220kV变压器运维检修成本的灰色关联分析模型及计算

林雪倩，蔡金锭，孙轶群，江修波

（1.福州大学 电气工程与自动化学院，福建 福州 350108；2.福建省电力有限公司，福建 福州 350001）

随着电力体制的改革，人们不断地将焦点集中在如何加快推进坚强智能电网的建设问题上.只有启动电力市场，资产才能优化高效地运行［1-3］.目前，综合考虑电力项目和设备的初始成本和未来成本已成为人们关注的焦点.

全寿命周期成本（Life Cycle Cost，LCC）综合考虑设备的规划、设计、建设、采购、运行维护、技术改造直至报废处理的全过程，结合电力设备的可靠性和成本管理，追求LCC最小的一种管理理念和方法，最终做出决策［4-6］.

在电力设备的投资成本中，电力设备的运行和维护成本占有相当大的比重［7-9］，笔者以灰色系统理论和运维检修成本管理理论为基础，建立基于灰色分析的变压器运维检修成本模型，该模型在满足变压器可靠性的前提下，充分考虑设备运行维护期间的人工成本、消缺成本及检修成本等不确定因素，对220kV变压器的选型、维修、技改和更新具有显著的意义.

1 该文算法

1.1 灰色系统理论

1982年，华中科技大学邓聚龙教授提出了灰色系统理论.灰色系统理论是对既含有已知信息又含有未知或非确定信息的系统进行预测.灰色系统预测是将系统主行为与关联因子一起进行的多序列预测，即在分析与研究系统因子之间相互影响与协调作用的基础上，建立系统主行为特征量与关联因子的灰色动态模型群，然后通过求解进行预测.限于篇幅，相关公式推导过程可参见文献［10］.

1.2 灰色关联分析

灰色关联分析的基本思想：通过系统动态发展过程进行量化分析来考察系统因素之间的相关程度.灰色关联分析分为3步.

1）计算经验分布函数.

根据近似中位秩公式计算分布经验函数F0，中位秩公式为

式中n为维修次数；i为第i次维修.

2）求取分布函数参数及灰色关联度.

对式（2）进行迭代计算，得到，即b的极大似然估计值，同时可以得到，由此可以计算出a的估计值.

求在第k点Fi序列对于F0系列的关联系数，Fi序列对于F0序列的关联度为

3）根据关联度确定最佳拟合分布类型.

根据γi值的大小排出关联序列，由关联序列可确定最佳拟合分布，最后可以得出最佳拟合分布所对应的设备维持费用值：

式中M为初期的维持费用.

2 220 kV变压器运维检修成本模型

以灰色系统理论为基础，引入LCC管理理念，建立更科学的变压器运维检修成本评估优化模型.该模型细化了资产全寿命管理系统对人工、材料、台班的分摊，充分考虑变压器分项检修、解体综合检修以及常规综合检修的标准，将变压器的运维检修成本分解为巡检费用、消缺费用以及检修费用.

2.1 巡检费用模型

在变压器正常运行中产生的巡检费用中包含人工成本和机械成本［11］.人工成本主要是运行系统的相关人员工资，机械成本主要包含每次巡视时对应车辆台班相应费用，即

式中MD1为电力企业巡检人员综合工日单价；T，NO分别为单个设备每次巡检对应的时间、人数；L为巡检与集控站间的平均距离；Pet为每公里油耗值；OP为油耗单价；Cnod为车辆台班折旧费.

2.2 消缺费用模型

缺陷是指电气设备在运行及备用时出现影响电网安全的一切异常现象［12］.由于不同冷却方式的变压器主要缺陷分布不同，笔者按冷却方式的不同将变压器分成风冷强迫油循环、风冷自然循环及油浸自冷式三大类.将220kV变压器的缺陷数据及故障检修数据结合分析，用灰色系统理论预测出变压器整个寿命周期内的故障率并进行最小二乘拟合，建立其变压器的消缺费用模型，即

1）当变压器的冷却方式为风冷强迫油循环时，其消缺费用模型为

2）当变压器的冷却方式为风冷自然循环时，其消缺费用模型为

3）当变压器冷却方式为油浸自冷式时，其消缺费用模型为

式（6）～（8）中x表示变压器运行年限，按照设计寿命30年计算；y1为风冷强迫油循环变压器所对应的消缺费用；y2为风冷自然循环变压器消缺费用；y3为油浸自冷式变压器所对应的消缺费用.

2.3 检修费用模型

笔者采用灰色关联分析确定变压器的检修费用模型［13］.根据在福建省变电站调研收集的资料数据显示，目前，220kV变压器均采用状态检修方式，建立起关于威布尔分布的变压器状态检修费用模型，即

式中M为设备初期维持费用；t为设备投运年限.

以上分别建立了运维检修各个阶段的费用模型，考虑到资金的时间价值，结合利率以及贴现的关系，采用等年值法将运维检修成本换算成净等年值.即

1）当变压器冷却方式为风冷强迫油循环时，其运维检修成本模型为

2）当变压器冷却方式为风冷自然循环时，其运维检修成本模型为

3）当变压器冷却方式为油浸自冷式时，其运维检修成本模型为

式（10）～（12）中r为利率，一般取8%；x为计算年限，取30年.

3 实例分析

以福建省某变电站220kV变压器选型决策为实例，通过对3种不同冷却方式的变压器进行建模，结合其可靠性进行评估分析，选出运行维护过程中费用最优的方案.三类变压器的部分技术参数与运维检修费用的计算结果分别如表1，2所示.

由表2的计算结果可以看出，方案2的运维检修费用比方案1节省209.32万元，比方案3节省了8.92万元，主要原因：方案1为强迫油循环式变压器，其风机及散热器缺陷发生次数较为频繁.结合其可靠性、安全性等不确定因素，进行比较可知，方案2的故障率低于方案1，3，可靠性较高，因此，建议购买选型决策中方案2变压器.

表1 220kV变压器部分技术参数Table 1 Some technical parameters of 220kV transformers

表2 220kV变压器运维检修费用计算结果Table 2 Results of operation and maintenance cost for 220kV transformers 万元

4 结语

笔者从电力设备全寿命周期成本最低的角度出发，建立起基于全寿命周期成本管理的三大原则——全过程、全费用、全系统的变压器运维检修成本总模型.并以福建省某变电站220kV选型作为实例，验证了该模型的可靠性与普遍适用性，对今后电力设备的检修成本策略的制定与招标选型有一定的参考借鉴作用.

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