低壓開關柜成本敏感度分析及成本估算模型

謝家正, 夏成軍， 馬仲能

(1. 華南理工大學電力學院，廣東 廣州 510640；2. 廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510620)

低壓開關柜成本敏感度分析及成本估算模型

謝家正1, 夏成軍1， 馬仲能2

(1. 華南理工大學電力學院，廣東 廣州 510640；2. 廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510620)

以低壓開關柜為研究對象，基于對國內主流生產廠商的大量調研，以多種典型配置的組成部分占總成本百分比的算術平均值作為低壓開關柜各組成部分的成本敏感度，對不同功能種類低壓開關柜各組成部分的成本敏感度進行了分析。采用多元線性回歸分析方法，得出成本計算公式集合，在確定功能種類、型號和電壓等級的前提下，通過輸入變壓器容量、額定電流或額定補償容量，得出成本，從而建立了低壓開關柜成本估算模型，可指導電網物資采購靶心價格的確定和投標價格的評價。

低壓開關柜; 成本敏感度; 成本建模; 多元線性回歸

0 引言

低壓開關柜是指額定電壓在1 kV以下的開關柜設備，承擔著開合、控制和保護低壓用電設備的重要工作，在中低壓配電網中有著極為廣泛的應用，是配電站設備投資的重要組成部分，其采購成本決定著電力系統尤其是配電系統運行的經濟性。近年來，隨著電網投資規模日益加大，低壓開關柜采購量在不斷的增加，對于電網物資采購的靶心價格的確定與評價也越來越受到重視；同時，近期發生的西安地鐵電纜安全事故，顯示了企業設備采購過程中所面臨的低價惡意競標導致嚴重質量問題的風險[1]。如何以合理的價格采購到符合質量要求的低壓開關柜，同時引導廠家提升開關柜質量和生產工藝，是關系到電力系統安全穩定運行及電網企業效益的重要問題。因此，分析低壓開關柜的成本構成方式及其成本敏感度，并建立其成本估算模型來指導電網企業對投標報價進行有效評估顯得非常重要。

目前，全生命周期成本(life cycle cost, LCC)是國內外對于電氣主設備的成本方面的研究熱點之一。國網上海市電力公司將全生命周期管理方法應用于設備招標選型的決策和評估，提出了一種全生命周期設備招標、評標和驗證方法[2]；華南理工大學以電力變壓器作為研究對象，建立了考慮資金時間價值的電力變壓器LCC計算模型，給出了靈敏度分析方法，對LCC的各階段成本進行了比例分析，并找出了影響變壓器全生命周期成本的關鍵成本因素[3]；南方電網公司以220 kV電力變壓器為研究對象，確定了變壓器的成本構成要素，分析了各組成部分的成本敏感度，同時提出了成本估算模型[4]；暨南大學比較總結了現行電力設備評標方法的特點,通過對歷史數據的回歸分析,構建了電力設備全生命周期動態估算模型, 并將經濟生命的概念引入全生命周期中，對設備經濟性進行分析和評價[5]；華北電力大學以500 kV變壓器為研究對象,對變壓器的成本構成與可靠運行進行分析，最終設計并實現一套采購評價系統，可實現變壓器費用的計算以及變壓器故障率的預測[6]。

從電網企業角度來看，電氣主設備的LCC包括初始投資成本、運行成本、檢修維護成本、故障成本和退役處置成本[3]。由于運行成本、檢修維護成本、故障成本和退役處置成本等主要由運行期間的維護、操作等決定，故而難以直觀反映在設備的采購價格中；而初始投資成本即對應設備采購成本，直觀反映了招投標價格的博弈過程；研究初始投資成本的構成與估算模型，可對采購靶心價格的確定起到重要參考作用。因此，文中僅對LCC中的初始投資成本進行研究分析。

目前，相關研究基本集中在220 kV變壓器、GIS等電壓等級較高的電氣主設備上，只有個別生產科研單位[7-13]對低壓開關柜的結構改進、管理策略、設計選型做出了一定的分析，但并未涉及其成本構成與估算；同時，站在采購方角度針對電氣主設備的采購成本進行分析的較少。

因此，文中以低壓開關柜作為研究對象，分析其各組成部分的成本敏感度，并根據對國內主流廠商的市場調研數據，建立其成本估算模型，從而提高電網企業在低壓開關柜招標采購過程中對投標方投標價格評估的準確性，同時，也為其他電氣主設備的相關研究提供參考。

1 低壓開關柜成本構成及成本敏感度分析

1.1 低壓開關柜成本構成

根據國內多家主流低壓開關柜制造廠商調研結果與一般性的電氣主設備財務會計準則，低壓開關柜初始采購成本構成可分為原材料成本、配件成本、直接人工成本、設備制造成本4個部分。

(1) 原材料成本。指用于設備組成的需要繼續加工的原材料，包括柜體所需要的鋼板、銅排、螺栓、導線。

(2) 配件成本。包括斷路器、電流互感器、隔離開關、負荷開關、熔斷器、接地開關、計量儀表(電流表、電壓表、功率表、電度表等)、電阻、信號燈、熔斷器、空氣開關和轉換開關等。

(3) 直接人工成本。直接參與生產設備的技術人員、車間工人等人的工資，不包括管理人員的工資。

(4) 設備制造成本。指企業為生產產品和提供勞務而發生的各項費用，包括福利物資費用、生產人員及生產管理人員社會保險費用、生產系統人員差費、車間加班餐、生產設備及生產廠房折舊費、車間用水、電、蒸汽費、勞保費、檢驗設備檢測費、設備修理費和外協加工費。

其中原材料成本與配件成本稱為低壓開關柜的材料成本，直接人工成本與設備制造成本稱為低壓開關柜的間接成本。

1.2 低壓開關柜材料成本敏感度分析

由于分析的對象為低壓開關柜實物本身的成本屬性，因此僅對材料成本的各組成部分進行分析，直接人工成本和設備制造成本等由外部環境決定的間接成本不納入對成本敏感度的分析中。低壓開關柜中某組成部分i的成本敏感度定義為：

(1)

式(1)中:ri為低壓開關柜原材料組成部分或配件組成部分的單獨成本；∑ri為低壓開關柜的材料成本。

一般而言，低壓開關柜由外殼、功能單元、量測儀表等部分組成，但由于其按照功能不同可分為進線柜、饋線柜、母聯柜、補償柜等，不同功能的低壓開關柜構成相差較大，因此，對不同功能的低壓開關柜的成本敏感度分別進行分析。

文中選取4個國內主流廠商，額定電壓從380～660 V，變壓器容量從100～1250 kV·A，型號分別為GGD和GCK，4種功能種類，共計80種典型配置低壓開關柜的分項報價表進行分析計算，再將各種典型配置中各自的成本敏感度進行算術平均，得出最終的低壓開關柜各組成部分成本敏感度，其最終結果如表1—4所示。

表1 低壓進線柜各組成部分成本敏感度Table 1 The cost sensitivity of low-voltage switchgear %

表2 低壓饋線柜各組成部分成本敏感度Table 2 The cost sensitivity of low-voltage switchgear %

表3 低壓母聯柜各組成部分成本敏感度Table 3 The cost sensitivity of low-voltage switchgear %

表4 低壓補償柜各組成部分成本敏感度Table 4 The cost sensitivity of low-voltage switchgear %

結合表1—4可以看出，功能不同的低壓開關柜組成部分有一定差異，相同組成部分的成本敏感度也存在一定差別；柜體、銅排和端子、導線3種原材料的成本均超過了總成材料本的25%以上，在饋線柜和補償柜中超過了50%，其中銅排作為原材料中的關鍵組件，在不同功能的低壓開關柜中的成本敏感度都較高，均達到10%以上，但由于功能不同導致的結構差異，成本敏感度波動較大；斷路器作為低壓開關柜功能實現的核心配件，在含有斷路器的低壓進線柜、低壓饋線柜和低壓母聯柜中，其成本敏感度在配件中均為最高，且都超過了25%，最高達到了67%。復合開關和電容器作為低壓補償柜功能實現的核心配件，其成本敏感度均超過了10%。剩余的電流互感器、計量儀表、避雷器等配件由于成本相比前面幾種組成部分來說相對較低，因此其成本敏感度也較低。

2 低壓開關柜成本估算模型

2.1 低壓開關柜材料成本計算方法

2.1.1 基于關鍵配件成本敏感度計算方法

根據對國內低壓開關柜市場的大量調研，由于目前國內主流廠商低壓開關柜關鍵配件大部分為外購，而關鍵配件的高技術屬性導致準入門檻較高，生產廠商較少，供貨價格較為穩定。因此，相同功能、參數及規格低壓開關柜中的部分關鍵配件的成本敏感度較為固定，且成本敏感度越高，波動越小。因此，在掌握部分關鍵配件成本的情況下，可以利用對大量典型配置低壓開關柜分項報價進行分析計算和算術平均所得出的關鍵配件j的成本敏感度dAj，來估算低壓開關柜采購成本。

為建立低壓開關柜成本估算模型，按照成本敏感度大小，結合成本調研數據，對低壓開關柜配件進行分級：

(2)

分級得到的A級配件即為低壓開關柜關鍵配件。為保證準確性，減小估算誤差，使用A級配件成本敏感度進行成本估算。其成本為rAj，由式(1)得出由A級配件j估算出的低壓開關柜材料成本：

(3)

由一般會計準則對多種A級配件估算得出的材料成本進行算術平均，則低壓開關柜的材料成本：

(4)

2.1.2 多元線性回歸計算方法

多元線性回歸法的基本原理，是通過大量已知的典型低壓開關柜常規參數，采用多元回歸分析的方法擬合出在不同的功能用途、不同的規格參數下各自適用的公式，建立各成本構成的適用公式集合。所謂多元回歸分析，是指用回歸方程描述一個因變量與多個自變量的依存關系。多元回歸模型的數學描述為：

Z=β0+β1X1+β2X2+…βnXn+ε

(5)

式(5)中：Z為因變量；X1,X2,...,Xn為n個自變量；β0為常數項；β為總體偏回歸系數，一般由最小二乘法原理求得；ε為殘差，即Z的變化中不能用現有自變量解釋的部分。

文中假設Z為低壓開關柜的材料成本，X1,X2,...,Xn為關系到低壓開關柜成本的關鍵參數。根據主流低壓開關柜廠商所提供的低壓開關柜參數，在同一電壓等級、同一型號下，利用已知的低壓開關柜關鍵參數及其對應的低壓開關柜成本，利用Matlab軟件的regress函數進行回歸分析，求解各參數，得出相關的成本計算模型。

2.1 2種計算方法的實例對比

2.2.1 計算過程

為比較2種方法間計算結果的差異，采用國標型號為GCK，額定電壓為660 V，額定電流為2500 A，變壓器容量為1250 kV·A，短路分斷能力為50 kA的低壓進線柜為例進行計算，并對結果進行比較。

(1) 基于關鍵配件成本敏感度計算方法。將前述成本敏感度分析代入式(2)可得，國標型號GCK，額定電壓660 V的低壓進線柜的A級配件為斷路器。對照表1，可得dA1=0.432 7，對應規格要求的國產主流斷路器(選取型號BYEW1-2000/3P+N)價格為21 340元。將dA1=0.432 7，rA1=21 340，j=1代入式(3，4)，可得Z=49 317.48元，此即為利用基于關鍵配件成本敏感度計算得出的國標型號GCK、額定電壓660 V的低壓進線柜的材料成本。

(2) 多元線性回歸計算方法。對調研數據進行分析得知，對低壓進線柜，額定電流和變壓器容量是決定其材料成本的關鍵因素。因此，根據額定電流、變壓器容量和對應的低壓進線柜材料成本，擬合出相關公式，即：

Z=38 142.31+2.002x1+5.294x2

(6)

式(6)中：x1為額定電流，A；x2為變壓器容量，kV·A；Z為低壓進線柜材料成本，元。

根據擬合的公式，在已知低壓進線柜的額定電流和變壓器容量后，便可計算其材料成本。將額定電流2500 A和變壓器容量1250 kV·A代入式(6),得材料成本Z=48 763.81元

(3) 對2種算法的計算結果進行對比，根據國內主流廠商調研數據，該型號規格低壓進線柜實際平均材料成本為47 690元，基于關鍵配件成本敏感度法誤差3.30%，多元線性回歸法誤差2.21%。

2.2.2 原因分析

由以上對比結果可以看出多元線性回歸法的準確性比基于關鍵配件成本敏感度法高。由于基于關鍵配件成本敏感度法的準確性依賴于成本敏感度分析和A級配件成本，而低壓開關柜的組成部分較多，其組成部分來源也較為復雜，因此調研得到的成本敏感度與具體的實際值間會存在一定差異，進而影響合理靶心價格的確定。指出所研究對象的重要含義，指出該技術今后的具體發展方向，具體的技術不足等。

相比之下，多元線性回歸法按照功能對低壓開關柜進行分類，基于大量數據得出適用成本估算公式，通過輸入關鍵參數計算出相對應的材料成本，更全面準確地反映市場情況。因此，文中的低壓開關柜成本估算模型采用多元線性回歸法來建立。

2.3 低壓開關柜成本估算模型的建立

基于調研數據，按照前述材料成本的方法，對低壓開關柜的間接成本部分進行成本敏感度分析，限于篇幅，詳細結果略。根據分析結果，在低壓開關柜總成本中，直接人工成本與材料成本的比值百分比為9.6%，設備制造成本與材料成本的比值百分比為30.7%。由于難以準確計算低壓開關柜間接成本的具體數值，因此，在估算模型中，按照直接人工成本和設備制造成本與材料成本的比值百分比來計入。

選取4個國內主流廠商，額定電壓從380～660 V，變壓器容量從100～1250 kV·A，型號分別為GGD和GCK，4種功能種類，共計80種典型配置低壓開關柜的分項報價表進行分析。通過分析得知，對低壓進線柜、低壓饋線柜和低壓母聯柜，額定電流和變壓器容量是決定其材料成本的關鍵因素；對低壓補償柜，額定補償容量和變壓器容量是決定其材料成本的關鍵因素。

按照功能、型號、電壓等級等不同，基于以上調研數據，擬合建立材料成本估算公式，在加入估算得到的直接人工成本和設備制造成本后，得出最終成本估算公式。且僅列出額定電壓380 V、GGD型低壓開關柜的成本估算公式：

(7)

式(7)中：Z1，Z2，Z3，Z4分別為低壓進線柜、低壓饋線柜、低壓母聯柜、低壓補償柜的成本，元；x1為額定電流，A；x2為低壓開關柜變壓器容量，kV·A；x3為額定補償容量，kVar。

該估算模型的計算過程如下：首先確定所計算的低壓開關柜的功能種類、型號和電壓等級，選取對應的估算公式；代入低壓開關柜的額定電流(或額定補償容量)和變壓器容量，從而得出該低壓開關柜的估算成本。

3 實例分析

為了驗證成本估算模型的準確性，選取某國產廠商投標成功的低壓開關柜對模型進行實例分析。

3.1 實例

某國產低壓母聯柜主要參數為：國標型號GGD，額定電壓380 V，額定電流2000 A，變壓器容量1000 kV·A，短路電流分斷能力50 kA，各組成部分類型及規格均符合南方電網廣州供電局甲供物資清冊要求。通過成本估算模型所得的成本為44 073.69元，而實際投標價格為47 560元。

3.2 實例差異分析

從以上實例可以看出，多元線性回歸估算模型計算價格和實際投標價格間相差7.9%，為正誤差，即模型計算結果與實際投標價格相比偏大。模型計算：模型建立使用的原材料成本與配件成本數據是采取近段時間價格的平均數，而實際投標價格中的原材料成本與配件成本采用的是廠商生產采購時的價格，2者間可能有差異；廠商在進行投標時會考慮損耗折價的問題，其實際損耗值與模型計算用的損耗值可能并不相同，這會導致模型計算成本會與實際成本有偏差，進而影響模型計算結果；直接人工成本和設備制造成本受廠商個體情況和社會經濟影響較大，與利用材料成本估算出的數值存在誤差；目前估算模型在擬合時所用的數據偏少，這會對擬合曲線的準確度造成一定的影響。

4 結論

文中基于大量調研數據和一般財務會計準則，以低壓開關柜為研究對象，確定了低壓開關柜的成本構成并定義了低壓開關柜各組成部分的成本敏感度，對比分析了各組成部分成本敏感度不同的原因。

通過實例與基于成本敏感度計算方法對比，采用多元線性回歸方法，以低壓開關柜的分項報價表和調研數據為基礎，進行曲線擬合，形成公式集合，再結合成本敏感度分析，建立了低壓開關柜成本估算模型，并以實例驗證了模型的準確性。該模型可在限定的條件下估算出低壓開關柜成本，為電網企業確定合理靶心價格提供較為科學的指導，使得電網企業可以通過對合理靶心價格的參考和把握，規避由投標方低價惡意競標導致的質量問題和安全事故風險；模型計算所需限定條件恰為設備采購關鍵參數，體現了該模型的實用性。該模型適用于成本構成與低壓開關柜類似的設備的成本分析，具有一定的普適性，其研究思路與方法也可以為其他電網主設備的成本估算分析提供參考。

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(編輯徐林菊)

Research on Cost Sensitivity and Cost Estimation Model of Low-voltage Switchgear

XIE Jiazheng1, XIA Chengjun1, MA Zhongneng2

(1. School of Electric Power, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China;2. Guangzhou Power Supply Bureau Co., Ltd, Guangzhou 510620, China)

Taking low-voltage switchgear for research object, based on a large number of domestic mainstream manufacturers, arithmetic mean value of percentages of components of several typical configurations from the total cost was regarded as cost sensitivity of various components of the low-voltage switchgear for analyzing similarities and differences of cost sensitivities of domestic and joint venture manufacturers. Using multiple regression analysis method and on the premise of ensuring voltage level, function and type, the cost of low-voltage switchgear can be obtained by inputting low-voltage switchgear’s capacity, rated current and rated compensation capacity so as to establish a cost estimation model for low-voltage switchgear, which was useful to guide determination and estimation on purchasing target price of power grid materials.

low-voltage switchgear; cost sensitivity; cost modeling; multiple regression analysis

謝家正

2017-04-13；

2017-05-25

國家重點研發計劃“智能電網技術與裝備”重點專項(2016YFB0901300)

TM591

：A

：2096-3203(2017)05-0081-05

謝家正(1995—)，男，山東聊城人，碩士研究生，研究方向為電力系統穩定與控制(E-mail：xjzharry@foxmail.com)；

夏成軍(1974—)，男，湖北黃岡人，副教授，研究方向為電力系統穩定分析與控制、HVDC及FACTS(E-mail：cjxia@scut.edu.cn);

馬仲能(1982—)，男，廣東梅州人，高級工程師，從事電力設備質量控制工作(E-mail：79650117@qq.com)。