CN113077124A - 一种电网逾龄设备技改后剩余可使用年限的评估方法 - Google Patents

Abstract

一种电网逾龄设备技改后剩余可使用年限的评估方法，该方法先采用技改动态优化模型确定逾龄设备技改后的加权平均尚可使用年限R，并根据逾龄设备技改后的健康状态评估其剩余使用年限T′，然后选取R、T′中的较小值作为剩余可使用年限。本设计在保障电网设备安全运行的同时能够尽可能的延长逾龄设备的使用年限。

Description

一种电网逾龄设备技改后剩余可使用年限的评估方法

技术领域

本发明属于电力设备寿命评估技术领域，具体涉及一种电网逾龄设备技改后剩余可使用年限的评估方法。

背景技术

电网的安全运行保证电力可靠、稳定供应的基础，电力设备作为电网运行的主力军，其安全运行是避免电网故障的关键。而随着电力设备使用年限的增大，其未来逾龄风险也不断加大，对于这些面临逾龄的电力设备，可通过技术改造的方式来合理延长逾龄设备的使用年限。由于目前并未形成科学的设备退役检修处理机制，导致对电力设备的实际状态评估不够准确，容易出现运行环境恶劣且老化严重需要维修更换的设备没有得到及时处理、而运行环境较好可以检修后继续服役却被提前退役等问题，不仅无法有效保证电力设备的安全运行，而且在带来经济损失的同时造成资源的浪费。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种在保证电网设备安全运行的同时能够科学合理的评估电网逾龄设备技改后剩余可使用年限的方法。

为实现以上目的，本发明的技术方案如下：

一种电网逾龄设备技改后剩余可使用年限的评估方法，依次包括以下步骤：

一、采用技改动态优化模型确定逾龄设备技改后的加权平均尚可使用年限R，并根据逾龄设备技改后的健康状态评估其剩余使用年限T′；

二、选取R、T′中的较小值作为逾龄设备技改后剩余可使用年限。

步骤一中，所述根据逾龄设备技改后的健康状态评估其剩余使用年限T′依次包括以下步骤：

S1、构建健康状态综合评价指标体系，所述评价指标体系包括影响设备健康状态的多个因素以及各因素所对应的评价指标；

S2、采用层次分析法确定评价指标体系中各因素的权重向量W，并采用商权法确定评价指标体系中各评价指标的权重向量Q_r；

S3、先采用半梯形隶属度函数确定各因素所对应评价指标对正常、注意、异常、严重这四种健康状态的隶属度矩阵U_r，再通过下列公式加权计算得到各因素的健康状态概率G：

G_r＝Q_r*U_r

上式中，G_r为第r个因素的健康状态概率，n₁为因素的总数量；

S4、通过下式计算得到逾龄设备技改后的整体健康状态评价值L：

L＝W*G＝(mr(L₁) mr(L₂) mr(L₃) mr(L₄))

上式中，mr(L₁)、mr(L₂)、mr(L₃)、mr(L₄)分别为逾龄设备技改后属于正常、注意、异常、严重这四种健康状态的概率值；

S5、采用下列公式计算逾龄设备技改后的剩余使用年限T′：

HI＝mr(L₁)×1+mr(L₂)×4+mr(L₃)×6+mr(L₄)×8

上式中，HI₀为逾龄设备在投运时的健康指数，B为老化系数，HI为逾龄设备的健康指数，T_exp为逾龄设备的预期寿命，T为逾龄设备的技术寿命，f_L为逾龄设备的运行系数，f_E为环境系数。

步骤S2中，所述采用商权法确定评价指标体系中各评价指标的权重向量Q_r依次包括以下步骤：

S2-1、采用相对劣化度对评价指标体系中各评价指标进行如下归一化处理：

对于测量值越小越好的评价指标，

X_rsk0≤X_rsk≤X_rs1；

对于测量值越大越好的评价指标，

X_rsk1≤X_rsk≤X_rs0；

上式中，x_rsk为第r个因素所对应的第s个评价指标的第k次测量值归一化处理后的结果，X_rsk为第r个因素所对应的第s个评价指标的第k次测量值，X_rs0为第r个因素所对应的第s个评价指标的初始值，X_rs1为第r个因素所对应的第s个评价指标的注意值，k＝1，2，...，m；

S2-2、采用下列公式计算各评价指标的信息熵：

上式中，e_rs为第r个因素所对应的第s个评价指标的信息熵，p_rsk为第r个因素所对应的第s个评价指标第k次测量值的比重；

S2-3、采用下列公式计算各评价指标的权重向量Q_r：

0≤q_rs≤1且

上式中，q_rs为第r个因素所对应的第s个评价指标的权重值，n₂为第r个因素所对应的评价指标的数量。

步骤S3中，所述半梯形隶属度函数为：

上式中，μ₁(x_rsk)、μ₂(x_rsk)、μ₃(x_rsk)、μ₄(x_rsk)分别为第r个因素所对应的第s个评价指标第k次测量值对正常、注意、异常、严重这四种健康状态的隶属度，(0，b)、(c，d)、(e，f)、(g，1)分别为第r个因素所对应的第s个评价指标对正常、注意、异常、严重这四种健康状态的隶属度为1时的取值范围；

所述各因素所对应评价指标对正常、注意、异常、严重这四种健康状态的隶属度矩阵U_r通过将各评价指标的最近测量数据归一化后带入上述半梯形隶属度函数后得到。

所述逾龄设备为变压器，所述评价指标体系中，影响设备健康状态的因素包括油色谱、电气试验、绝缘油试验，所述油色谱所对应的评价指标包括C₂H₂含量、H₂含量、总烃含量、CO₂相对产气率、CO相对产气率，所述电气试验所对应的评价指标包括绕组介损、铁芯接地电流、绕组吸收比、电容性套管介损，所述绝缘油试验所对应的评价指标包括糠醛、击穿电压、油介损、体积电阻率、微水。

步骤一中，所述技改动态优化模型以逾龄设备技改后的整体可使用年限I最大为目标函数：

上式中，X为设备预计可使用年限，w_i为设备逾龄后第i年进行局部技改的成本，若设备逾龄后第i年进行局部技改，则t_i＝1，若设备逾龄后第i年不进行局部技改，t_i＝0，n₁为最后一次局部技改的年度，j为设备评估年，即设备逾龄后第j年，b为局部技改的总投入，Y_i为设备在逾龄后第i年年末的资产净值，c为设备的资产原值，z_i为设备逾龄后第i年进行局部技改时被替换部件的资产原值，x为设备的资产折旧年限，m为进行局部技改的总次数，n为完成所有局部技改的总年数；

所述加权平均尚可使用年限R采用以下公式计算得到：

R＝X-R’

R’＝I-j+1

上式中，R’为设备加权平均已使用年限。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种电网逾龄设备技改后剩余可使用年限的评估方法先采用技改动态优化模型确定逾龄设备技改后的加权平均尚可使用年限R，并根据逾龄设备技改后的健康状态评估其剩余使用年限T′，然后选取R、T′中的较小值作为剩余可使用年限，该方法通过研究技改对设备寿命的影响，同时从设备健康状态以及技改方案优化两方面对设备的可使用年限进行计算评估，并以两种评估方法得到的可使用年限较小值作为最终的逾龄设备剩余可使用年限，在保障电网设备安全运行的同时能够尽可能的延长逾龄设备的使用年限，提高设备的利用率。因此，本发明在保障电网设备安全运行的同时能够尽可能的延长逾龄设备的使用年限。

2、本发明一种电网逾龄设备技改后剩余可使用年限的评估方法基于特定的技改动态优化模型可确定设备整体可使用年限最长的局部技改方案，从而为逾龄设备技改的实施提供依据。因此，本发明可对逾龄设备技改的实施提供依据。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种电网逾龄设备技改后剩余可使用年限的评估方法，依次包括以下步骤：

一、采用技改动态优化模型确定逾龄设备技改后的加权平均尚可使用年限R，并根据逾龄设备技改后的健康状态评估其剩余使用年限T′；

二、选取R、T′中的较小值作为逾龄设备技改后剩余可使用年限。

步骤一中，所述根据逾龄设备技改后的健康状态评估其剩余使用年限T′依次包括以下步骤：

S1、构建健康状态综合评价指标体系，所述评价指标体系包括影响设备健康状态的多个因素以及各因素所对应的评价指标；

S2、采用层次分析法确定评价指标体系中各因素的权重向量W，并采用商权法确定评价指标体系中各评价指标的权重向量Q_r；

S3、先采用半梯形隶属度函数确定各因素所对应评价指标对正常、注意、异常、严重这四种健康状态的隶属度矩阵U_r，再通过下列公式加权计算得到各因素的健康状态概率G：

G_r＝Q_r*U_r

上式中，G_r为第r个因素的健康状态概率，n₁为因素的总数量；

S4、通过下式计算得到逾龄设备技改后的整体健康状态评价值L：

L＝W*G＝(mr(L₁) mr(L₂) mr(L₃) mr(L₄))

上式中，mr(L₁)、mr(L₂)、mr(L₃)、mr(L₄)分别为逾龄设备技改后属于正常、注意、异常、严重这四种健康状态的概率值；

S5、采用下列公式计算逾龄设备技改后的剩余使用年限T′：

HI＝mr(L₁)×1+mr(L₂)×4+mr(L₃)×6+mr(L₄)×8

上式中，HI₀为逾龄设备在投运时的健康指数，B为老化系数，HI为逾龄设备的健康指数，T_exp为逾龄设备的预期寿命，T为逾龄设备的技术寿命，f_L为逾龄设备的运行系数，f_E为环境系数。

步骤S2中，所述采用商权法确定评价指标体系中各评价指标的权重向量Qr依次包括以下步骤：

S2-1、采用相对劣化度对评价指标体系中各评价指标进行如下归一化处理：

对于测量值越小越好的评价指标，

X_rsk0≤X_rsk≤X_rs1；

对于测量值越大越好的评价指标，

X_rsk1≤X_rsk≤X_rs0；

上式中，x_rsk为第r个因素所对应的第s个评价指标的第k次测量值归一化处理后的结果，X_rsk为第r个因素所对应的第s个评价指标的第k次测量值，X_rs0为第r个因素所对应的第s个评价指标的初始值，X_rs1为第r个因素所对应的第s个评价指标的注意值，k＝1，2，...，m；

S2-2、采用下列公式计算各评价指标的信息熵：

上式中，e_rs为第r个因素所对应的第s个评价指标的信息熵，p_rsk为第r个因素所对应的第s个评价指标第k次测量值的比重；

S2-3、采用下列公式计算各评价指标的权重向量Q_r：

0≤q_rs≤1且

上式中，q_rs为第r个因素所对应的第s个评价指标的权重值，n₂为第r个因素所对应的评价指标的数量。

步骤S3中，所述半梯形隶属度函数为：

上式中，μ₁(x_rsk)、μ₂(x_rsk)、μ₃(x_rsk)、μ₄(x_rsk)分别为第r个因素所对应的第s个评价指标第k次测量值对正常、注意、异常、严重这四种健康状态的隶属度，(0，b)、(c，d)、(e，f)、(g，1)分别为第r个因素所对应的第s个评价指标对正常、注意、异常、严重这四种健康状态的隶属度为1时的取值范围；

所述各因素所对应评价指标对正常、注意、异常、严重这四种健康状态的隶属度矩阵U_r通过将各评价指标的最近测量数据归一化后带入上述半梯形隶属度函数后得到。

所述逾龄设备为变压器，所述评价指标体系中，影响设备健康状态的因素包括油色谱、电气试验、绝缘油试验，所述油色谱所对应的评价指标包括C₂H₂含量、H₂含量、总烃含量、CO₂相对产气率、CO相对产气率，所述电气试验所对应的评价指标包括绕组介损、铁芯接地电流、绕组吸收比、电容性套管介损，所述绝缘油试验所对应的评价指标包括糠醛、击穿电压、油介损、体积电阻率、微水。

步骤一中，所述技改动态优化模型以逾龄设备技改后的整体可使用年限I最大为目标函数：

上式中，X为设备预计可使用年限，w_i为设备逾龄后第i年进行局部技改的成本，若设备逾龄后第i年进行局部技改，则t_i＝1，若设备逾龄后第i年不进行局部技改，t_i＝0，n₁为最后一次局部技改的年度，j为设备评估年，即设备逾龄后第j年，b为局部技改的总投入，Y_i为设备在逾龄后第i年年末的资产净值，c为设备的资产原值，z_i为设备逾龄后第i年进行局部技改时被替换部件的资产原值，x为设备的资产折旧年限，m为进行局部技改的总次数，n为完成所有局部技改的总年数；

所述加权平均尚可使用年限R采用以下公式计算得到：

R＝X-R’

R’＝I-j+1

上式中，R’为设备加权平均已使用年限。

本发明的原理说明如下：

本发明提供了一种电网逾龄设备技改后剩余可使用年限的评估方法，该方法一方面采用技改动态优化模型对逾龄设备的技改投资进行合理规划，确定最优的技改方案以及加权平均尚可使用年限R，另一方面，通过设备的健康状态评估，结合技改后的测试数据，科学合理的评估设备技改后的剩余使用年限T′。

实施例1：

一种电网逾龄设备技改后剩余可使用年限的评估方法，本实施例选用的逾龄设备为1996年投运、资产原值为100万、技术寿命为30年、财务折旧年限为18年、2014年底逾龄、2015年第一次对其进行技术改造的变压器，依次按照以下步骤进行：

1、采用技改动态优化模型确定逾龄设备技改后的加权平均尚可使用年限R，其中，所述技改动态优化模型以逾龄设备技改后的整体可使用年限I最大为目标函数：

上式中，X为设备预计可使用年限，w_i为设备逾龄后第i年进行局部技改的成本，若设备逾龄后第i年进行局部技改，则t_i＝1，若设备逾龄后第i年不进行局部技改，t_i＝0，n₁为最后一次局部技改的年度，j为设备评估年，即设备逾龄后第j年，b为局部技改的总投入，Y_i为设备在逾龄后第i年年末的资产净值，c为设备的资产原值，z_i为设备逾龄后第i年进行局部技改时被替换部件的资产原值，x为设备的资产折旧年限，m为进行局部技改的总次数，n为完成所有局部技改的总年数；

所述加权平均尚可使用年限R采用以下公式计算得到：

R＝X-R’

R’＝I-j+1

上式中，R’为设备加权平均已使用年限；

通过MATLAB软件得到计算结果，最优投资方案为2015年投资23.1万元，2019年投资96.9万元，2020年评估设备加权平均已使用年限为1.8年，预计可使用年限按照财务折旧年限确定为18年，则加权平均尚可使用年限为16.2年，技改后设备整体使用年限为21.2年，技改方案数据表如下：

表1技改方案数据表

2、构建健康状态综合评价指标体系，所述评价指标体系包括影响设备健康状态的多个因素以及各因素所对应的评价指标，所述影响设备健康状态的因素包括油色谱、电气试验、绝缘油试验，所述油色谱所对应的评价指标包括C₂H₂含量、H₂含量、总烃含量、CO₂相对产气率、CO相对产气率，所述电气试验所对应的评价指标包括绕组介损、铁芯接地电流、绕组吸收比、电容性套管介损，所述绝缘油试验所对应的评价指标包括糠醛、击穿电压、油介损、体积电阻率、微水，这些评价指标的测量数据如下表所示：

表2变压器测量数据

3、采用层次分析法确定评价指标体系中各因素的权重向量W，具体为：

3-1、根据重要程度将综合评价模型中因素层元素与目标层成对比较，形成判断矩阵B：

上式中，b_ij为第i个因素相对于第j个因素的重要程度，n₁为因素的个数，i，j＝1，2，…，n₁；

3-2、采用下列公式确定各因素的权重向量W_i：

3-3、采用下列公式进行一致性校验：

上式中，λ_max为判断矩阵B的最大特征根，RI为平均一致性指标；

4、采用商权法确定评价指标体系中各评价指标的权重向量Q_r，具体为：

4-1、采用相对劣化度对评价指标体系中各评价指标进行如下归一化处理：

对于测量值越小越好的评价指标，

X_rsk0≤X_rsk≤X_rs1；

对于测量值越大越好的评价指标，

X_rsk1≤X_rsk≤X_rs0；

上式中，x_rsk为第r个因素所对应的第s个评价指标的第k次测量值归一化处理后的结果，X_rsk为第r个因素所对应的第s个评价指标的第k次测量值，X_rs0为第r个因素所对应的第s个评价指标的初始值，X_rs1为第r个因素所对应的第s个评价指标的注意值，k＝1，2，...，m；

4-2、采用下列公式计算各评价指标的信息熵：

上式中，e_rs为第r个因素所对应的第s个评价指标的信息熵，p_rsk为第r个因素所对应的第s个评价指标第k次测量值的比重；

4-3、采用下列公式计算各评价指标的权重向量Q_r：

0≤q_rs≤1且

上式中，q_rs为第r个因素所对应的第s个评价指标的权重值，n₂为第r个因素所对应的评价指标的数量；

本实施例得到的各评价指标的权重如表3所示：

表3各评价指标的权重

5、先采用半梯形隶属度函数，将各评价指标的最近测量数据归一化后带入下列半梯形隶属度函数中得到各因素所对应评价指标对正常、注意、异常、严重这四种健康状态的隶属度矩阵U_r：

上式中，μ₁(x_rsk)、μ₂(x_rsk)、μ₃(x_rsk)、μ₄(x_rsk)分别为第r个因素所对应的第s个评价指标第k次测量值对正常、注意、异常、严重这四种健康状态的隶属度，(0，b)、(c，d)、(e，f)、(g，1)分别为第r个因素所对应的第s个评价指标对正常、注意、异常、严重这四种健康状态的隶属度为1时的取值范围，本实施例中设定b、c、d、e、f、g分别为0.3、0.45、0.5、0.75、0.8、0.95；

本实施例得到的各评价指标的隶属度如表4所示：

表4各评价指标的健康状态隶属度

6、通过下列公式加权计算得到各因素的健康状态概率G：

G_r＝Q_r*U_r

上式中，G_r为第r个因素的健康状态概率，n₁为因素的总数量；

7、通过下式计算得到逾龄设备技改后的整体健康状态评价值L：

L＝W*G＝(mr(L₁) mr(L₂) mr(L₃) mr(L₄))

上式中，mr(L₁)、mr(L₂)、mr(L₃)、mr(L₄)分别为逾龄设备技改后属于正常、注意、异常、严重这四种健康状态的概率值，本实施例中分别为0.917481、0.082519、0、0；

8、采用下列公式计算逾龄设备技改后的剩余使用年限T′：

HI＝mr(L₁)×1+mr(L₂)×4+mr(L₃)×6+mr(L₄)×8

上式中，HI₀为逾龄设备在投运时的健康指数，B为老化系数，HI为逾龄设备的健康指数，T_exp为逾龄设备的预期寿命，T为逾龄设备的技术寿命，f_L为逾龄设备的运行系数，f_E为环境系数；

本实施例得到的HI为1.2476，剩余使用年限T′为19.61年，此后设备健康指数将达到7，处在严重状态，需采取相应措施以保障运行安全；

9、选取R、T′中的较小值即16.2年作为逾龄设备技改后剩余可使用年限。

Claims (6)

1.一种电网逾龄设备技改后剩余可使用年限的评估方法，其特征在于：

所述评估方法依次包括以下步骤：

一、采用技改动态优化模型确定逾龄设备技改后的加权平均尚可使用年限R，并根据逾龄设备技改后的健康状态评估其剩余使用年限T′；

二、选取R、T′中的较小值作为逾龄设备技改后剩余可使用年限。

2.根据权利要求1所述的一种电网逾龄设备技改后剩余可使用年限的评估方法，其特征在于：

步骤一中，所述根据逾龄设备技改后的健康状态评估其剩余使用年限T′依次包括以下步骤：

S1、构建健康状态综合评价指标体系，所述评价指标体系包括影响设备健康状态的多个因素以及各因素所对应的评价指标；

S2、采用层次分析法确定评价指标体系中各因素的权重向量W，并采用商权法确定评价指标体系中各评价指标的权重向量Q_r；

S3、先采用半梯形隶属度函数确定各因素所对应评价指标对正常、注意、异常、严重这四种健康状态的隶属度矩阵U_r，再通过下列公式加权计算得到各因素的健康状态概率G：

G_r＝Q_r*U_r

上式中，G_r为第r个因素的健康状态概率，n₁为因素的总数量；

S4、通过下式计算得到逾龄设备技改后的整体健康状态评价值L：

L＝W*G＝(mr(L₁) mr(L₂) mr(L₃) mr(L₄))

上式中，mr(L₁)、mr(L₂)、mr(L₃)、mr(L₄)分别为逾龄设备技改后属于正常、注意、异常、严重这四种健康状态的概率值；

S5、采用下列公式计算逾龄设备技改后的剩余使用年限T′：

HI＝mr(L₁)×1+mr(L₂)×4+mr(L₃)×6+mr(L₄)×8

上式中，HI₀为逾龄设备在投运时的健康指数，B为老化系数，HI为逾龄设备的健康指数，T_exp为逾龄设备的预期寿命，T为逾龄设备的技术寿命，f_L为逾龄设备的运行系数，f_E为环境系数。

3.根据权利要求2所述的一种电网逾龄设备技改后剩余可使用年限的评估方法，其特征在于：

步骤S2中，所述采用商权法确定评价指标体系中各评价指标的权重向量Q_r依次包括以下步骤：

S2-1、采用相对劣化度对评价指标体系中各评价指标进行如下归一化处理：

对于测量值越小越好的评价指标，

对于测量值越大越好的评价指标，

上式中，x_rsk为第r个因素所对应的第s个评价指标的第k次测量值归一化处理后的结果，X_rsk为第r个因素所对应的第s个评价指标的第k次测量值,X_rs0为第r个因素所对应的第s个评价指标的初始值，X_rs1为第r个因素所对应的第s个评价指标的注意值，k＝1,2,…,m；

S2-2、采用下列公式计算各评价指标的信息熵：

上式中，e_rs为第r个因素所对应的第s个评价指标的信息熵，p_rsk为第r个因素所对应的第s个评价指标第k次测量值的比重；

S2-3、采用下列公式计算各评价指标的权重向量Q_r：

且

上式中，q_rs为第r个因素所对应的第s个评价指标的权重值，n₂为第r个因素所对应的评价指标的数量。

4.根据权利要求2所述的一种电网逾龄设备技改后剩余可使用年限的评估方法，其特征在于：

步骤S3中，所述半梯形隶属度函数为：

上式中，μ₁(x_rsk)、μ₂(x_rsk)、μ₃(x_rsk)、μ₄(x_rsk)分别为第r个因素所对应的第s个评价指标第k次测量值对正常、注意、异常、严重这四种健康状态的隶属度，(0，b)、(c，d)、(e，f)、(g，1)分别为第r个因素所对应的第s个评价指标对正常、注意、异常、严重这四种健康状态的隶属度为1时的取值范围；

所述各因素所对应评价指标对正常、注意、异常、严重这四种健康状态的隶属度矩阵U_r通过将各评价指标的最近测量数据归一化后带入上述半梯形隶属度函数后得到。

5.根据权利要求2所述的一种电网逾龄设备技改后剩余可使用年限的评估方法，其特征在于：所述逾龄设备为变压器，所述评价指标体系中，影响设备健康状态的因素包括油色谱、电气试验、绝缘油试验，所述油色谱所对应的评价指标包括C₂H₂含量、H₂含量、总烃含量、CO₂相对产气率、CO相对产气率，所述电气试验所对应的评价指标包括绕组介损、铁芯接地电流、绕组吸收比、电容性套管介损，所述绝缘油试验所对应的评价指标包括糠醛、击穿电压、油介损、体积电阻率、微水。

6.根据权利要求1或2所述的一种电网逾龄设备技改后剩余可使用年限的评估方法，其特征在于：

步骤一中，所述技改动态优化模型以逾龄设备技改后的整体可使用年限I最大为目标函数：

上式中，X为设备预计可使用年限，w_i为设备逾龄后第i年进行局部技改的成本，若设备逾龄后第i年进行局部技改，则t_i＝1，若设备逾龄后第i年不进行局部技改，t_i＝0，n₁为最后一次局部技改的年度，j为设备评估年，即设备逾龄后第j年，b为局部技改的总投入，Y_i为设备在逾龄后第i年年末的资产净值，c为设备的资产原值，z_i为设备逾龄后第i年进行局部技改时被替换部件的资产原值，x为设备的资产折旧年限，m为进行局部技改的总次数，n为完成所有局部技改的总年数；

所述加权平均尚可使用年限R采用以下公式计算得到：

R＝X-R’

R’＝I-j+1

上式中，R’为设备加权平均已使用年限。