采用全壽命周期成本與風(fēng)險(xiǎn)分析的農(nóng)村配電變壓器更換投資策略

張恒,王建學(xué),曹曉宇

(1.西安交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)與金融學(xué)院,710049,西安;2.西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,710049,西安)

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采用全壽命周期成本與風(fēng)險(xiǎn)分析的農(nóng)村配電變壓器更換投資策略

張恒1,王建學(xué)2,曹曉宇2

(1.西安交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)與金融學(xué)院,710049,西安;2.西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,710049,西安)

農(nóng)村現(xiàn)有的10 kV配電變壓器由于老化問題已經(jīng)難以滿足逐年增長(zhǎng)的用電需求,變壓器更換已成為農(nóng)村配網(wǎng)改造中亟待解決的重要問題。為此,提出了一種基于全壽命周期成本與風(fēng)險(xiǎn)分析的老化變壓器更換決策新方法。該方法在分析變壓器全壽命周期各項(xiàng)成本的基礎(chǔ)上,綜合考慮服役時(shí)間、供電可靠率、重載負(fù)荷等因素對(duì)變壓器經(jīng)濟(jì)壽命的影響,并結(jié)合投資風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估思想安排老化變壓器的更換次序,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)決策方法中僅以服役時(shí)間作為主要投資依據(jù)的不足。以陜西南部地區(qū)某農(nóng)村配網(wǎng)中9臺(tái)變壓器的更換為例進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果表明:所提方法能夠在變壓器更換方案中反映低供電可靠率、重載負(fù)荷對(duì)變壓器經(jīng)濟(jì)壽命的負(fù)面影響,較僅以服役時(shí)間為依據(jù)的傳統(tǒng)方法更為科學(xué)有效;此外,采用文中提出的變壓器更換投資決策方法減少了2.93%的更換成本,顯著提高了變壓器更換投資的經(jīng)濟(jì)效益,能夠?yàn)檗r(nóng)村配電變壓器的投資規(guī)劃提供參考。

全壽命周期成本;配電網(wǎng);變壓器更換;投資風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估;供電可靠率

電力設(shè)備的全壽命周期成本(LCC)是指設(shè)備從購(gòu)置、運(yùn)行、檢修直至退役的全過程中所需費(fèi)用的總和[1-2],早在20世紀(jì)80年代就已引入我國(guó),在包括泰和變電站GIS設(shè)備更新[3]、世博會(huì)蒙自變電站設(shè)備選型[4]等在內(nèi)的多次大型工程決策中得到了應(yīng)用。隨著電網(wǎng)投資建設(shè)規(guī)模的日益擴(kuò)大,基于LCC分析的投資決策方法正逐漸成為電力設(shè)備更換投資研究的重點(diǎn)。文獻(xiàn)[5]介紹了電力設(shè)備LCC的主要構(gòu)成;文獻(xiàn)[6-7]介紹了LCC理論在電力設(shè)備選型、變電站工程規(guī)劃等領(lǐng)域中的應(yīng)用;文獻(xiàn)[8]在電力變壓器LCC模型的基礎(chǔ)上分析了影響變壓器LCC的關(guān)鍵經(jīng)濟(jì)因素;文獻(xiàn)[9-11]提出了基于經(jīng)濟(jì)壽命評(píng)估的變壓器更新策略。但是,將LCC理論應(yīng)用于農(nóng)村10 kV配電變壓器更換投資中的相關(guān)研究卻較少涉及。

在農(nóng)村配網(wǎng)中,10 kV配電變壓器直接與用戶相連,其運(yùn)行可靠性將直接影響當(dāng)?shù)鼐用竦挠秒娰|(zhì)量?，F(xiàn)有的10 kV配電變壓器大多數(shù)是長(zhǎng)時(shí)間服役的老舊變壓器,已經(jīng)難以滿足農(nóng)村居民逐年增長(zhǎng)的負(fù)荷需求,對(duì)農(nóng)村配網(wǎng)的供電質(zhì)量造成了不良影響。因此,配電變壓器更換已成為配網(wǎng)改造中亟待解決的重要問題。但實(shí)際上,農(nóng)村配網(wǎng)改造中較多關(guān)注初始投資成本的同時(shí)卻容易忽略配電變壓器在全壽命周期中產(chǎn)生的其他費(fèi)用,在很大程度上影響了投資策略的經(jīng)濟(jì)效益,容易出現(xiàn)高能耗變壓器超齡運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)壽命較長(zhǎng)的變壓器提前退役等不合理的設(shè)備投資和更換方案。

根據(jù)上述原因,本文應(yīng)用LCC理論針對(duì)10 kV配電變壓器的更換投資策略進(jìn)行了深入研究,旨在為農(nóng)村配網(wǎng)的改造投資提供理論依據(jù)。本文主要完成了兩項(xiàng)工作:①立足于時(shí)間、空間、負(fù)荷特性等多個(gè)維度,綜合考慮服役時(shí)間、外部供電可靠率、重載負(fù)荷等多項(xiàng)因素對(duì)配電變壓器經(jīng)濟(jì)壽命的影響,完善了現(xiàn)有變壓器LCC理論;②采用成本-收益評(píng)估方法,提出了符合農(nóng)村配網(wǎng)實(shí)際情況的變壓器更換投資策略方案,并通過實(shí)際系統(tǒng)算例驗(yàn)證了該決策方法的有效性。

1 多維度的變壓器全壽命周期各項(xiàng)成本分析理論

變壓器的全壽命周期成本可以分解為初始投資成本、運(yùn)行維護(hù)成本、用戶停電成本與退役處理成本[10],如表1所示。其中,初始投資成本和退役處理成本采用已有的模型和計(jì)算方法,而本文在運(yùn)行維護(hù)成本和用戶停電成本中分別加入了設(shè)備老化、負(fù)載情況和外部網(wǎng)絡(luò)影響,并進(jìn)行了理論分析,給出了具體計(jì)算公式。

表1 變壓器全壽命周期成本的構(gòu)成

1.1 初始投資成本

變壓器的初始投資成本主要包括設(shè)備的購(gòu)置費(fèi)、安裝工程費(fèi)和其他費(fèi)用。該項(xiàng)成本屬于變壓器壽命周期初期的一次性投入,計(jì)算公式為

(1)

式中:Ccap為初次投資成本;Cpc為購(gòu)置費(fèi);Cid為安裝調(diào)試費(fèi);Cel為其他費(fèi)用。

1.2 運(yùn)行維護(hù)成本

(2)

(3)

式中:P0為變壓器空載損耗;Pk為變壓器負(fù)載損耗;βt為第t個(gè)月的變壓器平均負(fù)載率,可以根據(jù)式(3)進(jìn)行計(jì)算,近似表示為當(dāng)月負(fù)荷Pd,t占變壓器容量的比例;cosφ為配電變壓器的功率因數(shù);Tt為第t個(gè)月的變壓器運(yùn)行時(shí)間;pr為變壓器的能耗成本系數(shù),在數(shù)值上等于當(dāng)?shù)氐钠骄妰r(jià);ηt為每月的負(fù)荷損耗率,可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算[8]。

(4)

(5)

1.3 用戶停電成本

(6)

1.3.1 基于外部網(wǎng)絡(luò)等效的停電成本計(jì)算方法 值得注意的是,不同地區(qū)配網(wǎng)的供電可靠性水平并不相同。這意味著,即使是完全相同的配電變壓器與負(fù)荷,由于接入電網(wǎng)點(diǎn)的供電可靠性存在差異,運(yùn)行產(chǎn)生的用戶停電成本是不一樣的。相關(guān)研究中的計(jì)算結(jié)果表明[8,13],用戶停電成本約占變壓器LCC的20%～30%,這就要求在LCC計(jì)算中必須計(jì)及接入點(diǎn)的供電可靠性。針對(duì)這個(gè)問題,本文提出了基于外部網(wǎng)絡(luò)等效的停電損失計(jì)算公式,即在計(jì)算對(duì)應(yīng)負(fù)荷點(diǎn)的可靠性指標(biāo)時(shí),可以將外部供電網(wǎng)絡(luò)等效為一個(gè)可靠性水平已知的虛擬電源。因此,本文采用虛擬電源、變壓器及負(fù)荷構(gòu)成的串聯(lián)系統(tǒng)來評(píng)估停電成本,如圖1所示。

圖1 計(jì)算用戶停電損失的等效系統(tǒng)

應(yīng)用串聯(lián)公式可以計(jì)算相關(guān)的可靠性指標(biāo)

(7)

式中:λtrans為變壓器的平均故障率;Tave為變壓器的平均停運(yùn)時(shí)間;Tm為負(fù)荷點(diǎn)的月停電時(shí)間;Tvpp為虛擬電源的月停運(yùn)時(shí)間。實(shí)際上,地方電力公司每隔一段時(shí)間就會(huì)統(tǒng)計(jì)當(dāng)?shù)鼐用竦耐ｋ娗闆r,并發(fā)布供電可靠率(RS)指標(biāo)。對(duì)于配網(wǎng)用戶而言,RS為有效供電時(shí)間與統(tǒng)計(jì)時(shí)間的比值,RS指標(biāo)低的地區(qū)停電事件更加頻發(fā),供電可靠性較差。因此,根據(jù)變壓器所在區(qū)域的RS值可以直接導(dǎo)出Tvpp。

1.3.2 計(jì)及老化影響的λtrans的計(jì)算方法 為了反映變壓器老化造成的用戶停電成本增長(zhǎng),需要在老化特性分析的基礎(chǔ)上建立變壓器故障率模型[14-15]。因此,本文采用設(shè)備失效的浴盆曲線模擬變壓器故障率λtrans在整個(gè)壽命周期中的變化規(guī)律,如圖2所示。

圖2 設(shè)備失效曲線

根據(jù)設(shè)備失效曲線,變壓器老化主要分為3個(gè)階段:在投運(yùn)初期,由于工藝缺陷、裝配水平等原因,設(shè)備故障率較高但呈迅速下降趨勢(shì);設(shè)備在運(yùn)行過程中逐漸進(jìn)入平穩(wěn)階段,在此期間設(shè)備故障率緩慢升高但仍能維持較低水平;隨著運(yùn)行時(shí)間變長(zhǎng),老化、磨損等原因?qū)?dǎo)致設(shè)備性能逐漸惡化,進(jìn)入故障率快速增加的上升階段,此時(shí)極易發(fā)生設(shè)備損壞。

對(duì)應(yīng)設(shè)備失效的浴盆曲線,變壓器老化過程可以采用5參數(shù)Weibull函數(shù)進(jìn)行模擬,具體形式為

(8)

式中:h為平穩(wěn)階段的相關(guān)參數(shù);α1、β1分別為下降階段的尺度參數(shù)與形狀參數(shù),且β1<1;α2、β2分別為上升階段的尺度參數(shù)與形狀參數(shù),且β2>1。各參數(shù)取值可以參見文獻(xiàn)[16]。

綜合考慮以上因素的影響,根據(jù)月停運(yùn)時(shí)間Tm可以得到變壓器所在負(fù)荷點(diǎn)的月度電量不足期望,進(jìn)而計(jì)算出第i年的用戶停電成本

(9)

(10)

1.4 退役處理成本

變壓器的退役處理成本主要包括報(bào)廢成本和設(shè)備殘值。報(bào)廢成本是指卸載退役變壓器所需的人力、物力費(fèi)用以及處理退役變壓器時(shí)產(chǎn)生的污染治理費(fèi)用;設(shè)備殘值是指變壓器報(bào)廢后的可回收費(fèi)用,通常根據(jù)變壓器退役報(bào)廢時(shí)的市場(chǎng)情況對(duì)設(shè)備殘值進(jìn)行評(píng)估[13]。變壓器的退役處理成本為

(11)

式中:Csc表示變壓器的報(bào)廢成本;Cres為變壓器殘值。

由于變壓器的LCC是在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生的費(fèi)用,在計(jì)算過程中需要考慮資金的時(shí)間價(jià)值。在計(jì)算變壓器第k年的LCC時(shí),應(yīng)按照確定的折現(xiàn)率和通貨膨脹率將變壓器全壽命周期內(nèi)的各項(xiàng)成本折算至設(shè)備購(gòu)置初期的現(xiàn)值,并進(jìn)行加和

(12)

綜上所述,本文在變壓器LCC的計(jì)算過程中,不僅考慮傳統(tǒng)成本構(gòu)成,而且計(jì)及設(shè)備服役時(shí)間、外部供電可靠率、負(fù)荷波動(dòng)等多項(xiàng)因素的影響,提出了包含時(shí)間、空間、負(fù)荷特性等多個(gè)維度的變壓器經(jīng)濟(jì)壽命全面評(píng)估框架。需要指出的是,該評(píng)估體系不僅適合10 kV配電變壓器,也適合其他類型變壓器的LCC評(píng)估。

2 重載負(fù)荷對(duì)變壓器故障率的影響

在農(nóng)村配電系統(tǒng)中,一個(gè)突出的特點(diǎn)就是負(fù)荷具有鮮明的季節(jié)性,具體來說就是全年平均負(fù)荷較低,而在春節(jié)期間負(fù)荷激增,變壓器故障率顯著增大。因此,需要針對(duì)重載負(fù)荷對(duì)變壓器故障率的影響進(jìn)行重點(diǎn)分析。

重載負(fù)荷對(duì)配電變壓器運(yùn)行狀態(tài)的影響顯著,會(huì)造成額外溫升,影響變壓器的絕緣性能。根據(jù)文獻(xiàn)[17-19],在重載負(fù)荷下變壓器持續(xù)高溫運(yùn)行引起的絕緣老化是變壓器發(fā)生故障的重要原因。

由于10 kV配電變壓器的額定容量不超過6 300 kV·A,一般采用自然油循環(huán)冷卻方式[20],其繞組熱點(diǎn)溫度為

(13)

式中:θ0表示環(huán)境溫度。根據(jù)熱老化定律[21],變壓器的絕緣壽命主要與繞組熱點(diǎn)溫度有關(guān),繞組溫度每升高6 ℃,老化率就增加一倍。由于標(biāo)準(zhǔn)配電變壓器的基準(zhǔn)熱點(diǎn)溫度為98 ℃,則相對(duì)老化率為

(14)

當(dāng)變壓器在N個(gè)時(shí)段下持續(xù)重載負(fù)荷運(yùn)行時(shí),繞組溫升引起的額外壽命損失為

(15)

式中:Ti為時(shí)段i的長(zhǎng)度。

重載負(fù)荷對(duì)配電變壓器故障率的影響如圖3所示。按照正常的故障率變化趨勢(shì),當(dāng)變壓器運(yùn)行Δt時(shí)段后其故障率將增加Δλ,但如果在Δt時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)重載負(fù)荷,變壓器將在一段時(shí)間內(nèi)處于高溫運(yùn)行狀態(tài),導(dǎo)致額外壽命損失,使得設(shè)備運(yùn)行時(shí)間等效向后延長(zhǎng)ΔLloss。根據(jù)設(shè)備失效曲線中故障率與運(yùn)行時(shí)間的函數(shù)關(guān)系,變壓器故障率將相應(yīng)地增加Δλloss,則Δt時(shí)段內(nèi)的總故障率增量為

(16)

可見,重載負(fù)荷造成變壓器額外壽命損失的具體形式是導(dǎo)致設(shè)備故障率在短時(shí)間內(nèi)大幅度增加。

將以上理論具體應(yīng)用到農(nóng)村配電變壓器的評(píng)估中,可以看到由春節(jié)返鄉(xiāng)潮引起的用電負(fù)荷激增不僅增加了供電壓力,還可能造成變壓器故障率快速升高,是春節(jié)期間農(nóng)村停電事故頻發(fā)的主要原因之一。因此,在對(duì)配電變壓器進(jìn)行經(jīng)濟(jì)壽命分析的過程中不應(yīng)忽視春節(jié)重載負(fù)荷的影響。

圖3 重載負(fù)荷對(duì)變壓器故障率的影響

3 基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的投資優(yōu)化方法

當(dāng)變壓器渡過設(shè)備老化的平穩(wěn)階段后,即進(jìn)入預(yù)退役狀態(tài),此時(shí)應(yīng)進(jìn)行成本-收益評(píng)估[22],以制定合理的變壓器更換投資策略。假設(shè)某配電變壓器在第y年進(jìn)入預(yù)退役期,則該變壓器繼續(xù)運(yùn)行k年產(chǎn)生的全壽命周期成本增量為

(17)

(18)

式中:rI為儲(chǔ)蓄利率。計(jì)算結(jié)果應(yīng)折算為變壓器預(yù)退役年的現(xiàn)值。

(19)

更新系數(shù)ξk越大,表示更換變壓器的需求越迫切。在傳統(tǒng)的變壓器更換投資決策方法中,一般以服役時(shí)間作為變壓器更換的主要依據(jù);在基于LCC與風(fēng)險(xiǎn)分析的變壓器更換投資決策方法中,根據(jù)更新系數(shù)確定變壓器更換的優(yōu)先次序。以第k年的變壓器投資方案為例:按照ξk對(duì)處于預(yù)退役狀態(tài)的變壓器進(jìn)行排序,優(yōu)先更換ξk較大的變壓器,直到資金余額不能滿足單臺(tái)變壓器的更換要求。由于不同變壓器的投運(yùn)時(shí)間不同,在排序之前應(yīng)將不同變壓器的ξk折算為同一基準(zhǔn)年的現(xiàn)值。

4 算例分析

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

本文以陜西南部地區(qū)某農(nóng)村10 kV配電網(wǎng)中9臺(tái)變壓器的更換方案為例,對(duì)上述兩種方法得到的變壓器更換投資方案進(jìn)行分析與比較。計(jì)算變壓器LCC所需的基本參數(shù)如表2所示。變壓器初始投資中的安裝調(diào)試費(fèi)、其他費(fèi)用分別取購(gòu)置費(fèi)的6.2%與11.8%;運(yùn)行過程中的功率因數(shù)近似取為0.9,運(yùn)檢人員費(fèi)用取能耗費(fèi)用與檢修費(fèi)用之和的3%,變壓器平均停運(yùn)時(shí)間為6 h/次,當(dāng)?shù)啬芎某杀鞠禂?shù)、失負(fù)荷價(jià)值系數(shù)分別為0.5元/(kW·h)與24元/(kW·h);退役處理時(shí)的報(bào)廢成本取安裝調(diào)試費(fèi)用的32%,殘值則按購(gòu)置費(fèi)用的5%計(jì)算。根據(jù)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)情況,通貨膨脹率取4%,折現(xiàn)率取8%。

此外,為了計(jì)算運(yùn)行維護(hù)成本,通過調(diào)研得到配電變壓器供電區(qū)域(臺(tái)區(qū))負(fù)荷與可靠性的情況,如表3所示。其中,當(dāng)?shù)毓╇娖髽I(yè)發(fā)布的供電可靠率指標(biāo)可以反映各臺(tái)區(qū)的可靠性水平;各臺(tái)區(qū)的負(fù)荷根據(jù)其特性,大致可以歸納為4類,分別對(duì)應(yīng)表3中的負(fù)荷類型1、2、3、4,如圖4所示。從圖中可以看出,除了陜南地區(qū)普遍存在的冬季峰荷之外,負(fù)荷類型3、4還在夏季產(chǎn)生了用電高峰,負(fù)荷類型1、4則存在春節(jié)負(fù)荷激增現(xiàn)象。

表2 配電變壓器基本參數(shù)

表3 各臺(tái)區(qū)的負(fù)荷與可靠性情況

圖4 負(fù)荷特性曲線

4.2 變壓器更換投資方案的制定與比較

根據(jù)廠家提供的信息,S9-M型配電變壓器的正常預(yù)期壽命約為30 a,一般運(yùn)行20 a后進(jìn)入預(yù)退役期。為了保證該地區(qū)的供電服務(wù)質(zhì)量,計(jì)劃從2015年開始逐步更換這批變壓器。為了便于分析與比較,這里假設(shè)每年只完成一臺(tái)變壓器的更換。在上述前提與假設(shè)下,分別采用兩種方法確定變壓器更換投資方案(以下計(jì)算結(jié)果中的LCC均已折算為2015年的現(xiàn)值)。

4.2.1 基于變壓器服役時(shí)間的傳統(tǒng)決策方法 作為對(duì)比,這里給出傳統(tǒng)決策方法下的變壓器更換方案,即僅依據(jù)變壓器服役時(shí)間長(zhǎng)短來決定更換順序,如表4所示。

表4 傳統(tǒng)決策方法下的變壓器更換投資方案

4.2.2 基于LCC與風(fēng)險(xiǎn)分析的變壓器更換投資決策方法 采用本文方法,首先根據(jù)變壓器LCC與累計(jì)節(jié)約投資費(fèi)用的計(jì)算結(jié)果,形成2015—2023年間的更新系數(shù),見表5。以表5為依據(jù)確定變壓器更換投資方案,計(jì)算結(jié)果如表6所示。

表5 更新系數(shù)表(2015～2023年)

比較表4、表6可以看出,兩種方法得到的變壓器更換投資方案存在明顯差異?？傮w而言,傳統(tǒng)方案仍遵循了優(yōu)先更換高齡變壓器的原則,如運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的T1、T4、T9號(hào)變壓器的更換時(shí)間早于其他變壓器。

與傳統(tǒng)決策方法不同,本文方法綜合考慮了區(qū)域供電可靠率、春節(jié)重載負(fù)荷等因素的影響。例如,T2號(hào)變壓器比T3號(hào)變壓器晚投運(yùn)5 a,但由于T2號(hào)變壓器所在臺(tái)區(qū)的供電可靠率水平低于T3,且其運(yùn)行過程中受到了春節(jié)重載負(fù)荷的影響,因此產(chǎn)生的單位容量LCC大于T3號(hào)變壓器,應(yīng)優(yōu)先予以更換;如果單純按照服役時(shí)間進(jìn)行更換決策,應(yīng)優(yōu)先更換T3號(hào)變壓器,而繼續(xù)運(yùn)行的T2號(hào)變壓器將在延遲更換期內(nèi)產(chǎn)生更多的額外費(fèi)用,造成更換方案總體經(jīng)濟(jì)效益的下降。

表6 基于LCC與風(fēng)險(xiǎn)分析的變壓器更換投資方案

經(jīng)過進(jìn)一步計(jì)算得到,傳統(tǒng)變壓器更換投資方案的總成本為4 553.98萬元,采用本文方法總成本為4 420.70萬元,節(jié)約成本為133.28萬元,節(jié)約比例達(dá)到2.93%,提高了變壓器更換投資的經(jīng)濟(jì)效益。

4.3 影響配電變壓器經(jīng)濟(jì)壽命的關(guān)鍵因素

4.3.1 服役時(shí)間 T1、T2號(hào)變壓器的型號(hào)相同,且由于安裝位置在地理位置上比較接近,所在臺(tái)區(qū)的供電可靠性水平基本相同,主要區(qū)別在于T1號(hào)變壓器比T2號(hào)變壓器早3 a投運(yùn)。比較兩臺(tái)變壓器的LCC曲線,如圖5所示。

圖5 服役時(shí)間對(duì)變壓器經(jīng)濟(jì)壽命的影響

不難發(fā)現(xiàn),變壓器LCC隨服役時(shí)間單調(diào)遞增。同時(shí),T1號(hào)與T2號(hào)變壓器LCC之間的差距隨著運(yùn)行時(shí)間的增加沒有明顯變化,說明服役時(shí)間仍然是影響變壓器經(jīng)濟(jì)壽命的重要原因。

4.3.2 外部供電可靠率 T5號(hào)與T7號(hào)變壓器的型號(hào)相同,但外部供電可靠率有較大差異,比較兩臺(tái)變壓器的LCC,如圖6所示。

圖6 供電可靠率對(duì)變壓器經(jīng)濟(jì)壽命的影響

根據(jù)表3,T5號(hào)變壓器所在臺(tái)區(qū)的供電可靠率指標(biāo)低于T7號(hào)變壓器所在臺(tái)區(qū),說明T5所在臺(tái)區(qū)的可靠性水平較低。根據(jù)圖6,T5號(hào)變壓器的LCC高于T7號(hào)變壓器,且兩者之間的差距隨著運(yùn)行時(shí)間推移而逐漸增大,說明外部供電可靠率對(duì)配電變壓器的經(jīng)濟(jì)壽命有著較為明顯的影響。

4.3.3 重載負(fù)荷 T6號(hào)與T8號(hào)變壓器的基本參數(shù)及外部供電可靠率情況基本相同,但T6號(hào)變壓器所在臺(tái)區(qū)在春節(jié)期間出現(xiàn)負(fù)荷激增。兩臺(tái)變壓器的LCC曲線如圖7所示。

圖7 重載負(fù)荷對(duì)變壓器經(jīng)濟(jì)壽命的影響

從圖7中可以看出,在重載負(fù)荷作用下,變壓器的LCC增加導(dǎo)致設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命縮短;由表6可知,T6號(hào)變壓器的更換役齡小于T8號(hào)變壓器。因此,春節(jié)返鄉(xiāng)潮等原因引發(fā)的重載負(fù)荷加速了農(nóng)村配電變壓器的老化更換進(jìn)程。

5 結(jié) 論

為了解決農(nóng)村配網(wǎng)改造中的10 kV變壓器更換問題,本文提出了一種基于LCC與風(fēng)險(xiǎn)分析的配電變壓器更換投資決策方法。該方法通過分析變壓器全壽命周期各項(xiàng)成本,從時(shí)間、空間、負(fù)荷特性等多個(gè)維度對(duì)變壓器的經(jīng)濟(jì)壽命作出評(píng)估,并以更新系數(shù)作為變壓器更換的主要依據(jù)。算例結(jié)果表明,根據(jù)本文方法得到的變壓器更換方案能夠綜合考慮服役時(shí)間、外部供電可靠率、重載負(fù)荷等因素對(duì)配電變壓器經(jīng)濟(jì)壽命的影響,較僅以服役時(shí)間為依據(jù)的傳統(tǒng)投資策略更為科學(xué)有效,且明顯提高了變壓器更換投資的經(jīng)濟(jì)效益。由于農(nóng)村10 kV配電網(wǎng)中變壓器數(shù)量龐大,該方法取得的總體效益將比較可觀。

但是,本文對(duì)配電變壓器經(jīng)濟(jì)壽命的估計(jì)仍偏于保守,主要原因是未考慮檢修、維護(hù)等活動(dòng)對(duì)設(shè)備老化的延緩作用。在后續(xù)研究中,將進(jìn)一步完善設(shè)備故障率變化模型,并嘗試將本文所提方法應(yīng)用于其他配電設(shè)施的更換決策中。

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(編輯 杜秀杰)

Replacement and Investment Strategy for Distribution Transformers in Rural Area Based on Life Cycle Cost Theory and Risk Assessment

ZHANG Heng1,WANG Jianxue2,CAO Xiaoyu2

(1. School of Finance and Economics, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China;2. School of Electrical Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China)

The current 10 kV distribution transformers in rural area can hardly satisfy the gradually increasing power demand due to the aging-failure. Facing this challenge, a novel decision approach for the replacement of aged transformers is developed with life cycle cost theory and risk assessment. The proposed approach considers the impacts of operating time, supply reliability and heavy load to transformer economic life, which remedies the limitation of the conventional approach. Furthermore, the methodology based on risk assessment is also utilized in the final investment strategy. A replacement order for nine aged transformers of a rural distribution network in southern Shaanxi is arranged. The numerical results indicate that the proposed approach enables to make a more reasonable investment decision and to reflect the adverse impacts of poor reliability and heavy load on the economic life of transformers. This approach improves the cost-effectiveness of transformer replacement by reducing 2.93% of the total cost.

life cycle cost; distribution network; transformer replacement; investing risk assessment; power supply reliability

2015-01-19。 作者簡(jiǎn)介:張恒(1973—),女,博士生;王建學(xué)(通信作者),男,副教授。 基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50807043)。

時(shí)間:2015-05-04

10.7652/xjtuxb201508022

TM714

A

253-987X(2015)08-0133-08

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http:∥www.cnki.net/kcms/detail/61.1069.T.20150504.0900.001.html