基于綜合運行成本的變壓器更新決策經濟模型研究

余華興，陳 攀，梁 瑜，徐 箐，鄧 群，秦 毅

（1.國網重慶市電力公司江北供電分公司，401147；2.深圳微網能源管理系統實驗室有限公司，518054）

基于綜合運行成本的變壓器更新決策經濟模型研究

余華興1，陳 攀1，梁 瑜1，徐 箐1，鄧 群1，秦 毅2

（1.國網重慶市電力公司江北供電分公司，401147；2.深圳微網能源管理系統實驗室有限公司，518054）

變壓器經濟壽命的準確評估對電網安全及經濟運行具有重要意義。首先構建變壓器的故障模型，然后綜合考慮變壓器事故風險成本，變壓器運行維護成本，變壓器折舊成本，建立變壓器的綜合運行成本；在此基礎上求取變壓器年均綜合運行成本的最小值，進而提出了變壓器更新決策經濟模型。通過實踐算例證明了模型的準確性和有效性。

變壓器；經濟模型；變壓器更新決策；綜合運行成本

0　引言

電力變壓器是輸變電系統的樞紐設備，其安全、可靠、經濟運行直接影響電力系統的安全與穩定。經濟合理地制定變壓器的更新策略，對于提高變壓器的利用率及電網企業的經濟效益具有重要意義。對此國內外學者已經展開了研究。

文獻［2］分析了變壓器壽命周期內的各項經濟要素及規律，建立了一種變壓器設備經濟壽命的評估方法。文獻［3］針對目前在電力變壓器狀態檢修決策中尚未將技術性與經濟性綜合考量的問題，綜合考慮變壓器運行環境和檢修記錄等，提出一種兼顧可靠性與經濟性的變壓器檢修方案方法。文獻［4］充分考慮了能耗、折舊損失、容量貼費等多項經濟性指標，提出了一種變壓器的經濟壽命評估方法，然而該方法缺少考慮變壓器本身性能對經濟壽命評估的影響。文獻［5］運用蒙特卡洛模擬方法求取因變壓器停電持續時間的概率分布，提出變壓器全壽命周期內的年等值成本概念，并作為判定變壓器是否退役的依據。

本文首先建立變壓器故障模型，然后構建變壓器的綜合運行成本。在此基礎上提出了變壓器更新決策經濟模型。

1　變壓器故障模型

大量統計數據表明變壓器的故障率曲線呈浴盆形狀，稱為浴盆曲線。在變壓器的整個壽命周期內，故障率變化主要包括調試期、偶然故障期和衰損期3個階段。

變壓器故障率服從適當參數的威布爾分布，可表示為：

2　變壓器更新決策模型

基于變壓器的綜合運行成本，構建變壓器更新決策模型。變壓器綜合運行成本由變壓器事故風險成本，變壓器運行維護成本，變壓器折舊成本三部分構成。

2.1變壓器事故風險成本

變壓器的事故風險成本可表示為變壓器故障率與變壓器故障成本的乘積：

變壓器發生故障后，由于故障隔離，切除負荷等造成的停電經濟成本可表示為：

表1　修正系數Tab.1 correction factors

故障維修成本主要包括人工費用，設備費用和材料費用。

當變壓器發生故障造成安全事故時會產生人員安全風險成本，與人員傷亡嚴重程度有關，可將嚴重程度劃分為輕傷，重傷和人員死亡三個等級。人員安全風險成本可用下式進行評估：

變壓器發生故障后往往會導致變壓器油泄漏，污染或有毒氣體的釋放以及變壓器故障起火等，會對周圍環境造成污染等，故考慮變壓器環境影響風險成本。其值可根據單次故障造成的環境損失的統計平均值確定。

因此，事故風險成本可表示為：

2.2變壓器運行維護成本

變壓器能耗費主要指變壓器的損耗，年（8760小時）損耗可用下式表示：

變壓器運行維護費用可表示為：

2.3變壓器折舊成本

變壓器折舊成本主要指變壓器的設備購置費，報廢處理費，安裝調試費等所有一次成本在其壽命周期內的均攤量。變壓器折舊成本可表示為：

表2　修正系數Tab.2 Correction factors

2.4變壓器的綜合運行成本

由上述討論，變壓器的綜合運行成本的可表示為：

3　算例分析

以某變電站110kV，31.5MVA變壓器為例，對本文提出的變壓器更新決策模型進行驗證。已知該變電站為室外聯絡變電站，負荷為普通負荷，變壓器為本地生產。變壓器參考購置費為250萬元，安裝調試費2萬元，退役成本為-10萬元，停電損失費用30萬元。設計壽命為40年，當前役齡21年。該地區變壓器故障平均修復時間為18h。

圖1　變壓器年均綜合運行成本

4　結論

1）綜合考慮變壓器事故風險成本，變壓器運行維護成本，變壓器折舊成本，構建變壓器的綜合運行成本，在此基礎上提出了變壓器更新決策經濟模型。該模型可以定量分析判斷在役變壓器何時更換退役能取得最好經濟效益，定量給出變壓器的最佳更新時間。

2）通過算例對本文提出的變壓器更新決策經濟模型進行驗證，結果表明所提變壓器更新模型方法能有效地評估變壓器經濟壽命，定量判斷變壓器最佳更新時間，可以為變壓器經濟壽命的評估及更換退役計劃的制定等提供可靠參考。

［1］李明，韓學山，楊明，等.電網狀態檢修概念與理論基礎研究［J］.中國電機工程學報，2011，31（34）：43～52.

［2］劉有為，馬麟，吳立遠等.電力變壓器經濟壽命模型及應用實例［J］.電網技術，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濟性的電力變壓器檢修方案優選［J］.電工技術學報 2014， 29（11） ： 192～200.

［4］于繼來，王成福，張博等.在役電力變壓器經濟壽命評估［J］電力系統及其自動化學報，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