基于全壽命周期管理的電力設備狀態檢修成本研究

劉曉燕

（《江蘇電機工程》編輯部，江蘇南京211103）

基于全壽命周期管理的電力設備狀態檢修成本研究

劉曉燕

（《江蘇電機工程》編輯部，江蘇南京211103）

全壽命周期成本（LCC）管理是以設備、項目的長期經濟效益為出發點，全面考慮設備或系統從規劃設計直至報廢的全過程，以使成本最小化。在綜合分析LCC理論發展的基礎上，結合狀態檢修策略，通過分析變壓器、開關、高壓電纜電網主設備運維檢修階段LCC模型構成及參數靈敏度分析，區分識別出運維階段主要數據，為電力系統全壽命周期管理系統構建提供參考。

全壽命周期管理；狀態檢修；LCC模型；靈敏度分析

資產全壽命周期成本（LCC）管理［1-3］是指從資產的長期效益出發，全面考慮資產的規劃、設計、采購、建設、運行、檢修、技改、報廢的全過程，在滿足安全、效益、效能的前提下追求資產LCC最低的一種管理理念和方法。LCC具有全系統、全費用、全過程特點，技術一般包括LCC估算、LCC分析、LCC評價和LCC管理等；在具體實施過程中，主要包括LCC設備管理范圍選擇、LCC模型建立、LCC費用分解、LCC參數靈敏度分析等。電網設備狀態檢修是指電網公司以安全、可靠性、環境、成本為基礎，通過設備狀態評價、風險評估、檢修決策，達到運行安全可靠、檢修成本合理的一種檢修策略。文中將LCC管理理念貫穿到設備狀態評價與狀態檢修中，分析不同電力一次設備在運維檢修階段LCC成本構成及關注重點，為電力公司全壽命周期管理系統構建提供參考。

1　 LCC理論概述

目前LCC管理理念廣泛應用于交通運輸、國防安全、電力系統、能源石化以及住房建設等領域。美、英、法、日等相繼成立LCC委員會，推廣LCC在其國內的普及應用；國際電工委員會（IEC）等機構相繼制定適合LCC應用的國際標準，推廣相應領域內對LCC的應用［4，5］。在電力系統中，LCC管理方法最先由美國應用于核電站，并逐步擴大到加拿大、歐盟等國家的電網中。國網公司于2008年全面引入LCC理念，開展相應LCC管理研究工作；上海市電力公司認識到應用LCC技術對企業可持續發展有著重要的戰略意義，十分重視開展LCC工作。同時，國內的專家和學者也研究和探討LCC在電力系統中的應用［6，7］，在變電站建設技改、輸變電設備維修等方面取得了一定成果。

1.1LCC成本分解

LCC管理方法的核心內容是對設備在整個LCC進行費用分解、LCC計算，然后決策。針對輸變電設備，可以得到如下的LCC費用計算模型：

式中：CLCC為全壽命周期成本；CI為投入成本；CO為運行成本；CM為維護成本；CF為故障成本；CD為廢棄成本。

1.2LCC參數靈敏度分析

對各個環節費用中的參數進行靈敏度分析，以便找出關鍵參數。對于LCC來說，逐級進行各項費用分解，謹慎對待、重點分析其中具有較大影響的參數。

1.2.1LCC估算式普通結構

一般來說，LCC估算過程中可以利用參數法、工程法、類比法等方法，在構建LCC估算模型時，需首先分解費用結構，確定基本關系式，然后利用所知數據，代入回歸以確定關系式的相關系數。LCC估算模型如（2），各參數含義如表1所示。

表1　LCC參數含義

1.2.2敏感性分析函數

對式（2）各相參數進行求導，相關參數的偏導函數數值與LCC對該參數敏感性成正比。因此，參數敏感性分析函數為：

1.2.3敏感度的工程計算

對于C1，C2，…，Cm，根據工程經驗，可粗略地確定其最小值C1min，C2min，…，Cmmin和最大值C1max，C2max，…，Cmmax。由此可以計算出平均值C1mid，C2mid，…，Cmmid。其中：

利用C1mid，C2mid，…，Cmmid和各參數敏感性的函數式，可以確定相應敏感性函數：

1.2.4敏感性參數選擇與應用

利用各參數C1min，C2min，…，Cmmin和C1max，C2max，…，Cmmax，可以計算出LCC受該參數影響時的最小值和最大值，設：

式（6）、（7）計算結果反映了各參數對LCC絕對值的影響規律。

2　電網主設備運維LCC成本分析

2.1運維成本構成

電力設備運行維護階段對應的成本主要包括運行成本CO、維護成本CM和故障成本CF。

CO主要包括設備運行期間的能耗費用、為確保設備運行無異常而由運行單位所進行的日常巡視檢查費用；另外隨著大眾對環保的日益關注，運行費用還包括支付的環保費用等。具體到電網設備中，諸如斷路器、隔離開關等設備其能耗費用可以忽略不計；而對變壓器等設備，其能耗費用具體包括變壓器本體能耗費用和變壓器輔助設備能耗費用兩部分。其中，前者又分為空載能耗和負載能耗費用，并均可以對應到能量損失與電價的乘積。

CM主要包括周期性的解體檢修費用、檢修維護費用兩大類，主要是指設備達到檢修周期時所發生的材料、人工費用。設備檢修維護主要包括預防性試驗、日常維護保養、小修、大修（計劃及非計劃）等。每項檢修維護費用包括設備供應商提供的設備材料費以及檢修維護服務費，設備業主方在檢修維護中提供的設備材料費、交通運輸費以及人工費。

CF主要包括故障檢修費用、故障損失費，是指因設備故障引起的檢修費用以及因此而產生的直接和間接損失費用。對于故障檢修費用，可以將其列入CM或者CF中；這里為了明確設備故障時的費用，將其列入CF。故障檢修費主要包括故障現場的檢修費用以及如需返廠修理所引起的其他費用。

故障損失費用主要指由于電網設備故障造成的用戶缺電而帶來的經濟損失，是供電可靠性的直接經濟體現；主要包括售電減少損失費、設備性能損耗及相應的壽命損失以及其他間接損失費。這里著重介紹故障停電損失費，其包括直接損失和間接損失。其中，前者是因為售電暫停而無法獲得的電費收入；后者是指對用戶停電損失的賠償費。

停電成本的計算比較復雜，目前國際上關于停電成本主要由以下2種簡單估算方法：

（1）按國內生產總值GDP計算。該方法是按GDP減少量/（kW·h）來計算平均停電成本，反映了停電對國內整體經濟影響。

（2）按電價倍數計算。該方法先對各種類型用戶的停電損失進行及時調查、分析，然后乘以平均電價倍數來估算停電損失。以英國為例，不同負荷時電價倍數如表2所示。

表2　不同負荷時電價倍數

2.2輸變電一次主設備運維LCC成本分析

輸變電一次主設備主要包括變壓器類設備、開關類設備、高壓輸電電纜等，各設備由于運行環境、故障種類不同，其LCC成本構成有較大差異。

由表3可以看出，對于開關類設備［4-6］，其運行成本主要由日常巡視費組成；檢修成本中A、B類檢修由設備評價狀態和產品設計參數綜合決定，C、D類檢修主要由電力公司經驗數據決定；故障成本中，設備的年故障率指產品運行數據由廠家提供并結合采納電力公司歷史數據。

對于變壓器類設備，其運行成本主要由變壓器能耗費用及日常巡視費組成，其中能耗費用主要由變壓器空載、負載參數決定；檢修成本中A、B類檢修由設備評價狀態和產品設計參數綜合決定，C、D類檢修主要由電力公司經驗數據決定；故障成本中，設備的年故障率指產品運行數據由廠家提供或采納電力公司歷史數據。

對于電纜類設備，其運行成本主要由能耗費用及日常巡視費組成，其中能耗費用主要由線路電阻參數決定；檢修成本中A、B類檢修由設備評價狀態決定，C、D類檢修主要由電力公司經驗數據決定；故障成本中，設備的年故障率指產品運行數據由廠家提供或者采納電力公司歷史數據。

綜合上述分析，針對線圈類設備、開關類設備、高壓輸電電纜等設備，在采購階段所需關注的重點參數如表4所示。為開展此類設備LCC運維成本進一步分析計算，需要數據參數如表5所示。

表3　輸變電一次主設備LCC運維成本分析

表4　輸變電一次主設備LCC采購關注重點

3　結束語

在綜合分析LCC理論發展的基礎上，結合狀態檢修策略，通過分析運維檢修階段LCC模型構成及參數靈敏度分析，區分識別出變壓器、開光、高壓電纜電網一次主設備運維階段主要數據，得出主要結論如下：（1）開關類設備采購時應關注設計A、B類檢修次數，設備A、B類檢修缺陷率、年故障率；（2）變壓器類設備采購時應關注空載、負載能耗，設計A、B類檢修次數，設備A、B類檢修缺陷率、年故障率；（3）高壓電纜類設備采購時應關注負載能耗，設備A、B類檢修缺陷率、年故障率。

［1］李鴻雁.全壽命周期成本在國家電網公司招標管理中的應用研究［D］.北京：華北電力大學，2012.

［2］滕樂天，陳紅兵，王怡風，等.LCC在設備采購中的應用實踐［J］.華東電力，2007，35（10）：27-29.

［3］趙穎.基于全壽命周期管理理論的青島錯埠嶺220 kV輸變電項目管理研究［D］.北京：華北電力大學，2009.

［4］SWEETSTER C，（Bill）ERGMANW J，MONTILLET G.Strategies for Selecting Monitoring of Circuit Breaker.IEEE Transaction On PowerDelivery，2002，17（3）：156-160.

［5］ZHANG Z，YU TB，LIANG B Z，etal.AHP-based Vendor Evaluation in Combination w ith FCE［J］.Journalof Northeastern University，2006，27（10）∶1142-1145.

［6］凌峰，湯旭烽，衛志農.全壽命周期成本在海上風電輸電方式經濟性評估中的應用［J］.江蘇電機工程，2013，32（5）：5-9，12.

［7］楊江，宣偉錫，姜念.基于全壽命周期的城市電力管溝規劃建設模式研究［J］.江蘇電機工程，2016，35（3）：34-38.

Study on Electrical Equipment Condition-based Maintenance Cost w ith Life Cycle Cost Theory

LIU Xiaoyan
（EditorialDepartementof Jiangsu Electrical Engineering，Nanjing 211103，China）

Life Cycle Cost（LLC）management takes long-term econom ic benefits as starting point，and the w hole process from design to retirement is fully considered in order tominimize costs.The developmentof LCC theory isanalyzed firstly in this paper.Then，combined w ith condition-based maintenance strategy，the LCC model and sensitivity analysis of the key equipmentsuch as transformer，sw itch，high voltage cable are studied.Finally，the key data in theoperation andmaintenance process is identified to give reference to power system life-cyclemanagementsystem building.

life cycle costmanagement；condition-basedmaintenance；LCCmodel；sensitivity analysis

F426.61

A

1009-0665（2016）05-0074-03

劉曉燕（1963），女，江蘇儀征人，高級工程師，從事電力系統科技信息研究和《江蘇電機工程》期刊編輯工作。

2016-05-17；

2016-06-23