基于风险评估与全寿命周期成本分析的电力变压器检修策略研究

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电力变压器全寿命周期成本主要由初始投资成本、运行维护成本、故障及退役成本组成,而运行维护成本占总成本的主要部分,由此可知检修策略的制定直接关系着电力变压器的全寿命周期成本及使用寿命,因此有必要对检修策略的制定进行研究,使得能够兼顾其可靠性与经济性,最终在其成本与风险之间达到平衡。目前关注较多的是如何通过诊断或评估等技术来实现电力变压器检修策略的制定,而这些方案对后期运营维护等成本考虑不足。采用基于风险评估与全寿命周期成本分析的电力变压器检修策略可以在保证电力变压器可靠性的基础上延长其经济寿命及降低运行维护成本,实现可靠性与经济性的有效结合;同时对于提高变压器的利用率及电网资产的管理水平具有十分重要的意义。   本文首先总结了全寿命周期成本与检修策略决策方法在国内外电力系统中的应用现状,指出电力设备检修策略的制定应综合考虑其技术性与经济性;其次,构建了基于最小二乘支持向量机与马尔可夫链的电力变压器故障预测模型,并据此建立了电力变压器动态风险评估模型;然后建立了电力变压器概率全寿命周期成本模型,并对模型各参量进行了敏感性分析;在上述研究内容的基础上,建立了基于风险评估与全寿命周期成本分析的变压器检修策略综合评估模型,同时采用了基于正态云模型的故障模式及影响分析方法确定电力变压器主要部件对检修顺序;最后通过案例分析对本文所建模型的有效性进行了验证。论文研究工作的主要内容包括:   ①深入研究了支持向量机在变压器故障预测中的应用,建立了基于最小二乘支持向量机—马尔可夫链(LSSVM-Markov)的变压器油中溶解气体预测模型,提出采用缓冲算子首先对原始数据进行弱化处理,然后采用马尔可夫转移矩阵对初始预测值进行修正。实例研究表明,提出的预测模型较广义回归神经网络(GRNN)与支持向量机(SVM)方法相比,在预测精度与稳定性方面具有明显的优势。   ②基于风险与成本的检修是以风险评估为基础对其进行优化和管理的一种方法,将变压器的故障预测与资产及其损失度相结合,建立了变压器动态风险评估模型,对变压器故障风险发展趋势进行分析;并据此建立了变压器延期维修、大修、局部维修及更新四种检修策略下的风险收益模型,对不同检修策略下的变压器风险变化量进行了计算。   ③目前建立的电力变压器全寿命周期成本模型均是基于确定性理论,但由于成本参量受不确定性因素的影响较大,因此建立了变压器概率全寿命周期成本模型,并计算其概率成本及其标准差率;同时为有效减少不确定性因素对电力变压器全寿命周期总成本的影响,通过蒙特卡洛与基于方差的全局敏感性分析法对变压器全寿命周期成本各参数进行了不确定性和敏感性分析,得到了变压器全寿命周期成本中可能出现的风险概率及分布特征。   ④最优检修策略的选择应是在保证电力变压器在寿命周期内可靠性指标大于最低可靠性指标的基础上,使得变压器的寿命周期内检修策略的技术性与经济性综合最优。因此为了评估变压器检修策略的技术性与经济性,首次建立了基于风险评估与全寿命周期成本分析的变压器检修策略综合评估模型,其中以变压器的风险收益、年成本及其标准差率作为选择最优检修策略的评估指标。通过该模型可以将检修的经济性和可靠性进行有效结合,能够在风险与成本之间达到一种平衡。   ⑤在确定变压器检修方式的基础上,对于如何确定变压器主要部件的检修顺序进行了深入研究,针对传统故障模式及影响分析方法(FMEA)存在评价指标等同对待、当风险优先级(RPN)相等时无法进行评估、评估结果准确性低等不足,首次提出了应用正态云模型与FMEA相结合确定变压器部件检修顺序的方法,该方法在对电力变压器进行故障模式及影响分析的基础上,分别建立了发生度、严重度、可检测度的正态云模型,并建立了上述指标的权重云模型以表示其相对重要度,最终采用信度准则实现变压器主要部件检修顺序的制定。
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