一种考虑评估误差确定电气设备更换标准的方法与流程

1.本发明属于电气设备更换标准技术领域，具体涉及一种考虑评估误差确定电气设备更换标准的方法。


背景技术：

2.电气设备性能随着服役时间增加而逐渐下降，当设备性能无法满足现场需求时，会发生重大事故并引起巨大经济损失，因此电力企业需要对电气设备进行定期更换，以避免事故的发生。现有更换标准仅依据电气设备运行年限，未考虑设备运行环境对设备状态劣化的影响，对恶劣环境下的设备劣化程度预估不足，造成安全性风险；对良好运行环境下的设备预估过度，造成设备剩余寿命的浪费。即使对于少部分公司根据设备状态进行更换，但仍未量化评估误差对设备更换带来的影响，只能选择相对保守的设备更换标准，虽然降低了设备运行的安全风险，依然造成了设备经济价值的浪费。因此，考虑评估误差的电气设备更换标准和设备检测周期的确定是电气设备运维领域亟需解决的重要问题。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种考虑评估误差确定电气设备更换标准的方法，通过建立设备寿命关键参量与设备运行时间的分布曲线，得到设备失效概率与关键参量的关系，并考虑关键参数评估方法的误差，建立模型进行全寿命周期费用的计算，得到经济性最优时的设备更换标准，解决了依靠设备服役年限进行设备更换造成的经济浪费，考虑了评估误差对设备更换标准的影响，提高了设备更换标准的合理性和准确性，显著提升了电气设备使用寿命和电网经济效益。
4.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
5.一种考虑评估误差确定电气设备更换标准的方法，包括如下步骤：
6.1)根据电气设备运行维护历史数据及实验统计结果，建立设备随设备状态参量l变化的失效概率分布曲线g(l)和使用第k年的设备状态参量l分布概率曲线qk(l)，并计算得到第k年的设备失效概率分布曲线fl(k)；
7.所述步骤1)包括以下步骤：
8.1.1)根据设备失效历史数据，计算设备状态量l变化的失效概率分布曲线g(l)；
9.1.2)根据设备运行维护历史数据，拟合计算使用第k年的设备状态参量l分布概率曲线qk(l)；
10.1.3)计算出第k年的设备失效概率分布曲线fl(k)；
[0011][0012]
其中：fl(k)是使用第k年的设备失效概率分布曲线，qk(l)是使用第k年的设备状态参量l分布概率曲线，g(l)是设备随状态参量l变化的失效概率分布曲线，l
max
和l
min
分别是设备状态参量l的最大值和最小值；
[0013]
2)通过实验，得到设备状态参量的真实值l
real
和评估值l
estimation
之间的平均误差以设备状态参量的真实值l
real
为期望值，平均误差为标准差，得到评估参数l
estimation
分布概率曲线h(l
estimation
)；
[0014]
3)当参数评估值小于lc时，设备即被替换，计算当设备状态参量真实值为lr时，设备被替换的概率r(lr)；
[0015][0016]
其中：r(lr)是设备状态参量真实值为lr时被替换的概率，h(lr)是设备状态参量真实值lr评估值的分布曲线，lc是设备被替换标准，即设备状态参量评估值小于lc时被替换，l
min
是状态参量l的最小值；
[0017]
4)计算运行第k年的设备被更换的概率为设备状态参量评估值小于设备被替换标准lc的概率；
[0018][0019]
其中：re(k)是运行k年的设备被替换的概率；
[0020]
5)建立计算模型，输入计算模型参数设备总数目n，计算周期n，得到被替换设备矩阵失效设备矩阵和检测设备矩阵所述步骤5)包含以下步骤：
[0021]
5.1)建立设备集合矩阵被替换设备矩阵失效设备矩阵和检测设备矩阵上述矩阵均为n阶矩阵；
[0022]
5.2)计算第j年使用k年的设备被替换数目nr
j,k
和失效数目nf
j,k
，更新被替换设备矩阵和失效设备矩阵计算第j 1年使用时间为k 1年的设备数目na
j 1,k 1
；
[0023]
计算每年被替换设备器数目为：
[0024]
nr
j,k
＝na
j,k
*re(k)
ꢀꢀꢀꢀ
(公式4)
[0025]
其中：nr
j,k
是第j年使用k年的设备被替换数目，na
j,k
是第j年使用时间为k年的设备数目；
[0026]
计算每年失效设备器数目为：
[0027]
nf
j,k
＝na
j,k
*fl(k)
ꢀꢀꢀ
(公式5)
[0028]
其中：nf
j,k
是第j年使用k年的设备失效数目；
[0029]
计算第j 1年新投入的设备数目为：
[0030][0031]
其中：na
j 1,1
是第j 1年新投入的设备数目，nr
j,k
是第j年使用k年的设备被替换数目；
[0032]
计算第j 1年使用时间为k 1年的设备数目na
j 1,k 1
[0033]
na
j 1,k 1
＝na
j,k-nf
j,k-nr
j,k
ꢀꢀꢀ
(公式7)
[0034]
其中：na
j 1,k 1
是第j 1年使用k 1年的设备数目；
[0035]
6)输入设备单位失效费用fc，单位替换费用rc，单位检测费用dc和年化利率η，计算全寿命周期费用lcc；
[0036]
6.1)计算处理设备失效所需总费用c
tfc
为：
[0037][0038]
其中：c
tfc
是处理设备失效所需总费用，fc是维护单台失效设备所需费用，nf
j,k
是第j年使用k年的设备失效数目，η是年化利率；
[0039]
6.2)计算替换设备所需总费用c
trc
为：
[0040][0041]
其中：c
trc
是替换设备所需总费用，nr
j,k
是第j年使用k年的设备被替换数目，rc是替换单台设备所需费用；
[0042]
6.3)从t年开始每年都对设备进行检测，计算每年检测设备数目为：
[0043][0044]
计算出总检测费用c
tdc
为：
[0045][0046]
其中：c
tdc
是计算周期内设备总检测费用，dc是检测单台设备所需费用，nd
j,k
是第j年运行k年的设备检测数目；
[0047]
6.4)根据步骤6.1)、步骤6.2)和步骤6.3)获得的结果，输出全寿命周期费用：
[0048]
lcc
lc,t
＝c
tic
c
trc
c
tfc
c
tdc
ꢀꢀꢀꢀ
(公式12)
[0049]
其中：c
tic
是计算周期内设备初始投资费用，lcc
lc,t
为设备更换标准为lc，设备初次检测时间为t时的全寿命周期费用；
[0050]
7)计算不同设备替换标准和初次检测年限下的全寿命周期费用，得到全寿命周期费用矩阵得到全寿命周期费用最小时的更换标准l
ci
和设备初次检测年限tj，作为设备更换标准。
[0051][0052]
与现有技术相比，本发明的有益效果是解决了依靠设备服役年限进行设备更换造成的经济浪费，考虑了评估误差对设备更换标准的影响，提高了设备更换标准的合理性和准确性，显著提升了电气设备使用寿命和电网经济效益。
附图说明
[0053]
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
[0054]
下面结合具体的实施例和说明书附图对本发明作进一步的解释说明：
[0055]
如图1所示，本发明为一种考虑评估误差确定电气设备更换标准的方法，具体包括以下步骤：
[0056]
1)根据电气设备运行维护历史数据及相关实验统计结果，建立设备随设备状态参量l变化的失效概率分布曲线g(l)和使用第k年的设备状态参量l分布概率曲线qk(l)，并计算得到第k年的设备失效概率分布曲线fl(k)。
[0057]
所述步骤1)包括以下步骤：
[0058]
1.1)根据设备失效历史数据，得到设备状态参量l的失效概率分布曲线g(l)，如公式1所示：
[0059][0060]
其中：l是设备状态参量，g(l)是设备随参量l的失效概率分布曲线。
[0061]
1.2)根据设备运行维护历史数据，用正态分布拟合计算使用第k年的设备状态参量l分布概率曲线qk(l)，得到设备老化参量概率密度分布函数矩阵q(x)：
[0062][0063]
其中：qk(x)为第k年设备状态参量l的概率密度分布函数，可通过设备历史运行维护数据获得。
[0064]
1.3)根据公式3计算第k年的设备失效概率分布曲线fl(k)。
[0065][0066]
其中：fl(k)是使用第k年的设备失效概率分布曲线，qk(l)是使用第k年的设状态备参数l分布概率曲线，g(l)是设备随状态参量l变化的失效概率分布曲线，l
max
和l
min
分别是设备状态参量l的最大值和最小值。
[0067]
2)通过大量实验，得到电气设备状态参量l
real
的真实值和评估值l
estimation
之间的平均误差以设备状态参量的真实l
real
为期望值，平均误差为标准差，得到评估参数l
estimation
分布概率曲线h(l
estimation
)，如公式4所示。
[0068][0069]
其中：l
estimation
是设备状态参量的评估值，l
real
是设备状态参量的真实值，h(l
estimation
)是参数l
estimation
的分布概率曲线。
[0070]
3)当参数评估值小于lc时，设备即被替换，根据公式5计算当设备状态参量真实值为lr时，设备被替换的概率r(lr)。
[0071][0072]
其中：r(lr)是设备状态参量真实值为lr时被替换的概率，h(l)是设备状态参量评估值的分布概率曲线，lc为电气设备的更换标准，即设备状态参数评估值小于lc时设备被替换。
[0073]
4)运行第k年的设备被更换的概率为设备状态参量评估值小于替换标准lc的概率，如公式6所示：
[0074][0075]
其中：re(k)是运行k年的设备被替换的概率，r(l)是设备参量真实值为l时被替换的概率，qk(l)是使用第k年的设备参数l分布概率曲线，fl(k)是第k年的设备失效概率分布曲线。
[0076]
5)建立计算模型，输入计算模型参数设备总数目n，计算周期n，得到被替换设备矩阵失效设备矩阵和检测设备矩阵所述步骤5)包含以下步骤：
[0077]
5.1)建立设备集合矩阵被替换设备矩阵失效设备矩阵检测设备矩阵
[0078][0079]
其中：na
jk
为第j年运行k年的设备数目，1≤j≤n，1≤k≤j。
[0080][0081]
其中：nf
jk
为第j年服役k年的失效故障设备数目，1≤j≤n，1≤k≤j。
[0082][0083]
其中：nr
jk
为第j年服役k年的被替换设备数目，1≤j≤n，1≤k≤j。
[0084]
[0085]
其中：nd
jk
为第j年服役k年的检测设备数目，1≤j≤n，1≤k≤j。
[0086]
5.2)计算第j年使用k年的设备被替换数目nr
jk
和失效数目nf
jk
，更新被替换和失效的设备矩阵和计算第j 1年使用时间为k 1年的设备数目na
j 1,k 1
。
[0087]
计算每年被替换设备器数目为：
[0088]
nr
j,k
＝na
j,k
*re(k)
ꢀꢀ
(公式11)
[0089]
其中：nr
j,k
是第j年使用k年的设备被替换数目，na
j,k
是第j年使用时间为k年的设备数目，re(k)是运行k年的设备被替换的概率。
[0090]
计算每年失效设备器数目为：
[0091]
nf
j,k
＝na
j,k
*fl(k)
ꢀꢀꢀꢀ
公式12)其中：nf
j,k
是第j年使用k年的设备失效数目，na
j,k
是第j年使用时间为k年的设备数目，fl(k)是运行k年的设备失效的概率。
[0092]
计算第j 1年新投入的设备数目为：
[0093][0094]
其中：na
j 1，1
是第j 1年新投入的设备数目，nf
j,k
是第j年使用k年的设备失效数目，nr
j,k
是第j年使用k年的设备被替换数目。
[0095]
计算第j 1年使用时间为k 1年的设备数目
[0096]
na
j 1,k 1
＝na
j,k-nf
j,k-nr
j,k
ꢀꢀ
(公式14)
[0097]
其中：na
j 1,k 1
是第j 1年使用k 1年的设备数目，na
j,k
是第j年使用k年的设备数目，nf
j,k
是第j年使用k年的设备失效数目，nr
j,k
是第j年使用k年的设备被替换数目。
[0098]
6)输入设备单位失效费用fc，单位替换费用rc，单位检测费用dc和年化利率η，计算全寿命周期费用lcc。
[0099]
6.1)计算每年处理设备失效所需费用为：
[0100][0101]
其中：c
tfc
是处理设备失效所需总费用，fc是维护单台失效设备所需费用，nf
j,k
是第j年使用k年的设备失效数目，η是年化利率。
[0102]
6.2)计算每年替换设备所需费用为：
[0103][0104]
其中：c
trc
是设备更换所需总费用，rc为替换单台设备所需费用,nr
j,k
是第j年使用k年的设备被替换数目，η为年化利率。
[0105]
6.3)从t年开始每年都对设备进行检测，计算每年检测设备数目为：
[0106][0107]
计算出总检测费用为：
[0108][0109]
其中：c
trc
是设备检测所需总费用，dc为检测单台设备所需费用nd
j,k
是第j年使用k年的设备检测数目，η为年化利率。
[0110]
6.4)根据步骤6.1)、步骤6.2)和步骤6.3)获得的结果，输出全寿命周期费用如公式16：
[0111]
lcc
lc,t
＝c
tic
c
trc
c
tfc
c
tdc
ꢀꢀꢀꢀ
(公式19)
[0112]
其中：c
tic
为计算周期内电力设备初始投资费用；c
trc
为计算周期内电力设备总更换费用；c
tfc
为计算周期内电力设备总失效费用；c
tdc
为计算周期内电力设备总检测费用；lcc
lc,t
为基于状态评价的设备更换策略全寿命周期总费用。
[0113]
7)改变优化参量lc和初次检测年限t，得到不同更换标准和检测时间下的全寿命周期费用如公式20所示，选取全寿命周期费用最小时的参量l
ci
和设备初次检测年限tj作为更换标准。
[0114][0115]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围。