基于經濟壽命模型的架空線路設備更換分析

黃道友 李建青 張征凱 康健 李新磊 張云云

（1.安徽省電力有限公司，安徽合肥 230602；2.國網安徽經研院，安徽合肥 230602；3.中國能源建設集團安徽省電力設計院有限公司，安徽合肥 230602）

1 引言

設備的經濟壽命：依據經濟學原理，結合LCC等分析，通過設備的原始價值、運維成本、檢修成本、故障成本等可以理論計算出設備退役更換綜合成本最優的時間，也就是指設備從全新狀態安裝投入使用之日起，到其綜合成本最低而退出運行為止的時間。

設備投運后，使用的年數越多，每年分攤的投資越少；而設備缺陷、故障會不斷增多，設備的維護檢修費用會逐步增加。通過設備投資費用曲線和使用費用曲線，可以找到設備綜合成本最低的時點，也即是設備的經濟壽命。設備如能在經濟壽命附近進行報廢更換，并按此優化電網企業的技改大修策略，就能逐步實現綜合成本最優化及效益的最大化。經濟壽命模型曲線如圖1所示。

2 經濟壽命模型構建

2.1 經濟壽命模型維度

根據設備從規劃設計到退役處置的全壽命周期流程，從以電網實物資產管理為基礎的生產業務流角度出發，進行設備壽命周期成本劃分。以往資產評價報告中的經濟壽命計算的費用包括大修費用、運維成本、搶修費用、單臺資產原值、資產殘值，存在費用組成較粗、沒有組成框架、費用類型待補充、取數規則不明確等問題，結合資產全壽命周期成本LCC，考慮管理的方便性，構建設備經濟壽命周期成本框架。主要的改進點為：一是將設備經濟壽命周期成本分為獲得（C1）、持有（C2）和退出（C3）三個階段，即C=C1+C2+C3，C1與采購建設階段匹配，側重由項目管理部門進行管理，C2與運行維護階段匹配，側重由運維檢修部門進行管理，C3與退役處置階段匹配，側重由物資和財務部門管理；二是對每部分的成本組成進一步細化；三是考慮到備品備件和再利用設備在庫期間的成本支出，在持有（C2）階段增加了閑置成本（C24）；四是對每項成本按照生產業務實際進行專業描述。各項成本組成如圖2-1所示。

2.2 經濟模型公式設計

圖1 經濟壽命曲線圖

表3-1 某220kV架空線路經濟壽命周期成本（單位/萬元）

投運年份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 C 1 85 85 85 85 85 85 105 105 105 105 105 105 C 21 3.7 3.7 3.7 3.7 3.7 3.7 4.7 4.7 4.7 4.7 5.2 5.2 C 22 0 0 5.4 0 0 0 6.3 0 0 0 6.5 0 C 23 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C 24 0 0 0 0 0 0 0.2 0 0 0 0 0 C 31 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C 32 0 0 0 0 0 0 0.2 0 0 0 0 0 C 33 0 0 0 0 0 0 4.6 0 0 0 0 0投運年份 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 C 1 105 105 105 105 141 141 141 572 572 572 572 594 C 21 5.2 5.2 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 6.2 6.2 6.2 6.2 6.2 C 22 0 0 0 0 6.9 0 0 7.6 8.8 24.7 18.6 12.5 C 23 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C 24 0 0 0 0 0.3 0 0 1.3 0 0 0 0.1 C 31 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C 32 0 0 0 0 0.2 0 0 0.4 0 0 0 0 C 33 0 0 0 0 5.8 0 0 10.7 0 0 0 0

表3-2 某220kV架空線路年平均總費用（單位/萬元）

投運年份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12年均資產平均值 85.0 42.5 28.3 21.3 17.0 14.2 14.3 13.1 11.7 10.5 9.5 8.8年均運維檢修費 3.7 3.7 5.5 5.1 4.8 4.6 5.6 5.5 5.4 5.3 5.9 5.8年平均總費用 88.7 46.2 33.8 26.3 21.8 18.8 19.9 18.6 17.0 15.8 15.4 14.6投運年份 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24年均資產平均值 8.1 7.5 7.0 6.6 8.0 7.8 7.4 28.1 27.2 26.0 24.9 24.8年均運維檢修費 5.8 5.7 5.7 5.7 6.2 6.1 6.1 6.6 7.0 8.1 8.8 9.2年平均總費用 13.9 13.2 12.7 12.3 14.1 14.0 13.5 34.7 34.2 34.1 33.7 34.0

圖2-1 設備經濟壽命周期成本組成

基于以上設備經濟壽命周期成本組成分析，與LCC全壽命周期研究的經濟壽命模型差異在于，設備成本在壽命周期內除處置收入外，均為其損耗費用，因此采用C1-C33作為損耗成本基值，運維檢修費Pt應包含整個壽命周期內的運維成本、檢修成本、故障處置成本和閑置成本、提前退出成本、處理成本。

經濟壽命模型（Economic Life Model）,在不考慮資金時間價值的基礎上計算設備年均總費用C n，使Cn為最小值對應的 Min(Cn)就是設備的經濟壽命。其計算式為：

式中：

n=1,2,3，…，n

Min(Cn)——N年內設備的年平均總費用最小值。

C1——獲得成本

Pt——至第N年的設備運維檢修費。

C33——處置收入

Pt= C21+C22+C23+C24 +C31+C32[A2]。

其中：

（1）C1獲得成本主要指期初投入(資產原值)，包括基建、技改兩種形式。期初投入由項目前期費用、項目設計費、土建費用、設備購置費、安裝費用、投產費用和其他費用等組成。（2）C21運維成本包括日常巡視成本、倒閘操作成本、運維消缺成本、設備維護成本、帶電檢測成本等。（3）C22 檢修成本包括維修成本、消缺成本、專業巡視成本等。（4）C23故障處置成本包括故障恢復成本（搶修費、保險賠償費等）、故障損失成本（停電損失費、社會負面影響成本等）等。（5）C24閑置成本包括倉儲維護成本（維護費、倉儲費等）、其他成本等。（6）C31為提前退出成本。（7）C32為處理成本（招標費、拆卸費、運輸費、倉儲費等）。（8）C33為處置收入（調撥或報廢收入）。

圖3-1 某220kV架空線路經濟壽命曲線

模型樣本采集說明：可采用包含多臺運行年限超過設計壽命的主變等主設備取平均值。

3 經濟壽命計算

以某220kV架空線路為研究對象，其經濟壽命計算數據如表3-1所示。

根據上述數據及公式，可以計算出年均資產平均值和年均運維檢修費用，進而計算出年平均總費用，具體數據如表3-2所示。

由此可以得到某220kV架空線路經濟壽命曲線，如圖3-1所示，其經濟壽命為16年。

4 經濟壽命模型應用

通過經濟壽命模型，我們可以更加科學地、合理地進行電網的規劃工作，本節針對經濟壽命模型，具體提出了如下應用場景：

4.1 基于經濟壽命模型的設備更換分析

通過經濟壽命模型，計算出設備的經濟壽命，可以在設備到達經濟壽命前，便進行更換設備的相關準備工作，從而使得設備的年均總費用最低的同時，使得整體工作進行地更加高效，具有較強的針對性。

4.2 延長設備經濟壽命的方法

通過經濟壽命模型，我們可以得知，影響經濟壽命的主要因素有：獲得成本、運維成本、檢修成本、故障處置成本、閑置成本、提前退出成本、處理成本和處置收入，針對上述因素，我們可以在控制成本和增加收入兩方面，從而進一步增加設備的經濟壽命。

4.3 經濟壽命模型的改進

資金具有時間價值，但上文中的經濟壽命模型卻并未進行考量，因此，考慮資金的時間價值（可參考銀行同期利率）后，上述經濟壽命模型計算出來的經濟壽命才會更加精確；進一步地，為了使得經濟模型更加準確，我國的通貨膨脹因素也要在經濟模型中有所考量和體現。

4.4 經濟壽命模型的進一步發展

經濟壽命僅在費用（包括成本和收入）這一項有所考量，為了使得電網的規劃與建設更加科學，我們可將價值工程這一概念引入到電網的規劃與建設中。

價值=功能/成本

其中，功能指產品或勞務的性能或用途，即所承擔的職能，其實質是產品的使用價值。其中，成本指產品或勞務在全壽命周期內所花費的全部費用，是生產費用與使用費用之和。

引入價值的概念后，我們不但可以從成本的角度考慮設備的經濟壽命，還可以從價值的角度考慮設備的更換等。