基于全壽命周期成本模型的礦用變壓器成本分析

暴瑞潔

（山西潞安郭莊煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 屯留 046100）

引言

礦用變壓器直接決定著煤炭企業(yè)的電力供應(yīng)，它運行的可靠性和經(jīng)濟性是煤礦管理人員關(guān)心的重點。徐玉琴、張媛、田建偉、于繼來等[1-4]學(xué)者分別就變壓器的周期成本進行了評估研究，并取得了豐碩成果。在礦井電力系統(tǒng)中，一般情況下礦用變壓器的預(yù)期壽命在30年左右，受礦井中各種環(huán)境因素的限制，礦用變壓器的使用壽命會大大降低。如果礦用變壓器運行以及維護得當(dāng)，它的壽命可以得到延長，從而提高變壓器使用的經(jīng)濟性。

1 全壽命管理周期概念及成本管理理論

全壽命周期成本管理是從項目開始到項目結(jié)束整個過程的全部成本考慮的，對設(shè)備或者系統(tǒng)全方位地進行控制，使全壽命周期成本管理成本最小化的一種管理方法[5]。由于受煤礦自身復(fù)雜環(huán)境的影響，煤礦用電量的逐年增加導(dǎo)致煤礦電力的損耗越來越大，受煤礦周圍環(huán)境的限制，變壓器的壽命周期不能延長至預(yù)期的時間，增加了煤礦企業(yè)的資金投入。因此，在減少礦用變壓器能量消耗的同時增加使用壽命對煤礦企業(yè)具有重要意義。

2 全壽命周期成本模型的構(gòu)建

礦用變壓器的成本回收計算可以依據(jù)工程經(jīng)濟理論進行，也就是將礦用變壓器全壽命周期內(nèi)的投入全部轉(zhuǎn)換成礦用變壓器運行時的成本投入，全壽命周期成本可以由投資成本、運用成本以及報廢成本構(gòu)成。礦用變壓器的全壽命周期成本模型的解析圖如圖1所示。

2.1 初始投入成本（CI）

采購、安裝和調(diào)試等費用構(gòu)成了礦用變壓器的初始投入成本。采用工程估算方法對礦用變壓器初始投入各項費用逐項疊加進行估算。礦用變壓器的初始投入成本費用的估算模型如公式（1）所示。

圖1 礦用變壓器的全壽命周期成本模型解析圖

式中，CIE為設(shè)備采購費用；CII為安裝、調(diào)試費用；CI0為其他費用。

2.2 運行維護成本（CO）

運行維護成本指礦用變壓器整個服役周期內(nèi)的總的運行維護費用，其工程估算費用模型如式（2）所示。

式中，CO1為能耗費用；CO2為運行維護費用，含人工費、材料費、檢測費等。

2.2.1 能耗費用（CO1）

能耗費用指的是正常工作過程中礦用變壓器損耗的能量費用，其具體算法如公式（3）所示。

礦用變壓器輔助損耗費用如公式（4）所示：

式中：P為空載損耗的等效年費用；P0為空載損耗（kW）；PB為輔助年損耗費用；Pk負載損耗，kW；β為平均負載率；η為年負荷損耗率；tmax為年最大負荷利用時間；Ee為電價，元/kWh。

則能耗費用CO1的折現(xiàn)計算公式為：

式中：kpv為折現(xiàn)率；CO1為礦用變壓器折算到現(xiàn)值的能耗費用。

2.2.2 運行維護費用（CO2）

根據(jù)工程估算可以得出礦用變壓器服役期間的運行維護費用數(shù)學(xué)模型，具體如公式（6）所示。

式中，COP為例行大修費用，根據(jù)經(jīng)驗礦井變壓器投入運行五年內(nèi)需要進行一次大維修，之后大致每隔十年進行一次大修維護；COE表示例行檢修費用，每年檢修一次。

例行檢修費用COE可由公式（7）得出：

式中:COE為例行檢修投入；t為礦用變壓器運行時間；α為例行檢修費用以初始購入費用為基準(zhǔn)的系數(shù)；CIE為礦用變壓器的初始投資成本；tr為變壓器的使用年限。

在tN時刻進行的礦井變壓器大修的費用折算到現(xiàn)值的表達式：

式中：w1為礦井變壓器大修所花費的費用。

2.3 故障成本（CF）

礦用變壓器的故障成本包括停電損失成本以及故障恢復(fù)成本兩個部分。故障成本是指礦井變壓器在運行過程中發(fā)生故障而造成停電并由此帶來的維修費用、電費損耗和生產(chǎn)進度耽置等。

式中：φ為礦用變壓器設(shè)備平均故障數(shù)；T為礦用變壓器設(shè)備年故障中斷時間；W為礦用變壓器設(shè)備故障中斷供電功率；CR為礦用變壓器故障平均修復(fù)成本；TMTR為礦用變壓器平均修復(fù)時間；γ為煤礦平均中斷供電電量的價值。

2.4 報廢成本（CD）

礦用變壓器報廢時處理的人工費用、設(shè)備費用以及環(huán)保費用和殘值等構(gòu)成了礦用變壓器的報廢成本。通常礦用變壓器的報廢成本可由工程估算模型公式（10）得出。

式中：CD為礦用變壓器報廢處置成本；CDT為礦用變壓器報廢處理費用；CDR為報廢時設(shè)備剩余的殘值，t為服役的年限。

礦用變壓器報廢時的工程估算模型為：

式中：CCR為礦用變壓器的清理費費率；CID為礦用變壓器設(shè)備安裝的直接工程費用。

礦用變壓器報廢時的殘值工程估算模型為：式中：CIE為礦用變壓器的購置費用；RE為殘值率。

2.5 基于折現(xiàn)率的全壽命周期等年費用折算

折現(xiàn)率是指將一定時限內(nèi)的預(yù)估收益折算成成現(xiàn)值的比率。礦用變壓器成本分析模型的實際運用就通過對比折現(xiàn)率與基準(zhǔn)利率來決定礦用變壓器的具體服役時限。礦用變壓器服役時限為te年的全壽命周期成本等年回收成本CLC的工程估算表達式如公式（13）所示：

根據(jù)全壽命周期成本等年回收成本的工程估算模型可知，礦用變壓器的服役時限與設(shè)備的初始投入大小、設(shè)備的報廢成本有很多的關(guān)聯(lián)性；礦用變壓器的服役時限也與設(shè)備服役時的維修成本有關(guān)系；礦用變壓器的安全運行的維護成本及服役時限決定了礦用變壓器的故障成本構(gòu)成。

2.6 礦用變壓器檢修決策方法流程

礦用變壓器的檢修、決策主要由數(shù)據(jù)收集、研判、評估、建立模型及檢修決策等部分組成，具體如下：

1）收集變壓器實時運行狀態(tài)量數(shù)據(jù)；

2）研判收集的實時運行狀態(tài)量數(shù)據(jù)；

3）根據(jù)研判結(jié)果，對變壓器的絕緣狀態(tài)進行評估；

4）根據(jù)建立的絕緣狀態(tài)評估模型制定針對評估結(jié)果的檢修決策方式；

5）應(yīng)用全壽命周期理論模型制定礦用變壓器檢修決策。具體的檢修及決策流程如圖2所示。

圖2 檢修及決策示意圖

3 結(jié)語

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，煤炭企業(yè)的現(xiàn)代化及機械化程度有了更進一步的提高。礦用變壓器作為礦井供電的中樞，在煤炭企業(yè)的安全生產(chǎn)運行中扮演著重要的角色。減少礦用變壓器的成本投入，進而減少礦井的支出，因此有必要對礦用變壓器進行基于全壽命周期成本模型的成本分析，這樣不僅可以增加礦用變壓器的服務(wù)期限，而且可以有效減少礦井的投入，這對現(xiàn)階段礦井降本增效具有重大意義。