基于綜合技術壽命評價方法的電網設備技改大修策略研究

楊光糯，蔡 敏，朱 濤，曾小平，鄧海峰，陳 林

（1.國網湖北省電力公司，湖北 武漢 430077；2.國網湖北省電力公司宜昌供電公司,湖北 宜昌 443002）

0 引言

2008年，國家電網公司資產全壽命周期管理工作全面啟動，“三集五大”體系建設亦在逐步深化。在這一行業背景下，電網設備資產全壽命周期管理工作得到穩步推進[1-3]。

電網設備資產全壽命周期管理工作主要包括資產的規劃設計、采購建設、運行維護、退役報廢(再利用）等階段。其中，運行維護階段是電網設備資產全壽命周期管理的核心內容，特別是技改大修[4-7]占用了運行維護階段大部分的資金投入[8],對電網資產全壽命周期成本產生顯著影響[9]。因此，針對電網設備的技改大修策略對其全壽命周期管理顯得尤為重要。

然而，現有的技改大修項目普遍缺少計劃性，統籌性差。盡管每年都制定年度計劃，但往往臨時性工作多，項目零散，變更頻繁，造成年度計劃執行率不高[10-11]。雖然整站整線式技改大修策略在計劃性、統籌性方面有其獨特優勢，但缺乏理論依據及相應的技術標準和管理規范。由于上述問題，每年技改大修項目的確定和上報憑經驗做決策的情況較嚴重，不能完全反映真正的項目需要[12]。

基于上述分析，針對現有的技改大修方案及其存在的問題，提出了電網設備綜合技術壽命評價方法，旨在為以整站整線為對象的技改大修項目提供直接的理論依據。

1 現有方案及其問題

國網公司《狀態檢修輔助決策系統技術導則》[13]明確了電網設備的技改大修立項流程和規則，主要涉及了技改大修研判、擬拆除設備處置研判、技術和大修項目立項評分評價方法等內容。圖1為電網設備技改大修項目立項流程圖。首先，通過技改大修研判區分出設備的技改大修需求；其次，對需要技改的設備審核其是否屬于規劃庫改造項目，若否，則需要進行項建；最后，對擬拆除設備進行處置，并將其錄入技改大修項目儲備、排序。對無需技改的設備可直接進行大修項建、評分、審查和排序。因這一方法主要針對單一設備，當設備數量過多時，項目統籌性不足的問題顯得尤為嚴重[14-15]。

在電網設備技改大修項目立項過程中，技改大修研判至關重要，圖2為目前的技改大修研判邏輯圖。現有的研判邏輯主要考慮了狀態評價結果、反措和應急要求，忽視了設備運行不良工況及自然壽命等因素的影響；且LCC技術經濟評價側重經濟性，對設備技術壽命的考慮不足[16]。

綜上所述，可將電網設備在技改大修方面存在的主要問題歸納為兩方面：一是生產技改管理方面，立項的針對性、科學性不高，且其針對的是單一設備，導致項目安排統籌性不足，部分年度技改大修計劃項目實施困難，項目資金完成比率不高[17]；二是技術壽命方面，技改大修項目立項和退運處置環節應用的標準、管理規范、信息系統不完善，導致電網設備的全壽命周期管理缺乏技術性[18]。基于此，工程上和理論上都迫切需要尋求一套適用于電網設備的技術壽命體系，既可以為整站整線的技改大修提供直接依據，又可以為電網設備的全壽命周期管理提供更適合的壽命依據。

2 綜合技術壽命

為解決現有技改大修方案的不足，同時考慮到電網設備的技術壽命與各設備的工作原理、運行特點等技術特征密切相關，故本文在綜合考慮壽命周期技術化和設備差異性的基礎上，首次提出了綜合技術壽命評價方法。其目的在于量化各設備的技術壽命狀態，進一步得出單元、變電站、線路等整體的技術壽命。通過這一壽命評價方法，可得到各個層次的技術壽命，并將其用于整站整線技改大修項目的立項依據。

圖2 電網設備技改大修研判邏輯圖Fig.2 Logic diagram of the power equipment technical improvement and overhaul analysis

2.1 綜合技術壽命的概念

綜合技術壽命由設備的自然壽命、累積損耗壽命及評價損失壽命等三個方面構成。其中，設備的自然壽命是指；電網設備自初次投運之日起，在電網中運行的實際年限；累積損耗壽命是指設備在運行過程中受不良工況、機械磨損等因素的累積作用所產生的不可逆影響，進而導致設備損耗的壽命；評價損失壽命是指電網設備當前因存在缺陷或實驗數據不合格等，通過狀態評價結果確定的損失壽命。

2.2 綜合技術壽命的內涵

在電網設備綜合技術壽命評價過程中，充分考慮各設備的差異性，針對各個設備的運行特征，結合以往的統計經驗以及相關行標、國標的規定，選取對各類設備技術壽命影響顯著的因素作為其壽命評價狀態量，并在評價方法中設定不同因素的權重，使單一設備、單元、變電站及線路的綜合技術壽命評價方法更加科學。

2.3 綜合技術壽命的取值

對于單一設備而言，其正常運轉實質上是各元件的串聯運行，故取設備中各元件或狀態量的最大值作為設備的綜合技術壽命。具體做法如下：

1)對于變壓器、斷路器、隔離開關、組合電器、開關柜等5類重大設備，設備的綜合技術壽命通過公式(1)求取。

式中，Lfcom表示綜合技術壽命，LfA表示設備的累積損耗壽命，Lfs表示評價損失壽命。

2)對于變電二次和輸電設備等其他無累計損耗效應的設備，設備綜合技術壽命通過公式(2)求取。

式中，n為設備部件總數。

對于單元和變電站而言，取其內各部分綜合技術壽命的平均值作為整體的綜合技術壽命。

(1)單元綜合技術壽命(Lfunit)，在評價得出各設備綜合技術壽命的基礎上，按公式(3)求出單元綜合技術壽命。

式中：Lfunit為單元綜合技術壽命，Lfdevice為該單元內設備的綜合技術壽命，n為單元內設備總臺數。

(2)變電站綜合技術壽命(LfTS)，根據公式（4）求變電站綜合技術壽命。

式中n′為變電站總單元數。

線路的綜合技術壽命取基礎、桿塔、導線等輸電設備綜合技術壽命的最大值，用單元綜合技術壽命計算公式求取。

2.4 綜合技術壽命的運用

由于綜合技術壽命評價量化了電網設備的技術壽命，故相應的技改大修方案只需找出一個合適的閾值即可；關于技改大修閾值的選取則需要根據技術維護能力、安全等級要求、環境影響等因素共同選取。

2.4.1 技改原則

當某一變電站綜合技術壽命大于其技改閾值，且站內各單元綜合技術壽命大于其相應的閾值時，可安排變電站整體進行技術改造；當變電站某一單元綜合技術壽命大于其技改閾值，且單元內各設備綜合技術壽命大于其相應的閾值時，可安排單元整體進行技術改造；當某一設備綜合技術壽命大于其技改閾值時，安排該設備進行技術改造。

2.4.2 大修原則

當設備綜合技術壽命滿足其大修閾值時，安排該設備進行大修，設備大修后，相關部件或元件(狀態量)恢復初始狀態，即該部件綜合技術壽命數值歸零。基于以上技改大修原則，最終整站整線的技術改造原則既考慮了各設備的個體差異性，又實現了從整體角度進行決策，一定程度上解決了立項科學性、工作統籌性的問題。

3 基于綜合技術壽命評價方法的技改大修策略

基于綜合技術壽命評價方法的立項流程如圖3所示，與現有的技改大修立項流程相比，增加了基于綜合技術壽命的整站整線技改研判和單元技改研判過程。具體流程如下：首先結合整站整線綜合技術壽命和其他技改需求對整站整線進行技改判斷，對需要技改的整站整線進行項建判定，若否，則對其進行項建；然后，對于不需要技改的整站整線，結合其內部單元的綜合技術壽命和其他技改需求對各單元進行技改研判，對需要技改的單元進行項建判定，若否，則對其進行項建；其次，對于不需要技改的單元，結合其內部設備的綜合技術壽命和設備的其他技改需求對其進行技改研判，對需要技改的設備進行項建判定，若否，則對其進行項建；再次，對技改項目中的擬拆除設備進行處置，并將其錄入技改大修項目儲備、排序；最后，對無需技改的設備進行大修需求判定，若需要大修，可直接項建、評分、審查、立項和排序。

圖3 基于綜合技術壽命評價方法的電網設備技改大修立項流程圖Fig.3 Flow chart of overhaul and technological transformation decisions of network equipment based on comprehensive technical life evaluation methodology

經過上述改進后，電網設備技改大修立項流程在統籌規劃和整體決策方面將得到顯著優化，使得電網設備整站整線式技改大修有理可循，有法可依。

4 案例分析

考慮技術維護能力、安全等級要求、環境影響等因素，得到某變電站的綜合技術壽命技改閾值定為60，單元的技改閾值定為70，設備的技改和大修閾值均定為80。

4.1 變電站評價結果

變電站共52個單元，其綜合技術壽命計算值分布如圖3所示，根據公式(3)由各單元的綜合技術壽命得到該變電站整體綜合技術壽命值為41.8。

圖4 單元綜合技術壽命分布圖Fig.4 Distribution of comprehensive technology of life Spacing unit

4.2 決策制定

由于該變電站綜合技術壽命值41.8，小于該處變電站技改閾值，故無需對該變電站進行整體技術改造。本次評價的變電站內單元共52個，按照上文提及的單元決策方案，綜合技術壽命超過閾值的8個單元可考慮進行技改。對于不在整體技改單元內的設備，依據統計結果，安排設備技術改造；由于壽命統計數量過大，此處不一一列出。

4.3 決策對比與差異分析

實際中，這一變電站已于2015年列入生產技改儲備項目，改造的具體內容包括：(1)9臺110 kV斷路器更換；(2)隔離開關更換：48處線路刀閘以及主變220 kV中性點若干刀閘、110 kV中性點若干隔離開關，建議整體更換主刀電動機構和地刀手動機構；(3)互感器更換：更換110 kV電流互感器共21臺。而本方法評價的結果是對綜合技術壽命超過閾值的8個單元進行整體技改，效果與實際項目基本吻合，且其在項目統籌性方面優勢明顯。

5 結論

通過基于綜合技術壽命評價方法對電網設備技改大修策略的研究，得出以下結論：（1）闡明了電網設備的現有技改大修存在的問題，指出以整站整線為對象的技改大修策略有其優越性。（2）提出了綜合技術壽命評價方法，量化了各設備的技術壽命狀態；進一步地，由各個設備的技術壽命狀態得出單元、變電站、線路等整體的技術壽命，同時為以整站整線為對象的技改大修決策提供了定量理論依據。（3）通過對綜合技術壽命評價方法的案例分析，其結果能準確反應設備的技術壽命；與現有的技改大修決策相比，體現出其立項科學性和項目統籌性的優勢。

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