計(jì)及電網(wǎng)資產(chǎn)貶值成本的狀態(tài)檢修策略研究

張 濤，沙偉燕,2

(1.國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司電力科學(xué)研究院,寧夏 銀川 750011；2.華北電力大學(xué)，河北 保定 071000)

0 引 言

設(shè)備狀態(tài)檢修決策是基于設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行的檢修方案優(yōu)選[1，2]，電網(wǎng)中的設(shè)備之間有著不可分割的物理結(jié)構(gòu)聯(lián)系、經(jīng)濟(jì)聯(lián)系和隨機(jī)聯(lián)系[3,4]，在特高壓電網(wǎng)飛速發(fā)展的進(jìn)程中，變壓器作為關(guān)系電網(wǎng)全局安全、穩(wěn)定運(yùn)行的核心部件之一，其科學(xué)運(yùn)維，最優(yōu)檢修時(shí)間節(jié)點(diǎn)成為一項(xiàng)尤為重要的研究課題。常規(guī)檢修，依據(jù)電氣設(shè)備的定期試驗(yàn)數(shù)據(jù)，綜合分析電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，提出現(xiàn)階段可行的檢修手段。常規(guī)檢修目的性不明確，經(jīng)濟(jì)性較差且其檢修時(shí)間節(jié)點(diǎn)容易偏離實(shí)際[5]，與現(xiàn)階段電力工業(yè)的發(fā)展要求相差甚遠(yuǎn)。因此，以狀態(tài)檢修逐步取代定期檢修成為電網(wǎng)設(shè)備檢修的必然趨勢(shì)[6-7]。

狀態(tài)檢修以在線監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)，對(duì)設(shè)備的特征量、試驗(yàn)結(jié)果、歷史運(yùn)行狀況、檢修情況及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)等多源數(shù)據(jù)進(jìn)行客觀分析，繼而進(jìn)行檢修決策。對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行精準(zhǔn)權(quán)衡，是狀態(tài)檢修工作的前提，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在該領(lǐng)域的研究大多集中在智能算法的應(yīng)用上，在對(duì)電氣設(shè)備狀態(tài)的精確評(píng)估方面成果豐碩，主要表現(xiàn)在對(duì)電氣設(shè)備狀態(tài)的更準(zhǔn)確、更精確定位，來(lái)指導(dǎo)檢修時(shí)間節(jié)點(diǎn)，較少考慮檢修成本因素。

本文提出的檢修決策方法，是對(duì)檢修綜合成本進(jìn)行深入分析后得出的，以檢修綜合成本最小為目標(biāo)函數(shù)，以檢修時(shí)間作為決策變量，考慮常規(guī)檢修成本的同時(shí)計(jì)及設(shè)備折舊成本、運(yùn)行損耗成本等故障成本，得出最優(yōu)檢修時(shí)間，整體上提高經(jīng)濟(jì)性。

1 檢修綜合成本分析

1.1 固定檢修費(fèi)用

同種電氣設(shè)備的固定檢修費(fèi)用是相同的，其表達(dá)式為：

C0=C1+C2+C3

(1)

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

1.2 資產(chǎn)貶值成本

電氣設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，會(huì)造成相應(yīng)的絕緣損失，從而導(dǎo)致設(shè)備的使用壽命相應(yīng)降低，致使設(shè)備折舊。將電氣設(shè)備的剩余價(jià)值(殘值率)設(shè)為a，其平均服役年限設(shè)為t，將設(shè)備使用壽命的折損值在發(fā)生各種類(lèi)型，各種程度的內(nèi)部故障后設(shè)為η，則電氣設(shè)備在截止當(dāng)前使用時(shí)間內(nèi)的資產(chǎn)折舊為：

圖1 檢修費(fèi)用

CZC=[C2(1-a)/t]η

(2)

式中,服役年限折損η可以是過(guò)熱故障導(dǎo)致的服役時(shí)間折損，也可以是，放電導(dǎo)致的服役時(shí)間折損。

1.3 運(yùn)行損失成本

假設(shè)電氣設(shè)備發(fā)生各種故障時(shí)，其損失負(fù)荷的平均值為L(zhǎng)loss，故障修復(fù)時(shí)間平均值設(shè)為tR，則設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，與之對(duì)應(yīng)的運(yùn)行損耗費(fèi)用為：

cy=cLlosstR

(3)

式中:

式中，c表示單位電量售電利潤(rùn)；t0表示設(shè)備故障檢修的起始時(shí)間；Δt表示檢修導(dǎo)致的設(shè)備停運(yùn)時(shí)間；fdec，k(t)，為負(fù)荷功率在發(fā)生k類(lèi)型故障下隨時(shí)間dt變化的削減值。綜合分析電網(wǎng)設(shè)備的檢修費(fèi)用與故障費(fèi)用，獲取電網(wǎng)設(shè)備綜合成本的可調(diào)值，為后續(xù)提出現(xiàn)階段可行的檢修手段打下基礎(chǔ)。

1.4 應(yīng)急檢修計(jì)劃附加成本

應(yīng)用邊際成本分析方法可知，電網(wǎng)設(shè)備的綜合檢修費(fèi)用與檢修時(shí)間的提前量呈指數(shù)分布，則其應(yīng)急檢修計(jì)劃附加費(fèi)用：

cyj=bexp(at1)

(4)

式中，a、b表示函數(shù)的特定參數(shù);t1表示檢修時(shí)間提前量的等效值，僅當(dāng)檢修時(shí)間提前到臨界裕度以內(nèi)時(shí)，才計(jì)及檢修費(fèi)用的增加。

1.5 設(shè)備狀態(tài)惡化附加費(fèi)用

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

(5)

式中，t3表示常規(guī)狀況下電氣設(shè)備的檢修時(shí)間。則電氣設(shè)備狀態(tài)惡化附加費(fèi)用可表示為：

(6)

其中:Cgd1表示電氣設(shè)備狀態(tài)惡化之后的固定檢修費(fèi)用，Cgd0表示目前條件下的固定狀態(tài)檢修費(fèi)用。

2 基于成本最優(yōu)的檢修決策方法

對(duì)異常電氣設(shè)備而言，其檢修成本已經(jīng)包含狀態(tài)惡化附加費(fèi)用，由此，可將其發(fā)生故障產(chǎn)生的費(fèi)用視為定值。那么在分析檢修綜合成本的變化趨勢(shì)時(shí)，可以只考慮設(shè)備檢修費(fèi)用的變化趨勢(shì)。目前，鮮有費(fèi)用計(jì)算的相關(guān)數(shù)據(jù)，只能靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)量化成本值；隨著電網(wǎng)設(shè)備精細(xì)化管理水平逐步提高，費(fèi)用數(shù)據(jù)建檔入庫(kù)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作加快推進(jìn)，大數(shù)據(jù)技術(shù)為電網(wǎng)設(shè)備檢修綜合費(fèi)用量化提供了參考。參考?xì)v史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，異常狀態(tài)的設(shè)備故障惡化的發(fā)生概率為正態(tài)分布，但其標(biāo)準(zhǔn)差取值為200左右，其概率密度曲線趨于平穩(wěn)且分布幅度范圍較大。為此，本文為避免這一問(wèn)題，將算例的檢修時(shí)間調(diào)整范圍控制在30天以內(nèi)，在該區(qū)間內(nèi)，概率密度函數(shù)波動(dòng)大小可忽略不計(jì)，此時(shí)，為分析、計(jì)算方便，將故障惡化的概率密度函數(shù)視作恒定概率模型，視作定值。依式(6)，電氣設(shè)備狀態(tài)惡化附加費(fèi)用隨時(shí)間的變化可簡(jiǎn)化為線性函數(shù)來(lái)描述。依式(4)，應(yīng)用邊際成本分析方法可知，電網(wǎng)設(shè)備的綜合檢修費(fèi)用與檢修時(shí)間的提前量呈指數(shù)分布。

檢修成本的變化趨勢(shì)如圖2所示。

圖2 檢修成本的變化趨勢(shì)

由圖2,隨時(shí)間推移，設(shè)備檢修綜合費(fèi)用走向?yàn)?先遞減后遞增。將檢修時(shí)間安排在該曲線的極小值點(diǎn)，將是保證經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)情形下的最佳檢修時(shí)間；另外，經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)情形下的檢修，能夠有效、及時(shí)地避免電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)的進(jìn)一步惡化，加劇深層故障后果，也更加說(shuō)明，將故障費(fèi)用設(shè)為定值模型是可行的，合理的。

綜上，計(jì)及電網(wǎng)資產(chǎn)貶值成本的綜合成本分析的狀態(tài)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(jīng)濟(jì)性分析

算例采用1990年投運(yùn)的變壓器，其型號(hào)為ODFPSE-250000/500，額定電壓為500 kV，額定容量為250 MVA，設(shè)計(jì)服役年限為30年，通過(guò)在線油色譜分析數(shù)據(jù)可知該設(shè)備在2013年6月12日發(fā)生低溫過(guò)熱現(xiàn)象，此時(shí)標(biāo)記設(shè)備出現(xiàn)異常狀態(tài)，t=0。圖4表示本文提出的優(yōu)化檢修決策與現(xiàn)有檢修決策的綜合成本對(duì)比。

圖4 優(yōu)化檢修策略與現(xiàn)有檢修策略的綜合成本對(duì)比

由圖4可知:按照本文提出的檢修策略，在設(shè)備發(fā)生低溫過(guò)熱現(xiàn)象后第16天安排檢修為最佳，然實(shí)際工作安排中的應(yīng)急檢修時(shí)間為第5天，定期檢修時(shí)間為第27天，經(jīng)數(shù)據(jù)對(duì)比，很明顯，本文提出的優(yōu)化檢修策略其綜合費(fèi)用均比應(yīng)急檢修與定檢費(fèi)用要小。因此，本文針對(duì)應(yīng)急性檢修的優(yōu)化檢修策略可確保綜合檢修費(fèi)用達(dá)到經(jīng)濟(jì)層面的最優(yōu)化。再縱觀常規(guī)檢修與應(yīng)急性檢修的成本對(duì)比結(jié)果表明：與定檢策略比較，本文所提出的優(yōu)化檢修策略，既確保了設(shè)備的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，又具備顯著的經(jīng)濟(jì)性。