器的綜合運(yùn)行成本；在此基礎(chǔ)上求取變壓器年均綜合運(yùn)行成本的最小值，進(jìn)而提出了變壓器更新決策經(jīng)濟(jì)模型。通過實(shí)踐算例證明了模型的準(zhǔn)確性和有效性。

變壓器；經(jīng)濟(jì)模型；變壓器更新決策；綜合運(yùn)行成本

0　引言

電力變壓器是輸變電系統(tǒng)的樞紐設(shè)備，其安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行直接影響電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。經(jīng)濟(jì)合理地制定變壓器的更新策略，對(duì)于提高變壓器的利用率及電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。對(duì)此國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)展開了研究。

文獻(xiàn)［2］分析了變壓器壽命周期內(nèi)的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)要素及規(guī)律，建立了一種變壓器設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命的評(píng)估方法。文獻(xiàn)［3］針對(duì)目前在電力變壓器狀態(tài)檢修決策中尚未將技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性綜合考量的問題，綜合考慮變壓器運(yùn)行環(huán)境和檢修記錄等，提出一種兼顧可靠性與經(jīng)濟(jì)性的變壓器檢修方案方法。文獻(xiàn)［4］充分考慮了能耗、折舊損失、容量貼費(fèi)等多項(xiàng)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，提出了一種變壓器的經(jīng)濟(jì)壽命評(píng)估方法，然而該方法缺少考慮變壓器本身性能對(duì)經(jīng)濟(jì)壽命評(píng)估的影響。文獻(xiàn)［5］運(yùn)用蒙特卡洛模擬方法求取因變壓器停電持續(xù)時(shí)間的概率分布，提出變壓器全壽命周期內(nèi)的年等值成本概念，并作為判定變壓器是否退役的依據(jù)。

本文首先建立變壓器故障模型，然后構(gòu)建變壓器的綜合運(yùn)行成本。在此基礎(chǔ)上提出了變壓器更新決策經(jīng)濟(jì)模型。

1　變壓器故障模型

大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明變壓器的故障率曲線呈浴盆形狀，稱為浴盆曲線。在變壓器的整個(gè)壽命周期內(nèi)，故障率變化主要包括調(diào)試期、偶然故障期和衰損期3個(gè)階段。

變壓器故障率服從適當(dāng)參數(shù)的威布爾分布，可表示為：

2　變壓器更新決策模型

基于變壓器的綜合運(yùn)行成本，構(gòu)建變壓器更新決策模型。變壓器綜合運(yùn)行成本由變壓器事故風(fēng)險(xiǎn)成本，變壓器運(yùn)行維護(hù)成本，變壓器折舊成本三部分構(gòu)成。

2.1變壓器事故風(fēng)險(xiǎn)成本

變壓器的事故風(fēng)險(xiǎn)成本可表示為變壓器故障率與變壓器故障成本的乘積：

變壓器發(fā)生故障后，由于故障隔離，切除負(fù)荷等造成的停電經(jīng)濟(jì)成本可表示為：

表1　修正系數(shù)Tab.1 correction factors

故障維修成本主要包括人工費(fèi)用，設(shè)備費(fèi)用和材料費(fèi)用。

當(dāng)變壓器發(fā)生故障造成安全事故時(shí)會(huì)產(chǎn)生人員安全風(fēng)險(xiǎn)成本，與人員傷亡嚴(yán)重程度有關(guān)，可將嚴(yán)重程度劃分為輕傷，重傷和人員死亡三個(gè)等級(jí)。人員安全風(fēng)險(xiǎn)成本可用下式進(jìn)行評(píng)估：

變壓器發(fā)生故障后往往會(huì)導(dǎo)致變壓器油泄漏，污染或有毒氣體的釋放以及變壓器故障起火等，會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成污染等，故考慮變壓器環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)成本。其值可根據(jù)單次故障造成的環(huán)境損失的統(tǒng)計(jì)平均值確定。

因此，事故風(fēng)險(xiǎn)成本可表示為：

2.2變壓器運(yùn)行維護(hù)成本

變壓器能耗費(fèi)主要指變壓器的損耗，年（8760小時(shí)）損耗可用下式表示：

變壓器運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用可表示為：

2.3變壓器折舊成本

變壓器折舊成本主要指變壓器的設(shè)備購(gòu)置費(fèi)，報(bào)廢處理費(fèi)，安裝調(diào)試費(fèi)等所有一次成本在其壽命周期內(nèi)的均攤量。變壓器折舊成本可表示為：

表2　修正系數(shù)Tab.2 Correction factors

2.4變壓器的綜合運(yùn)行成本

由上述討論，變壓器的綜合運(yùn)行成本的可表示為：

3　算例分析

以某變電站110kV，31.5MVA變壓器為例，對(duì)本文提出的變壓器更新決策模型進(jìn)行驗(yàn)證。已知該變電站為室外聯(lián)絡(luò)變電站，負(fù)荷為普通負(fù)荷，變壓器為本地生產(chǎn)。變壓器參考購(gòu)置費(fèi)為250萬元，安裝調(diào)試費(fèi)2萬元，退役成本為-10萬元，停電損失費(fèi)用30萬元。設(shè)計(jì)壽命為40年，當(dāng)前役齡21年。該地區(qū)變壓器故障平均修復(fù)時(shí)間為18h。

圖1　變壓器年均綜合運(yùn)行成本

4　結(jié)論

1）綜合考慮變壓器事故風(fēng)險(xiǎn)成本，變壓器運(yùn)行維護(hù)成本，變壓器折舊成本，構(gòu)建變壓器的綜合運(yùn)行成本，在此基礎(chǔ)上提出了變壓器更新決策經(jīng)濟(jì)模型。該模型可以定量分析判斷在役變壓器何時(shí)更換退役能取得最好經(jīng)濟(jì)效益，定量給出變壓器的最佳更新時(shí)間。

2）通過算例對(duì)本文提出的變壓器更新決策經(jīng)濟(jì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明所提變壓器更新模型方法能有效地評(píng)估變壓器經(jīng)濟(jì)壽命，定量判斷變壓器最佳更新時(shí)間，可以為變壓器經(jīng)濟(jì)壽命的評(píng)估及更換退役計(jì)劃的制定等提供可靠參考。

［1］李明，韓學(xué)山，楊明，等.電網(wǎng)狀態(tài)檢修概念與理論基礎(chǔ)研究［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，31（34）：43～52.

［2］劉有為，馬麟，吳立遠(yuǎn)等.電力變壓器經(jīng)濟(jì)壽命模型及應(yīng)用實(shí)例［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2012，36（10）：235～240.

［3］張鐿議，廖瑞金，楊麗君，等.綜合考慮可靠性與經(jīng)濟(jì)性的電力變壓器檢修方案優(yōu)選［J］.電工技術(shù)學(xué)報(bào) 2014， 29（11） ： 192～200.

［4］于繼來，王成福，張博等.在役電力變壓器經(jīng)濟(jì)壽命評(píng)估［J］電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2010，22（ 3） ： 86～90.

［5］ABU-ELANIEN A E B， SALAMA M M A， BA R TNIKAS R Atechno-economic method for replacing transformers［J］.IEEE Transactions on Power Delivery， 2011，26（ 2） ：817-829.

Research on the economic model of transformer renewal decision based on comprehensive operation cost

Yu Huaxing1，Chen Pan1，Liang Yu1，Xu Qing1，Deng Qun1，Qin Yi2
（1.Jiangbei Power Supply Bureau of SGCC，Chongqing，401147；2.MicroGrid EMS LAB SHENZHEN，Shenzhen，518054，China）

Accurate assessment of transformer economic life is of great significance to the safety and economic operation of power network.The transformer fault model is introduced，then the comprehensive operating cost of transformer is proposed with considering transformer accident risk cost，transformer operation and maintenance cost and transformer depreciation cost.Based on this，the minimum value of the average comprehensive operation cost of the transformer is calculated.Then the economic model of transformer update decision is established.Case studies are taken on a real transformer to verify the model and results demonstrate the accuracy and effectiveness.

transformer；economic model；transformer update decision；comprehensive operation cost