CN106326658B - 一种电力变压器全寿命周期成本效能评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力变压器全寿命周期成本效能评估方法，包括计算变压器的等效役龄、计算故障率；分别计算采用大修方案和更换方案的全寿命周期成本；评估电力变压器全寿命周期成本效能，选择数值较小的一个作为优选方案。本发明从全生命周期成本出发，在考虑折现率的基础上，以故障率作为另一参考指标，基于变权法或图形法综合对变压器效能进行评估。本发明对变压器效能的评估更全面，更详细。在考虑需要侧重不同重点的时候提供了科学的算法和依据，对选择最优方案增加了灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力变压器全寿命周期规划检修决策方法，尤其是一种电力变压器全寿命周期成本效能评估方法，属于电力建设规划技术领域。
背景技术
在快速发展的今天，我国电力系统对安全和稳定有了更高的要求。但目前，很多企业更换变压器只考虑变压器的运行时间，没有考虑到变压器效能综合评估，这样就会对资源造成浪费。从而使得一部分运行状态较好的变压器提前退役，而另一部分出现故障的电力变压器还在继续使用存在严重的安全隐患。
查阅有关数据得到，2012年电力企业退役的电力变压器共三百多台，投运年限在1-20年的有67％，而超过20年的只有33％。但是电力变压器在出厂前的设计寿命都会在30年左右，据此可知，电力电压器在我国的投运年限较低，整体经济效益偏差。
因此，在电力变压器投资方案中，应该选择使用效率最高并且费用还最低的方案，以保障长期的效益为目标，在设备安全可靠正常运行的前提下，实现本最低、最合理的成本估计方法。
发明内容
本实用新型目的是提供一种电力变压器全寿命周期成本效能评估方法。
为解决上述技术问题的，本实用新型采用的技术方案是：
一种电力变压器全寿命周期成本效能评估方法，包括以下具体步骤：
步骤1：计算采用大修方案的全寿命周期成本X1：
X1＝W1+W2+W3-W4 (1)
其中，W1为大修成本、W2为小修成本、W3为故障成本、W4为残值；
步骤2：计算采用更换方案的全寿命周期成本Y1：
Y1＝W6+W3-W4+W5 (2)
其中，W5为购置成本、W6为预防性维修费用、W3为故障成本、W4为残值；
步骤3：基于变权方法或基于图形方法评估电力变压器全寿命周期成本效能，选择数值较小的一个作为优选方案。
所述预防性维修费用W6的计算方法为：
其中，β为第i年小修费用的系数；tn为等效役龄；W1为初始投资成本；
所述故障成本W3的计算方法为：
式中：b为单位电量售电利润，元/kWh；SN为变压器的额定容量，kVA；β为平均负载率，kW；为平均功率因数；T为设备年单位故障中断供电时间， h；λ′(tn)为设备年平均故障数，次/年；RC为单位时间平均修复成本，万元/小时；MTTR为设备平均修复时间，小时；
变压器的等效役龄tn计算方法为：
式中，tm为名义役龄，t1为大修时间，t2为电力变压器的最长寿命，α2为役龄回退因子；
设备年平均故障数λ′(tn)的计算故障率为：
所述步骤3采用基于变权方法评估电力变压器的效能，包括以下具体步骤：
步骤3-1：计算采用大修方案的效能综合评估值x1：
x1＝x1×ω1+x2×ω2 (7)
x1为大修全寿命周期成本指标归一化的评估值，归一化方法为：
式中X1为大修全寿命周期成本；Y1为更换全寿命周期成本；
x2为大修后故障率指标归一化的评估值，归一化方法：
式中x2d为大修后的故障率；x2g为更换后的故障率；
ωj为第j个指标的权重：
步骤3-2：计算采用更换方案的效能综合评估值y1；
y1＝x3×ω3+x4×ω4 (12)
ωj为第j个指标的权重；x3为更换全寿命周期成本指标归一化的评估值，归一化方法：
式中X1为大修全寿命周期成本；Y1为更换全寿命周期成本；
x4为更换后故障率指标归一化的评估值，归一化方法：
式中x2d为大修后的故障率；x2g为更换后的故障率；
步骤3-3：判断采用大修方案的效能综合评估值x1是否小于采用更换方案的效能综合评估值y1，如果是，选择大修方案，否则，选择更换方案。
所述步骤3采用基于图形方法评估电力变压器的效能，包括以下具体步骤：
步骤3-a：建立故障率-全寿命周期成本关系二维坐标图，横坐标为全寿命周期成本，纵坐标为故障率；
步骤3-b：根据预设的全寿命周期成本和故障率的权重，在全寿命周期成本- 故障率关系二维坐标图中绘制准线，所述准线与横坐标夹角的正切值为全寿命周期成本和故障率的权重比；
步骤3-c：分别计算大修方案和更换方案在全寿命周期成本-故障率关系二维坐标图中的对应点到准线的距离；
步骤3-d：比较大修方案和更换方案对应点到准线的距离，选择较小的一个作为优选方案。如图2 所示，更换方案比检修方案到准线的垂直距离短，因此更换方案更优。
采用上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
1、本发明从全生命周期成本出发，在考虑折现率的基础上，以故障率作为另一参考指标，综合对变压器效能进行评估；
2、本发明采用变权公式对计算进行处理，使得对变压器效能的评估更全面，更详细。在考虑需要侧重不同重点的时候提供了科学的算法和依据，对选择最优方案增加了灵活性；
3、本发明使用图形法对电力变压器进行效能评估，使抽象思维具体化，把思维活动变成可操作的数学计算。让复杂的思路简洁直观，使思维动态化。更直观的得出我们想要的结果。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明实施例2的电力变压器的效能评估图形。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，一种电力变压器全寿命周期成本效能评估方法，包括以下具体步骤：
步骤1：计算采用大修方案的全寿命周期成本X1：
X1＝W1+W2+W3-W4 (1)
其中，W1为大修成本、W2为小修成本、W3为故障成本、W4为残值；
步骤2：计算采用更换方案的全寿命周期成本Y1：
Y1＝W6+W3-W4+W5 (2)
其中，W5为购置成本、W6为预防性维修费用、W3为故障成本、W4为残值；
步骤3：基于变权方法或基于图形方法评估电力变压器全寿命周期成本效能，选择数值较小的一个作为优选方案。
所述预防性维修费用W6的计算方法为：
其中，β为第i年小修费用的系数；tn为等效役龄；W1为初始投资成本；
所述故障成本W3的计算方法为：
式中：b为单位电量售电利润，元/kWh；SN为变压器的额定容量，kVA；β为平均负载率，kW；为平均功率因数；T为设备年单位故障中断供电时间， h；λ′(tn)为设备年平均故障数，次/年；RC为单位时间平均修复成本，万元/小时；MTTR为设备平均修复时间，小时；
变压器的等效役龄tn计算方法为：
式中，tm为名义役龄，t1为大修时间，t2为电力变压器的最长寿命，α2为役龄回退因子；
设备年平均故障数λ′(tn)的计算故障率为：
所述步骤3采用基于变权方法评估电力变压器的效能，包括以下具体步骤：
步骤3-1：计算采用大修方案的效能综合评估值x1：
x1＝x1×ω1+x2×ω2 (7)
x1为大修全寿命周期成本指标归一化的评估值，归一化方法为：
式中X1为大修全寿命周期成本；Y1为更换全寿命周期成本；
x2为大修后故障率指标归一化的评估值，归一化方法：
式中x2d为大修后的故障率；x2g为更换后的故障率；
ωj为第j个指标的权重：
步骤3-2：计算采用更换方案的效能综合评估值y1；
y1＝x3×ω3+x4×ω4 (12)
ωj为第j个指标的权重；x3为更换全寿命周期成本指标归一化的评估值，归一化方法：
式中X1为大修全寿命周期成本；Y1为更换全寿命周期成本；
x4为更换后故障率指标归一化的评估值，归一化方法：
式中x2d为大修后的故障率；x2g为更换后的故障率。
步骤3-3：判断采用大修方案的效能综合评估值x1是否小于采用更换方案的效能综合评估值y1，如果是，选择大修方案，否则，选择更换方案。
在本实施例中，变压器生命周期为40年，目前已运行了22年。在其使用中，无任何大型自然灾害。在设备运行中，大修进行一次并且会改变变压器的故障率；预防性维修是设备每年都要进行的检修，不会改变故障率，但每年的小修费用会随使用年限的增长而成递增趋势；断电时进行的修护所消耗的费用与故障率有关。
各个成本计算时所用到的参数，详见表1、表2、表3。归一化后的数据见表4；
(1)检修方案：在第23年对其进行一次大型维修。
更换方案：在第23年进行更换新设备。
(2)根据式2得到检修方案第23年故障率＝0.056。根据式3得到检修方案所花费的总费用大概为0.62×105万元。
根据式2得到更换方案故障率＝0.0013。根据式4得到更换方案所花费的总费用大概为0.95×105万元。
根据式5与式6，可得检修方案效能综合评估值为0.7873。根据式9与式 10，可得更换方案效能综合评估值为0.4342。
可知更换方案的效能评估值小于检修方案，因此采用更换方案。
实施例2：本实施例所述步骤3采用基于图形方法评估电力变压器的效能，包括以下具体步骤：
步骤3-a：建立故障率-全寿命周期成本关系二维坐标图，横坐标为全寿命周期成本，纵坐标为故障率；
步骤3-b：根据预设的全寿命周期成本和故障率的权重，在全寿命周期成本- 故障率关系二维坐标图中绘制准线，所述准线与横坐标夹角的正切值为全寿命周期成本和故障率的权重比；如图2所示，当45°时权重为1:1，所以权重50％，对应45°角，所以1°角对应50/45权重；
步骤3-c：分别计算大修方案和更换方案在全寿命周期成本-故障率关系二维坐标图中的对应点到准线的距离；
步骤3-d：比较大修方案和更换方案对应点到准线的距离，选择较小的一个作为优选方案。如图2 所示，更换方案比检修方案到准线的垂直距离短，因此更换方案更优。
如图2所示，将检修方案与更换方案的归一化值定位在步骤3提出的二维坐标上，并向准线作垂线，可得更换方案到准线的距离小于检修方案，因此采用更换方案。
表1
表2
表3
表4
| 故障率 | 全寿命周期成本 | |
| 检修方案 | 0.9773 | 0.3949 |
| 更换方案 | 0.0227 | 0.6051 |
Claims (3)
1.一种电力变压器全寿命周期成本效能评估方法，其特征在于：包括以下具体步骤：
步骤1：计算采用大修方案的全寿命周期成本X1：
X1＝W1+W2+W3-W4 (1)
其中，W1为大修成本、W2为小修成本、W3为故障成本、W4为残值；
步骤2：计算采用更换方案的全寿命周期成本Y1：
Y1＝W6+W3-W4+W5 (2)
其中，W5为购置成本、W6为预防性维修费用、W3为故障成本、W4为残值；
步骤3：基于变权方法或基于图形方法评估电力变压器全寿命周期成本效能，选择数值较小的一个作为优选方案；所述预防性维修费用W6的计算方法为：
其中，β为第i年小修费用的系数；tn为等效役龄；W1为初始投资成本；
所述故障成本W3的计算方法为：
式中：b为单位电量售电利润，元/kWh；SN为变压器的额定容量，kVA；β为平均负载率，kW；为平均功率因数；T为设备年单位故障中断供电时间，h；λ′(tn)为设备年平均故障数，次/年；RC为单位时间平均修复成本，万元/小时；MTTR为设备平均修复时间，小时；
变压器的等效役龄tn计算方法为：
式中，tm为名义役龄，t1为大修时间，t2为电力变压器的最长寿命，α2为役龄回退因子；
设备年平均故障数λ′(tn)的计算故障率为：
2.根据权利要求1所述的电力变压器全寿命周期成本效能评估方法，其特征在于：所述步骤3采用基于变权方法评估电力变压器的效能，包括以下具体步骤：
步骤3-1：计算采用大修方案的效能综合评估值x1：
x1＝x1×ω1+x2×ω2 (7)
x1为大修全寿命周期成本指标归一化的评估值，归一化方法为：
式中X1为大修全寿命周期成本；Y1为更换全寿命周期成本；
x2为大修后故障率指标归一化的评估值，归一化方法：
式中x2d为大修后的故障率；x2g为更换后的故障率；
ωj为第j个指标的权重：
步骤3-2：计算采用更换方案的效能综合评估值y1；
y1＝x3×ω3+x4×ω4 (12)
ωj为第j个指标的权重；x3为更换全寿命周期成本指标归一化的评估值，归一化方法：
式中X1为大修全寿命周期成本；Y1为更换全寿命周期成本；
x4为更换后故障率指标归一化的评估值，归一化方法：
式中x2d为大修后的故障率；x2g为更换后的故障率；
步骤3-3：判断采用大修方案的效能综合评估值x1是否小于采用更换方案的效能综合评估值y1，如果是，选择大修方案，否则，选择更换方案。
3.根据权利要求1所述的电力变压器全寿命周期成本效能评估方法，其特征在于：所述步骤3采用基于图形方法评估电力变压器的效能，包括以下具体步骤：
步骤3-a：建立故障率-全寿命周期成本关系二维坐标图，横坐标为全寿命周期成本，纵坐标为故障率；
步骤3-b：根据预设的全寿命周期成本和故障率的权重，在全寿命周期成本-故障率关系二维坐标图中绘制准线，所述准线与横坐标夹角的正切值为全寿命周期成本和故障率的权重比；
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