一种基于寿命数据的电力变压器经济寿命预测方法
【专利摘要】目前国内外并没有形成变压器经济寿命的统一定义，研究主要集中在经济性评估上。本发明提出了一种基于寿命数据的电力变压器经济寿命预测方法。本发明构建以年等值成本最低为依据的变压器经济寿命预测模型，为计算模型中的关键参数，将变压器的全寿命数据进行分类和关键数据提取，采用无分布的比例故障率模型和蒙特卡洛模拟法计算得到故障率和停机持续时间的概率分布；然后分析经济要素，在计算电力变压器的年度检修成本、年度中断成本和年度运行成本的基础上，实现了电力变压器经济寿命的定量预测。本发明不仅能有效利用设备寿命数据，而且预测结果合理，对变压器的运维决策，以及未来变电站的规划改造具有指导意义。
【专利说明】一种基于寿命数据的电力变压器经济寿命预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统领域，具体地说是一种基于寿命数据的电力变压器经济寿命 预测方法。
【背景技术】
[0002] 资产全寿命周期管理是电网企业极为重视的研宄领域。若能通过已知的寿命数据 预测设备的未来寿命，则不仅有益于设备运维策略的选择，还能指导电网规划。作为变电站 中最重要的设备，电力变压器寿命的定量预测能为变电站的寿命预测提供重要依据，有助 于延长变电站服役时间，提高电网运行的安全性和经济性。
[0003] 电力变压器的寿命通常分为物理寿命、技术寿命和经济寿命。物理寿命预测的主 要依据是绝缘老化程度，需要测量变压器内部的绝缘性能信息，如聚合度、糠醛值和绝缘纸 的抗拉强度等，这类数据往往难以获得，因此物理寿命预测较为困难。技术寿命通常指变压 器的设计寿命，一般根据经验人为规定。经济寿命是基于变压器的生存状态信息（如油气 信息等），从经济学角度决定变压器退役时间。因此，电力变压器经济寿命预测研宄更具有 可行性和实际意义。目前国内外并没有形成变压器经济寿命的统一定义，研宄主要集中在 经济性评估上。
[0004] 随着状态监测及评估技术的发展，以及电网企业资产管理工作的重视，变压器寿 命数据的增加为经济寿命研宄提供了良好的信息基础。
【发明内容】
[0005] 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，提供一种基于寿命 数据的电力变压器经济寿命预测方法，其充分考虑电力变压器现有的寿命数据，尽可能地 利用历史数据，以提高结果的可信度和合理性。
[0006] 为此，本发明采用如下的技术方案：一种基于寿命数据的电力变压器经济寿命预 测，其特征在于，
[0007] 首先，以变压器年等值成本（EUAC，equivalentuniformannualcost)最低作为 退役依据，提出了电力变压器的经济寿命模型；
[0008] 接着，对寿命数据进行了分类和提取，选择无分布的比例故障率模型和蒙特卡洛 模拟法计算电力变压器的故障率和停机持续时间的概率分布这两个模型中的关键参数；
[0009] 最后，结合经济要素，提出变压器的年度检修成本、中断成本、运行成本和现值的 计算方法，实现经济寿命预测模型的求解，得到电力变压器基于寿命数据的最佳经济寿命。
[0010] 本发明充分考虑了电力变压器现有的寿命数据，结合历史数据，使得计算结果更 具可信度。利用本发明判断出的电力变压器经济寿命，不仅能指导电力变压器未来运维策 略的选择，也能指导所属变电站的未来规划。此外，还可以借鉴本发明，根据其它类型设备 的寿命信息及特点，建立其它类型电力设备的经济寿命预测方法。
[0011] 本发明采用以下具体步骤：
[0012] 步骤I)，电力变压器的经济寿命模型的建立；
[0013] 根据现金流量图，不同时间点上的过去值或将来值需要折算到基准时间值，用P 表示某时刻金额的现值，F表示将来某一时刻等效金额的终值，A表示把资金按期等额支付 的年金，即年等值成本EUAC，它们之间的换算关系如下：
[0014] F=P(l+i)n，
[0015]
【权利要求】
1. 一种基于寿命数据的电力变压器经济寿命预测方法，其特征在于， 首先，以变压器年等值成本最低作为退役依据，提出电力变压器的经济寿命模型； 接着，对寿命数据进行了分类和提取，选择无分布的比例故障率模型和蒙特卡洛模拟 法计算电力变压器的故障率和停机持续时间的概率分布这两个模型中的关键参数； 最后，结合经济要素，提出变压器的年度检修成本、中断成本、运行成本和现值的计算 方法，实现经济寿命预测模型的求解，得到电力变压器基于寿命数据的最佳经济寿命。
2. 根据权利要求1所述的基于寿命数据的电力变压器经济寿命预测方法，其特征在 于，它采用以下具体步骤： 步骤1)，电力变压器的经济寿命模型的建立； 根据现金流量图，不同时间点上的过去值或将来值需要折算到基准时间值，用P表示 某时刻金额的现值，F表示将来某一时刻等效金额的终值，A表示把资金按期等额支付的年 金，即年等值成本EUAC，它们之间的换算关系如下：
以上各式中，i为折现率；n为折算年限； 第M+m年时变压器的总成本终值为：
式中，M为当前役龄，m为从当前役龄开始要预测的第m年；FVM+m表示变压器第M+m年 的成本终值；C为变压器资本成本；PV(M+m)是变压器经折旧后第M+m年的现值；CA(j)为变 压器第j年的年度总成本，其中，现龄M之前的年度总成本采用历史数据，现龄之后的数据 均为预测值； 由总成本终值转化为EUAC:
式中，EUACM+m表示变压器第M+m年时的EUAC值； 步骤2)，全寿命数据的分类及提取； 步骤3)，模型参数计算； 由步骤1)可知，计算EUAC预测经济寿命的方法与电力变压器的年度总成本和现值有 关，其中，现值通过折旧方法计算；年度总成本需要计算年度检修成本和年度中断成本，涉 及到变压器可靠性指标和停机持续时间概率分布的计算， (1)故障率预测模型的建立 借鉴医学中应用广泛的生存分析理论，对影响生存状态的协变量建立条件故障率函 数：比例故障率模型，该模型为回归模型，其数学表达式如下：
式中d〇⑴为基准故障率，与役龄相关；Z= (Zl，z2，…，zp)T为协变量向量，协变量是 反映设备健康情况的状态变量，P为协变量个数，T表示向量的转置；|3 = (1^，|32，"*，|3p)T为未知回归系数向量；连接函数c是任意非负函数，采用形式简单的指数函数，S卩比例故 障率模型的表达式如下：
对与故障率有关的寿命数据采用逻辑归纳方法，凝练出7个协变量，分别为外观Zl、机 械z2、绝缘z3、役龄z4、地理运行环境z5、容载比z6和制造厂商z7，上述7种协变量均与设备 生存状态相关，标记为zjt)?z7(t);若zk(t)与时间无关，k= 1?7,则表示为zk;对于 第i台变压器而言，其比例故障率函数如下：
式中：时间t和协变量向量Z均为已知量；AJt)和回归系数向量0为未知量，当Xjt)是无分布的半参数时，采用"偏似然函数"法求解回归系数0 ; (2)蒙特卡洛模拟法确定中断时间的概率分布 采用序贯蒙特卡洛模拟法来建立停机持续时间的概率分布，利用状态持续时间抽样法 来建立虚拟状态转移循环过程，进行状态持续时间抽样时， a) 指定初始状态，假设所有变压器均处于运行状态，运行状态为1，停运状态为0,同时 给定仿真总年数n; b) 对每一台变压器当前状态的持续时间进行抽样，并设定状态持续时间的概率分布； c) 在所研宄的时间跨度中重复步骤b); 步骤4)，变压器经济寿命预测模型求解 根据步骤1)，计算EUAC预测经济寿命的方法与电力变压器的年度总成本CA有关，年度 总成本计算如下：
式中，CK(t)为第t年的年度检修成本^(t)为第t年的年度中断成本；Cjt)为第t年的年度运行成本； 同时，EUAC的计算还与电力变压器的现值有关，计算方法如下：
旧费用，其它变量同步骤1)中的公式。
3.根据权利要求2所述的基于寿命数据的电力变压器经济寿命预测方法，其特征在 于，步骤4)中，年度各成本的计算如下： 1)年度检修成本CK
式中，CK(t)为第t年的年度检修成本；a为停机每小时的可变维修成本;b为每次中断 的固定维修成本；ra为第t年每次故障的平均停机时间，由步骤3)中的蒙特卡洛模拟法求 得；X(t)为变压器第t年的故障率，由步骤3)中的比例故障率模型求得，式中涉及到的成 本单位均为元，a和b的值根据变压器运行环境和地区经济情况而定； 2) 年度中断成本Q 年度中断成本公式如下：
式中A(t)是第t年的中断成本，是概率分布的平均值；A(t)为第t年的故障率；Lav 为变压器的平均负载；SCDFt为第t年单位负荷的缺电损失费用；k为停机持续时间，以小时 为单位，假定范围为0-70 ;pkt为第t年停机持续时间为k小时的概率，由步骤3)中的蒙特 卡洛模拟法求得；CTk为停机持续时间为k小时的单位缺电损失费用； 3) 年度运行成本CQ 年度运行成本如下式：
式中：CQ(t)为第t年的运行成本；Pnl为空载功率损耗，kW;Pi为负载损耗，kW;Pau为附 加损耗，kW;D。为每月的需求电费，元/kW。
【文档编号】G06Q10/04GK104484723SQ201410822760
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月25日 优先权日:2014年12月25日
【发明者】杜振东, 赵婉芳, 王慧芳, 吴臻, 黄锦华, 兰洲, 戴攀, 孙飞飞, 沈志恒, 张婕, 李黎 申请人:国家电网公司, 国网浙江省电力公司经济技术研究院