基于全寿命周期成本的电力变压器检修决策

基于全寿命周期成本的电力变压器检修决策

马惠波

国网山西省电力公司运城供电公司，山西省运城市 044000

摘要：为了保障电力变压器的健康运作，保障电力网络平稳运行，电力企业投入大量资源用于变压器的维护与保养工作，导致寿命周期内成本支出明显增加。基于这种情况，各电气企业在变压器维修保养工作中，转换工作思路，创新工作方法，期望在全寿命周期内，管控电力变压器维护保养成本，降低成本支出，保障企业收益。文章以此为出发点，将电力变压器检修决策工作纳入到全寿命周期成本理论之中，分析影响变压器全寿命周期成本的主要因素，使用更为科学有效的算法，确定变压器检修方式，理顺电力变压器检修机制，为后续检修工作的开展提供方向性引导。

关键词：全寿命周期成本；电力变压器；检修；决策

1全寿命周期成本理论分析

全寿命周期成本是在大型设备或系统在预定的时间内运行，所产生的直接性、间接性、一次性、重复性等费用成本，是该设备或系统在研发、制造、使用、保养以及维修过程中产生的各类费用的总和。对全寿命周期成本的梳理，有助于检修人员在确定检修方案的过程中，明确检修成本控制的基本环节与工作重点，提升了检修策略制定的科学性。

全寿命周期成本大致上可以划分为初始投入成本、运行维护成本、故障成本以及退役成本等几大部分，具体来看：初始投入成本是在电力变压器投入使用之前所产生的费用。运行维护成本是在变压器全寿命周期内，为了保证设备的正常运行，所支付的各类费用。电力变压器一旦发生故障，势必支付一定的费用用于故障排除，同时也需要承担因设备故障带来的损失，全寿命周期成本将这部分成本定义为故障成本。退役成本是指在寿命周期结束后，需要支付的设备拆解以及回收费用。对这些费用类型的全面梳理，使电力企业管理者以及设备检修人员对费用产生阶段以及产生方式有了一个全面认知，这对于后续全寿命周期成本理论下电力变压器检修策略的制定提供了方向性引导。

2变压器全寿命周期成本检修决策模型

全寿命周期成本是目前主要的资产管理分析理论，电力变压器的全寿命周期成本包括了设备规划、采购、设计、安装、维护、运行、升级改造直到设备报废全过程的投资成本，是现阶段对于电力变压器投资最有效的管理方式，其中基于全寿命周期成本的检修决策模型，主要包括投入成本、运行成本、故障成本以及退役成本，全寿命周期成本模型公式为：

W=W1+W2+W3+W4

其中W代表总成本，W1代表投入成本，W2代表运行成本，W3代表故障成本，W4代表退役成本。

投入成本：主要是指变压器在投入运行前所产生的成本费用，其模型公式为：W1=Wp+Wi+Wo

其中Wp为采购费用，Wi为调试及安装费用，Wo为其他成本；

运行成本：主要是指变压器在全寿命周期内，为保障设备正常运行所产生的成本，包括能耗成本、人工成本、环境成本、测试成本以及周期性的检修成本，其模型公式为：

W2=（P0+β2Pk）×8760×α+Cl+Cm

式中P0指空载损耗，β指变压器的负载率，Pk指负载损耗，α指平均电价，Cl指大维修费用，Cm指小维修费用；故障成本：主要包括变压器故障损失费用和修复费用，其模型公式为：

W3=b×SN×β×cosθ×T+λ×RC×MTTR

其中b代表售电利润，cosθ代表平均功率因素，SN代表额定功率，T代表因故障停止工作时间，λ代表年平均故障次数，RC代表单位时间内的故障修复费用，MTTR代表故障修复时间；

退役成本：主要包括电力变压器退役后的拆卸成本与回收残值，其模型公式为：

W4=WCR×Wi-WR

其中WCR代表设备清理费用。

3检修方案对全寿命周期成本的影响

通常情况下，电力系统采用的变压器在全寿命周期内需要经过三次大修，其检修决策对全寿命周期成本的影响应该从多角度进行考虑，其中有固态因素，也有动态因素。随着设备的使用年限和维修次数，其役龄回退值会有所降低，因此在进行成本影响分析时，必须结合可靠性、检修类型、等效役龄以及故障率等数据，进行综合考虑。

3.1可靠性分析

电力变压器的可靠性分析包括4个因素，第一个是设备实现其功能需求能力的可靠度，为设备有效运行时间与规定运行时间的比值；第二个是不可靠度，指设备在特定情况下失去工作功能的概率；第三个为变压器设备在固定时间内发生故障的概率；第四个是指变压器有效工作概率。可靠性是对电力变压器检修决策进行性能评估重要的指标，也是检修决策体系评价模型的考量目标。

3.2检修类型分析

电力变压器的检修类型分为整体更换、大修以及小修三种，其中整体更换是指将老化的变压器更换为新型或者大容量的变压器；大修是指将设备进行升级改造，修理或者更换其中损坏、老化的部分元器件；小修是指对设备进行小范围调试、更新、调整以及修复，还包括对设备的保养与清洁。

3.3等效役龄分析

电力变压器役龄会随着维修次数有所降低，但是在目前大部分的变压器检修决策模型中，并没有考虑到役龄降低对全寿命周期成本的影响，模型分析结果与实际结果出现了较大的偏差，因此提出用变压器等效役龄来对检修决策进行分析。等效役龄是指每次进行检修后，变压器实际能正常使用的时间，其模型函数主要包括役龄回退因子、设备维修次数、役龄回退量等等。

3.4故障率分析

电力变压器的故障率和可靠度会随着设备的使用时间而有所增加，但是对设备进行维修可以有效的降低设备的故障率，根据近年来变压器维修的实际情况，其变化规律对比如下图所示：

其中βrange为可靠程度阈值，一旦低于阈值，必须马上对变压器进行维修。

4检修决策评价体系模型分析

4.1模糊评价模型

模糊评价模型主要是利用模糊数学理论来对基于成本的电力变压器检修决策进行综合研究与评价，通过电力变压器的可靠性、技术先进性、可维修性、动态成本等年值以及静态成本等年值等因素，建立检修决策评价集合，得到检修方案的效能与费用评价表，从中选出最优的检修方案。该模型的系统性较强，评价结果明晰，在解决电力变压器检修决策中出现的非确定问题以及数值难以量化的。

4.2综合分析模型

综合分析模型是通过计算电力变压器运行维护过程中，所有成本因素的组成，来建立标准数学模型并进行有效评分，其中主要包括固定成本（设备购置成本、退役处置成本）和动态成本（损耗成本、环境成本、维修成本、保养成本）两类，在分析模型中，还需建立其它因素对检修决策的影响分析数值，主要包括环境、气候、政策、运行状况以及经济形式对电力变压器检修成本的影响，其模型分析过程简单，分析结果直观，但数据结构比较复杂，具备一定的不确定性和随机性，建立分析模型时，需根据电力变压器的实际运行情况和历史维护信息进行建模。

4.3层次分析模型

层次分析模型是采用层次权重评价体系建立分析模型，通过量化成本数据对电力变压器的检修方案进行决策分析，通过模型的计算，确定效能比最佳的检修方案。该模型的主要优势在于实用简洁，系统性和容错率较高，构成分析模型的信息数据较少，可操作性强。

5结论

本文介绍了变压器的全寿命周期成本概念，分析了对寿命周期成本影响较大的因素，并对基于全寿命周期成本的变压器检修决策进行了研究。由于变压器全寿命周期成本分析中参数不确定性大、影响因素众多，未考虑实际情况下其他相关设备或者不确定因素的影响。使用的变压器的故障率函数依然是基于历史数据拟合出的函数表达式，探索出更加精确合理的故障率计算方法以及如何平衡经济性和可靠性是以后研究的重点。

参考文献：

[1]郑丰，贤天华.基于全寿命周期成本的检修决策与优化管理[J].设备管理与维修，2016，（02）：19-21.

[2]于东洋，孙巍，刘洋，兰鹏.低温环境下变压器全寿命周期成本优化及检修策略[J].黑龙江电力，2017（,01）：50-53.