基于综合运行成本的变压器更新决策经济模型研究

余华兴，陈 攀，梁 瑜，徐 箐，邓 群，秦 毅

（1.国网重庆市电力公司江北供电分公司，401147；2.深圳微网能源管理系统实验室有限公司，518054）

基于综合运行成本的变压器更新决策经济模型研究

余华兴1，陈 攀1，梁 瑜1，徐 箐1，邓 群1，秦 毅2

（1.国网重庆市电力公司江北供电分公司，401147；2.深圳微网能源管理系统实验室有限公司，518054）

变压器经济寿命的准确评估对电网安全及经济运行具有重要意义。首先构建变压器的故障模型，然后综合考虑变压器事故风险成本，变压器运行维护成本，变压器折旧成本，建立变压器的综合运行成本；在此基础上求取变压器年均综合运行成本的最小值，进而提出了变压器更新决策经济模型。通过实践算例证明了模型的准确性和有效性。

变压器；经济模型；变压器更新决策；综合运行成本

0　引言

电力变压器是输变电系统的枢纽设备，其安全、可靠、经济运行直接影响电力系统的安全与稳定。经济合理地制定变压器的更新策略，对于提高变压器的利用率及电网企业的经济效益具有重要意义。对此国内外学者已经展开了研究。

文献［2］分析了变压器寿命周期内的各项经济要素及规律，建立了一种变压器设备经济寿命的评估方法。文献［3］针对目前在电力变压器状态检修决策中尚未将技术性与经济性综合考量的问题，综合考虑变压器运行环境和检修记录等，提出一种兼顾可靠性与经济性的变压器检修方案方法。文献［4］充分考虑了能耗、折旧损失、容量贴费等多项经济性指标，提出了一种变压器的经济寿命评估方法，然而该方法缺少考虑变压器本身性能对经济寿命评估的影响。文献［5］运用蒙特卡洛模拟方法求取因变压器停电持续时间的概率分布，提出变压器全寿命周期内的年等值成本概念，并作为判定变压器是否退役的依据。

本文首先建立变压器故障模型，然后构建变压器的综合运行成本。在此基础上提出了变压器更新决策经济模型。

1　变压器故障模型

大量统计数据表明变压器的故障率曲线呈浴盆形状，称为浴盆曲线。在变压器的整个寿命周期内，故障率变化主要包括调试期、偶然故障期和衰损期3个阶段。

变压器故障率服从适当参数的威布尔分布，可表示为：

2　变压器更新决策模型

基于变压器的综合运行成本，构建变压器更新决策模型。变压器综合运行成本由变压器事故风险成本，变压器运行维护成本，变压器折旧成本三部分构成。

2.1变压器事故风险成本

变压器的事故风险成本可表示为变压器故障率与变压器故障成本的乘积：

变压器发生故障后，由于故障隔离，切除负荷等造成的停电经济成本可表示为：

表1　修正系数Tab.1 correction factors

故障维修成本主要包括人工费用，设备费用和材料费用。

当变压器发生故障造成安全事故时会产生人员安全风险成本，与人员伤亡严重程度有关，可将严重程度划分为轻伤，重伤和人员死亡三个等级。人员安全风险成本可用下式进行评估：

变压器发生故障后往往会导致变压器油泄漏，污染或有毒气体的释放以及变压器故障起火等，会对周围环境造成污染等，故考虑变压器环境影响风险成本。其值可根据单次故障造成的环境损失的统计平均值确定。

因此，事故风险成本可表示为：

2.2变压器运行维护成本

变压器能耗费主要指变压器的损耗，年（8760小时）损耗可用下式表示：

变压器运行维护费用可表示为：

2.3变压器折旧成本

变压器折旧成本主要指变压器的设备购置费，报废处理费，安装调试费等所有一次成本在其寿命周期内的均摊量。变压器折旧成本可表示为：

表2　修正系数Tab.2 Correction factors

2.4变压器的综合运行成本

由上述讨论，变压器的综合运行成本的可表示为：

3　算例分析

以某变电站110kV，31.5MVA变压器为例，对本文提出的变压器更新决策模型进行验证。已知该变电站为室外联络变电站，负荷为普通负荷，变压器为本地生产。变压器参考购置费为250万元，安装调试费2万元，退役成本为-10万元，停电损失费用30万元。设计寿命为40年，当前役龄21年。该地区变压器故障平均修复时间为18h。

图1　变压器年均综合运行成本

4　结论

1）综合考虑变压器事故风险成本，变压器运行维护成本，变压器折旧成本，构建变压器的综合运行成本，在此基础上提出了变压器更新决策经济模型。该模型可以定量分析判断在役变压器何时更换退役能取得最好经济效益，定量给出变压器的最佳更新时间。

2）通过算例对本文提出的变压器更新决策经济模型进行验证，结果表明所提变压器更新模型方法能有效地评估变压器经济寿命，定量判断变压器最佳更新时间，可以为变压器经济寿命的评估及更换退役计划的制定等提供可靠参考。

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［3］张镱议，廖瑞金，杨丽君，等.综合考虑可靠性与经济性的电力变压器检修方案优选［J］.电工技术学报 2014， 29（11） ： 192～200.

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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