[发明专利]一种基于寿命数据的电力变压器经济寿命预测方法

摘要

目前国内外并没有形成变压器经济寿命的统一定义，研究主要集中在经济性评估上。本发明提出了一种基于寿命数据的电力变压器经济寿命预测方法。本发明构建以年等值成本最低为依据的变压器经济寿命预测模型，为计算模型中的关键参数，将变压器的全寿命数据进行分类和关键数据提取，采用无分布的比例故障率模型和蒙特卡洛模拟法计算得到故障率和停机持续时间的概率分布；然后分析经济要素，在计算电力变压器的年度检修成本、年度中断成本和年度运行成本的基础上，实现了电力变压器经济寿命的定量预测。本发明不仅能有效利用设备寿命数据，而且预测结果合理，对变压器的运维决策，以及未来变电站的规划改造具有指导意义。 1

主权项

1.一种基于寿命数据的电力变压器经济寿命预测方法，其特征在于，首先，以变压器年等值成本最低作为退役依据，提出电力变压器的经济寿命模型；接着，对寿命数据进行了分类和提取，选择无分布的比例故障率模型和蒙特卡洛模拟法计算电力变压器的故障率和停机持续时间的概率分布这两个模型中的关键参数；最后，结合经济要素，提出变压器的年度检修成本、中断成本、运行成本和现值的计算方法，实现经济寿命预测模型的求解，得到电力变压器基于寿命数据的最佳经济寿命；采用以下具体步骤：步骤1)，电力变压器的经济寿命模型的建立；根据现金流量图，不同时间点上的过去值或将来值需要折算到基准时间值，用P表示某时刻金额的现值，F表示将来某一时刻等效金额的终值，A表示把资金按期等额支付的年金，即年等值成本EUAC，它们之间的换算关系如下：F＝P(1+i)n，以上各式中，i为折现率；n为折算年限；第M+m年时变压器的总成本终值为：式中，M为当前役龄，m为从当前役龄开始要预测的第m年；FVM+m表示变压器第M+m年的成本终值；C为变压器资本成本；PV(M+m)是变压器经折旧后第M+m年的现值；CA(j)为变压器第j年的年度总成本，其中，现龄M之前的年度总成本采用历史数据，现龄之后的数据均为预测值，i为折现率；由总成本终值转化为EUAC：式中，EUACM+m表示变压器第M+m年时的EUAC值，i为折现率；步骤2)，全寿命数据的分类及提取；步骤3)，模型参数计算；由步骤1)可知，计算EUAC预测经济寿命的方法与电力变压器的年度总成本和现值有关，其中，现值通过折旧方法计算；年度总成本需要计算年度检修成本和年度中断成本，涉及到变压器可靠性指标和停机持续时间概率分布的计算，(1)故障率预测模型的建立借鉴医学中应用广泛的生存分析理论，对影响生存状态的协变量建立条件故障率函数：比例故障率模型，该模型为回归模型，其数学表达式如下：λ(t|Z)＝λ0(t)c(βTZ)，式中：λ0(t)为基准故障率，与役龄相关；Z＝(z1,z2,…,zp)T为协变量向量，协变量是反映设备健康情况的状态变量，p为协变量个数，T表示向量的转置；β＝(β1,β2,…,βp)T为未知回归系数向量；连接函数c是任意非负函数，采用形式简单的指数函数，即比例故障率模型的表达式如下：λ(t|Z)＝λ0(t)exp(βTZ)，对与故障率有关的寿命数据采用逻辑归纳方法，凝练出7个协变量，分别为外观z1、机械z2、绝缘z3、役龄z4、地理运行环境z5、容载比z6和制造厂商z7，上述7种协变量均与设备生存状态相关，标记为z1(t)～z7(t)；若zk(t)与时间无关，k＝1～7，则表示为zk；对于第i台变压器而言，其比例故障率函数如下：式中：时间t和协变量向量Z均为已知量；λ0(t)和回归系数向量β为未知量，当λ0(t)是无分布的半参数时，采用“偏似然函数”法求解回归系数β；(2)蒙特卡洛模拟法确定中断时间的概率分布采用序贯蒙特卡洛模拟法来建立停机持续时间的概率分布，利用状态持续时间抽样法来建立虚拟状态转移循环过程，进行状态持续时间抽样时，a)指定初始状态，假设所有变压器均处于运行状态，运行状态为1，停运状态为0，同时给定仿真总年数X；b)对每一台变压器当前状态的持续时间进行抽样，并设定状态持续时间的概率分布；c)在所研究的时间跨度中重复步骤b)；步骤4)，变压器经济寿命预测模型求解根据步骤1)，计算EUAC预测经济寿命的方法与电力变压器的年度总成本CA有关，年度总成本计算如下：CA(t)＝CR(t)+CI(t)+CO(t)，式中，CR(t)为第t年的年度检修成本；CI(t)为第t年的年度中断成本；CO(t)为第t年的年度运行成本；同时，EUAC的计算还与电力变压器的现值有关，计算方法如下：式中，PV(t)是第t年年底的变压器现值，是从第一年开始到第t年的累计折旧费用，其它变量同步骤1)中的公式。