計及電網資產貶值成本的狀態檢修策略研究

張 濤，沙偉燕,2

(1.國網寧夏電力有限公司電力科學研究院,寧夏 銀川 750011；2.華北電力大學，河北 保定 071000)

0 引 言

設備狀態檢修決策是基于設備當前狀態評價結果進行的檢修方案優選[1，2]，電網中的設備之間有著不可分割的物理結構聯系、經濟聯系和隨機聯系[3,4]，在特高壓電網飛速發展的進程中，變壓器作為關系電網全局安全、穩定運行的核心部件之一，其科學運維，最優檢修時間節點成為一項尤為重要的研究課題。常規檢修，依據電氣設備的定期試驗數據，綜合分析電氣設備的運行狀態，提出現階段可行的檢修手段。常規檢修目的性不明確，經濟性較差且其檢修時間節點容易偏離實際[5]，與現階段電力工業的發展要求相差甚遠。因此，以狀態檢修逐步取代定期檢修成為電網設備檢修的必然趨勢[6-7]。

狀態檢修以在線監測為基礎，對設備的特征量、試驗結果、歷史運行狀況、檢修情況及現場運行參數等多源數據進行客觀分析，繼而進行檢修決策。對電氣設備的運行狀況進行精準權衡，是狀態檢修工作的前提，國內外學者在該領域的研究大多集中在智能算法的應用上，在對電氣設備狀態的精確評估方面成果豐碩，主要表現在對電氣設備狀態的更準確、更精確定位，來指導檢修時間節點，較少考慮檢修成本因素。

本文提出的檢修決策方法，是對檢修綜合成本進行深入分析后得出的，以檢修綜合成本最小為目標函數，以檢修時間作為決策變量，考慮常規檢修成本的同時計及設備折舊成本、運行損耗成本等故障成本，得出最優檢修時間，整體上提高經濟性。

1 檢修綜合成本分析

1.1 固定檢修費用

同種電氣設備的固定檢修費用是相同的，其表達式為：

C0=C1+C2+C3

(1)

式中，C1為檢修工程成本；C2為設備采購成本；C3為其他成本。額定容量變壓器(500 kV)其常規檢修費用與解體檢修費用如圖1所示。

1.2 資產貶值成本

電氣設備發生故障時，會造成相應的絕緣損失，從而導致設備的使用壽命相應降低，致使設備折舊。將電氣設備的剩余價值(殘值率)設為a，其平均服役年限設為t，將設備使用壽命的折損值在發生各種類型，各種程度的內部故障后設為η，則電氣設備在截止當前使用時間內的資產折舊為：

圖1 檢修費用

CZC=[C2(1-a)/t]η

(2)

式中,服役年限折損η可以是過熱故障導致的服役時間折損，也可以是，放電導致的服役時間折損。

1.3 運行損失成本

假設電氣設備發生各種故障時，其損失負荷的平均值為Lloss，故障修復時間平均值設為tR，則設備發生故障時，與之對應的運行損耗費用為：

cy=cLlosstR

(3)

式中:

式中，c表示單位電量售電利潤；t0表示設備故障檢修的起始時間；Δt表示檢修導致的設備停運時間；fdec，k(t)，為負荷功率在發生k類型故障下隨時間dt變化的削減值。綜合分析電網設備的檢修費用與故障費用，獲取電網設備綜合成本的可調值，為后續提出現階段可行的檢修手段打下基礎。

1.4 應急檢修計劃附加成本

應用邊際成本分析方法可知，電網設備的綜合檢修費用與檢修時間的提前量呈指數分布，則其應急檢修計劃附加費用：

cyj=bexp(at1)

(4)

式中，a、b表示函數的特定參數;t1表示檢修時間提前量的等效值，僅當檢修時間提前到臨界裕度以內時，才計及檢修費用的增加。

1.5 設備狀態惡化附加費用

采集歷史數據樣本，可得到電氣設備狀態惡化的概率密度函數feh(t2)，其中t2為設備檢修推遲的時間。則電氣設備狀態惡化引起深層次故障的可能性量值為：

(5)

式中，t3表示常規狀況下電氣設備的檢修時間。則電氣設備狀態惡化附加費用可表示為：

(6)

其中:Cgd1表示電氣設備狀態惡化之后的固定檢修費用，Cgd0表示目前條件下的固定狀態檢修費用。

2 基于成本最優的檢修決策方法

對異常電氣設備而言，其檢修成本已經包含狀態惡化附加費用，由此，可將其發生故障產生的費用視為定值。那么在分析檢修綜合成本的變化趨勢時，可以只考慮設備檢修費用的變化趨勢。目前，鮮有費用計算的相關數據，只能靠經驗來量化成本值；隨著電網設備精細化管理水平逐步提高，費用數據建檔入庫，數據統計工作加快推進，大數據技術為電網設備檢修綜合費用量化提供了參考。參考歷史經驗數據可知，異常狀態的設備故障惡化的發生概率為正態分布，但其標準差取值為200左右，其概率密度曲線趨于平穩且分布幅度范圍較大。為此，本文為避免這一問題，將算例的檢修時間調整范圍控制在30天以內，在該區間內，概率密度函數波動大小可忽略不計，此時，為分析、計算方便，將故障惡化的概率密度函數視作恒定概率模型，視作定值。依式(6)，電氣設備狀態惡化附加費用隨時間的變化可簡化為線性函數來描述。依式(4)，應用邊際成本分析方法可知，電網設備的綜合檢修費用與檢修時間的提前量呈指數分布。

檢修成本的變化趨勢如圖2所示。

圖2 檢修成本的變化趨勢

由圖2,隨時間推移，設備檢修綜合費用走向為:先遞減后遞增。將檢修時間安排在該曲線的極小值點，將是保證經濟性最優情形下的最佳檢修時間；另外，經濟性最優情形下的檢修，能夠有效、及時地避免電網設備狀態的進一步惡化，加劇深層故障后果，也更加說明，將故障費用設為定值模型是可行的，合理的。

綜上，計及電網資產貶值成本的綜合成本分析的狀態檢修策略，其流程如圖3：

圖3 檢修決策方法的流程圖

3 檢修策略的經濟性分析

算例采用1990年投運的變壓器，其型號為ODFPSE-250000/500，額定電壓為500 kV，額定容量為250 MVA，設計服役年限為30年，通過在線油色譜分析數據可知該設備在2013年6月12日發生低溫過熱現象，此時標記設備出現異常狀態，t=0。圖4表示本文提出的優化檢修決策與現有檢修決策的綜合成本對比。

圖4 優化檢修策略與現有檢修策略的綜合成本對比

由圖4可知:按照本文提出的檢修策略，在設備發生低溫過熱現象后第16天安排檢修為最佳，然實際工作安排中的應急檢修時間為第5天，定期檢修時間為第27天，經數據對比，很明顯，本文提出的優化檢修策略其綜合費用均比應急檢修與定檢費用要小。因此，本文針對應急性檢修的優化檢修策略可確保綜合檢修費用達到經濟層面的最優化。再縱觀常規檢修與應急性檢修的成本對比結果表明：與定檢策略比較，本文所提出的優化檢修策略，既確保了設備的安全、可靠、穩定運行，又具備顯著的經濟性。