周期性運(yùn)維檢修策略下的單體設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命測(cè)算

周耀俊 史松峰 李永 劉藝賀

摘 要：國(guó)網(wǎng)上海市電力公司基于資產(chǎn)全壽命周期的管理理念，把握當(dāng)前設(shè)備運(yùn)維檢修的周期性特點(diǎn)，綜合考慮電改對(duì)于電網(wǎng)企業(yè)實(shí)物資產(chǎn)管理的影響，通過經(jīng)濟(jì)壽命、LCC等方法對(duì)設(shè)備的綜合成本進(jìn)行分析，對(duì)設(shè)備的報(bào)廢及更換時(shí)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的成本最優(yōu)化、效益最大化，為技改大修提供決策參考。

關(guān)鍵詞：周期性；運(yùn)維檢修策略；單體設(shè)備；經(jīng)濟(jì)壽命；LCC；成本

中圖分類號(hào)：f426 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）24-0171-03

目前，電網(wǎng)設(shè)備的退役報(bào)廢及更換主要采用技術(shù)分析的方法，對(duì)于設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果處于建議更換狀態(tài)的設(shè)備，電網(wǎng)企業(yè)基于安全生產(chǎn)的導(dǎo)向較少考慮經(jīng)濟(jì)成本。隨著電力體制改革的深化，電網(wǎng)投資面臨新形勢(shì)，對(duì)電網(wǎng)投資的成本效益將會(huì)提出更高的要求。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備的成本最優(yōu)化、效益最大化，基于資產(chǎn)全壽命周期的管理理念，有必要通過經(jīng)濟(jì)壽命、LCC（Life Cycle Cost，又稱全壽命周期成本，以下簡(jiǎn)稱LCC）等方法對(duì)設(shè)備的綜合成本進(jìn)行分析，對(duì)設(shè)備的報(bào)廢及更換時(shí)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，為技改大修提供決策參考。

1 經(jīng)濟(jì)壽命的含義

設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命[1]指依據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，結(jié)合LCC等分析，通過設(shè)備的原始價(jià)值、運(yùn)維成本、檢修成本、故障成本等可以理論計(jì)算出設(shè)備退役更換綜合成本最優(yōu)的時(shí)間，也就是指設(shè)備從全新狀態(tài)安裝投入使用之日起，到其綜合成本最低而退出運(yùn)行為止的時(shí)間。

一般而言，設(shè)備投運(yùn)后，使用的年數(shù)越多，每年分?jǐn)偟耐顿Y越少；而設(shè)備缺陷、故障會(huì)不斷增多，設(shè)備的維護(hù)檢修費(fèi)用會(huì)逐步增加。通過設(shè)備投資費(fèi)用曲線和使用費(fèi)用曲線，可以找到設(shè)備綜合成本最低的時(shí)點(diǎn)，也即是設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命。設(shè)備如能在經(jīng)濟(jì)壽命附近進(jìn)行報(bào)廢更換，并按此優(yōu)化電網(wǎng)企業(yè)的技改大修策略，就能逐步實(shí)現(xiàn)綜合成本最優(yōu)化及效益的最大化。

2 經(jīng)濟(jì)壽命模型維度

根據(jù)設(shè)備從規(guī)劃設(shè)計(jì)到退役處置的全壽命周期流程，從以電網(wǎng)實(shí)物資產(chǎn)管理為基礎(chǔ)的生產(chǎn)業(yè)務(wù)流角度出發(fā)，進(jìn)行設(shè)備壽命周期成本劃分[2]。結(jié)合資產(chǎn)LCC，考慮管理的方便性，構(gòu)建設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命周期成本框架，包括，一是將設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命周期成本分為獲得（C1）、持有（C2）和退出（C3）三個(gè)階段，即C=C1+C2+C3，C1與采購(gòu)建設(shè)階段匹配，側(cè)重由項(xiàng)目管理部門進(jìn)行管理，C2與運(yùn)行維護(hù)階段匹配，側(cè)重由運(yùn)維檢修部門進(jìn)行管理，C3與退役處置階段匹配，側(cè)重由物資和財(cái)務(wù)部門管理；二是對(duì)每部分的成本組成進(jìn)一步細(xì)化；三是考慮到備品備件和再利用設(shè)備在庫(kù)期間的成本支出，在持有（C2）階段增加了閑置成本（C24）；四是對(duì)每項(xiàng)成本按照生產(chǎn)業(yè)務(wù)實(shí)際進(jìn)行專業(yè)描述。各項(xiàng)成本組成如下圖所示。

基于以上設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命周期成本組成分析，與LCC研究的經(jīng)濟(jì)壽命模型差異在于，設(shè)備成本在壽命周期內(nèi)除處置收入外，均為其損耗費(fèi)用，因此采用C1-C33作為損耗成本基值，運(yùn)維檢修費(fèi)Pt應(yīng)包含整個(gè)壽命周期內(nèi)的運(yùn)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(jīng)濟(jì)壽命模型（Economic life model），在不考慮資金時(shí)間價(jià)值的基礎(chǔ)上計(jì)算設(shè)備年均總費(fèi)用Cn，使Cn為最小值對(duì)應(yīng)的Min（Cn）就是設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命。其計(jì)算式為：

n=（1，2……n）

輸出的結(jié)果數(shù)據(jù)（樣例）：

式中：

Min（Cn）——N年內(nèi)設(shè)備的年平均總費(fèi)用最小值；

C1——獲得成本；

Pt——至第N年的設(shè)備運(yùn)維檢修費(fèi)；

C33——處置收入；

Pt=C21+C22+C23+C24+C31+C32；

其中：

（1）C1獲得成本主要指期初投入（資產(chǎn)原值），包括基建、技改兩種形式。期初投入由項(xiàng)目前期費(fèi)用、項(xiàng)目設(shè)計(jì)費(fèi)、土建費(fèi)用、設(shè)備購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)用、投產(chǎn)費(fèi)用和其他費(fèi)用等組成。（2）C21運(yùn)維成本包括日常巡視成本、倒閘操作成本、運(yùn)維消缺成本、設(shè)備維護(hù)成本、帶電檢測(cè)成本等。（3）C22檢修成本包括維修成本、消缺成本、專業(yè)巡視成本等。（4）C23故障處置成本包括故障恢復(fù)成本（搶修費(fèi)、保險(xiǎn)賠償費(fèi)等）、故障損失成本（停電損失費(fèi)、社會(huì)負(fù)面影響成本等）等。（5）C24閑置成本包括倉(cāng)儲(chǔ)維護(hù)成本（維護(hù)費(fèi)、倉(cāng)儲(chǔ)費(fèi)等）、其他成本等。（6）C31為提前退出成本。（7）C32為處理成本（招標(biāo)費(fèi)、拆卸費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)、倉(cāng)儲(chǔ)費(fèi)等）。（8）C33為處置收入（調(diào)撥或報(bào)廢收入）。

模型樣本采集說明：可采用包含多臺(tái)運(yùn)行年限超過設(shè)計(jì)壽命的主變等主設(shè)備取平均值。

3 周期性運(yùn)維檢修策略下的單體設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命測(cè)算

取上海公司GIS組合電器設(shè)備為樣本，由于目前上海公司GIS組合電器設(shè)備還未出現(xiàn)退役報(bào)廢，故該部分?jǐn)?shù)據(jù)抽取對(duì)象均為在運(yùn)狀態(tài)。此處選取的是220kV某變電站的廣地110千伏某GIS。某站廣地某GIS于1994年10月投運(yùn)，截止2017年投運(yùn)年齡已達(dá)23年。表2為該設(shè)備自投運(yùn)以來各年份的數(shù)據(jù)。

110kV GIS單體設(shè)備年均總費(fèi)用Cn由兩部分構(gòu)成，一部分為第t年的年均資產(chǎn)平均值，另一部分為年均運(yùn)維檢修費(fèi)用，二者的組合主導(dǎo)年均總費(fèi)用Cn的變化。

年均資產(chǎn)平均值與GIS投運(yùn)年齡成反比，隨著投運(yùn)年齡的增長(zhǎng)，年均資產(chǎn)平均持續(xù)下降。且隨著投運(yùn)年齡的增長(zhǎng)，其下降的邊際速率也趨于放緩，導(dǎo)致越往后期，年均資產(chǎn)率以及缺陷嚴(yán)重程度會(huì)隨著投運(yùn)年齡增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，且越往后期，缺陷率及缺陷嚴(yán)重程度增長(zhǎng)邊際效應(yīng)也越來越顯著。相應(yīng)的，為保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，運(yùn)維檢修工作量也隨缺陷率和缺陷嚴(yán)重程度上漲而上漲，直觀表現(xiàn)為第t年的運(yùn)維檢修費(fèi)用Pt隨GIS投運(yùn)年齡增長(zhǎng)而上漲。由于年均運(yùn)維檢修費(fèi)后期上漲的邊際效應(yīng)越來越顯著，其對(duì)于110kV GIS設(shè)備年均總費(fèi)用Cn的影響也越來越大。

上海公司貫徹落實(shí)國(guó)家電網(wǎng)公司運(yùn)維檢修規(guī)定，促進(jìn)GIS設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，制定GIS組合電器的運(yùn)維檢修策略為：“三年一小修，六年一大修”。通常大修會(huì)引起第t年的運(yùn)維檢修費(fèi)用Pt的大幅增加，且受GIS設(shè)備缺陷率以及缺陷嚴(yán)重程度會(huì)隨著投運(yùn)年齡增長(zhǎng)而增長(zhǎng)的影響，第二個(gè)大修年份的運(yùn)維檢修費(fèi)用會(huì)較第一個(gè)大修年份成倍增長(zhǎng)。第二次大修年份后，設(shè)備狀態(tài)較為穩(wěn)定，第三個(gè)大修年份檢修成本可以維持在較低水平，只需在在第四個(gè)大修年份增加運(yùn)維檢修費(fèi)用即可。因此，上海公司GIS組合電器單體設(shè)備的年均運(yùn)維檢修費(fèi)用也呈現(xiàn)“6年一小漲，12年一大漲”的態(tài)勢(shì)，且每一次年均運(yùn)維費(fèi)用“漲升”之后，接下來五年的年均運(yùn)維費(fèi)用將在更高的水平為持續(xù)五年下降，見圖4。

綜合年均資產(chǎn)平均值和年均運(yùn)維檢修費(fèi)用，計(jì)算年均總費(fèi)用Cn。可得110kV GIS單體設(shè)備的年均總費(fèi)用在其投運(yùn)的23個(gè)年頭中幾乎呈現(xiàn)連續(xù)下降的態(tài)勢(shì)。其中，在投運(yùn)第13個(gè)年頭的年均總費(fèi)用輕微上揚(yáng)，第14個(gè)年頭又繼續(xù)下降。這主要是因?yàn)殡S著投運(yùn)年齡的增長(zhǎng)，設(shè)備故障發(fā)生率以及故障嚴(yán)重程度隨之增長(zhǎng)，導(dǎo)致第12年檢修成本大幅上漲，使得110kV GIS在投運(yùn)第13個(gè)年頭的年均總費(fèi)用輕微上揚(yáng)。但此時(shí)年均資產(chǎn)平均值下降的邊際效應(yīng)仍非常顯著，使得110kV GIS單體設(shè)備年均總費(fèi)用繼續(xù)下降，見圖5。

為更清楚的探索投運(yùn)第11年之后的年均總費(fèi)用的變化，選取投運(yùn)第8-23年的數(shù)據(jù)作圖，如圖6。

根據(jù)目前實(shí)際數(shù)據(jù)，只能得出110kV GIS單體設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命≥23的結(jié)論，尚無法精確計(jì)算出110kV GIS單體設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命，故根據(jù)上海公司110kV GIS單臺(tái)設(shè)備的歷年的運(yùn)維成本和檢修成本變化的規(guī)律對(duì)投運(yùn)第24-36年的費(fèi)用做出預(yù)測(cè)[3]，具體如表3。

結(jié)合預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，繪制投運(yùn)第21年后的年均總費(fèi)用Cn變化圖，如圖7。

由圖可知年均資產(chǎn)平均值曲線與年均運(yùn)維檢修費(fèi)用曲線在第29-30年間交匯。根據(jù)LCC理論，交匯點(diǎn)及其周圍為110kV GIS單體設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命[4]。比較第29、30、31年的年均總費(fèi)用Cn，可知投運(yùn)第29年時(shí)年均總費(fèi)用Cn最低，為4.78萬元/臺(tái)·年，基于以上理論和數(shù)據(jù)，推斷110kV GIS單體設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命約為29年。

4 單體設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命關(guān)鍵影響因素

在經(jīng)濟(jì)壽命模型中，經(jīng)濟(jì)壽命由年均總費(fèi)用Cn最低值確定，而Cn最低值位于年均資產(chǎn)平均值和年均運(yùn)維檢修費(fèi)用曲線的交叉點(diǎn)[5]。一般而言，年均資產(chǎn)平均值曲線是固定的，故決定GIS設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命變化的因素更多的落在如何控制年均運(yùn)維檢修費(fèi)用曲線移動(dòng)。經(jīng)研究，影響年均運(yùn)維檢修費(fèi)用曲線的主要原因在于以下幾個(gè)方面，見圖8。

（1）生產(chǎn)制造方面：制造車間清潔度差造成金屬微粒、粉塵和其他雜物殘留在GIS內(nèi)部，裝配的誤差大造成原件摩擦產(chǎn)生金屬粉末遺留在零件隱蔽部位；不遵守工藝規(guī)程造成零件錯(cuò)裝、漏裝現(xiàn)象；材料質(zhì)量不合格，造成后期運(yùn)維成本和故障檢修費(fèi)用增加，降低設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命。（2）安裝方面：安裝現(xiàn)場(chǎng)清潔度差，導(dǎo)致絕緣件受潮、被腐蝕，外部的塵埃、早不侵入GIS內(nèi)部；不遵守工藝規(guī)程造成零件錯(cuò)裝、漏裝現(xiàn)象；與其他工程交叉作業(yè)造成異物進(jìn)入GIS內(nèi)部，從而造成故障率上升，年度運(yùn)維檢修費(fèi)用增加。（3）運(yùn)行維護(hù)方面：GIS組合電器運(yùn)行維護(hù)有較為嚴(yán)格的要求，需要確保斷路器、隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)、接地開關(guān)的位置指示正確、現(xiàn)場(chǎng)就地控制柜上各種信號(hào)指示、位置指示正確，通風(fēng)系統(tǒng)保持正常等，巡視檢查未按規(guī)定進(jìn)行以及操作不當(dāng)?shù)葮O易造成故障檢修成本增加，造成設(shè)備年化低劣值增加，降低設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命。

5 結(jié)語

在周期性運(yùn)維檢修策略下，LCC理論依舊適用，但應(yīng)對(duì)過程中各階段費(fèi)用進(jìn)行合理分配，進(jìn)而計(jì)算出更加準(zhǔn)確的單體設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命，并分析其關(guān)鍵影響因素。隨著電力體制改革的深化，電網(wǎng)企業(yè)經(jīng)營(yíng)壓力增大，對(duì)于單體設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命的測(cè)算的需求會(huì)更加高漲。為實(shí)現(xiàn)設(shè)備的成本最優(yōu)化、效益最大化，需要繼續(xù)深化經(jīng)濟(jì)壽命研究，推動(dòng)以經(jīng)濟(jì)壽命為標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測(cè)未來技改大修規(guī)模的配套工具、制度等建設(shè)；充分利用經(jīng)濟(jì)壽命，推動(dòng)方案選型更加經(jīng)濟(jì)化。

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