【摘 要】全壽命周期成本（Life Cycle Cost， LCC）是指一個(gè)系統(tǒng)或設(shè)備在全壽命周期內(nèi)，為購置和維持其正常運(yùn)行所需支付的全部費(fèi)用，即系統(tǒng)（設(shè)備）在其壽命周期內(nèi)設(shè)計(jì)、研究與開發(fā)、制造、使用、維修和保障直至報(bào)廢所需的直接、間接、重復(fù)性、一次性和其他有關(guān)費(fèi)用之和。筆者是一個(gè)從事多年相關(guān)配電變壓器的工作者，可以說對(duì)其的原理構(gòu)造是相當(dāng)?shù)氖煜ぃ虼?，文章針?duì)配電變壓器生命周期的成本與效益進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，實(shí)現(xiàn)了配電變壓器在壽命周期內(nèi)總投資成本最優(yōu)，可對(duì)未來配電網(wǎng)建設(shè)及改造起到積極指導(dǎo)作用，以供大家參考。

【關(guān)鍵詞】配電變壓器 生命周期 成本與效益

一、前言

長(zhǎng)期以來，電力企業(yè)設(shè)備投資管理強(qiáng)調(diào)階段性和順序性，重點(diǎn)關(guān)注階段性目標(biāo)，欠缺對(duì)系統(tǒng)整體目標(biāo)的考慮，投資規(guī)劃未充分考慮設(shè)備全壽命周期內(nèi)的總投資優(yōu)化，缺乏全壽命周期成本（life cost cycle，LCC）分析。而事實(shí)上，伴隨著各種隨機(jī)偶然因素的影響，未來負(fù)荷如何變化難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。因此，對(duì)于不確定的負(fù)荷年均增長(zhǎng)率，選擇不同容量的配電變壓器，帶來的供電中斷損失就不同，就影響到配電變壓器全壽命周期成本的變化。于是在工程開始年份，該如何選擇配電變壓器容量，存在著因負(fù)荷年均增長(zhǎng)率的不確定性帶來了風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)踐證明，LCC（Life Cycle Cos）管理技術(shù)追求的是設(shè)備一生所耗費(fèi)用最少的技術(shù)經(jīng)濟(jì)方法，因此運(yùn)用LCC技術(shù)是解決設(shè)備發(fā)展與經(jīng)費(fèi)緊缺的矛盾、提高設(shè)備壽命周期利潤(rùn)，從而提高企業(yè)綜合效益、保持企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略舉措。

二、全壽命周期成本的概述

全壽命周期成本（Life Cycle Cost， LCC）是指一個(gè)系統(tǒng)或設(shè)備在全壽命周期內(nèi)，為購置和維持其正常運(yùn)行所需支付的全部費(fèi)用，即系統(tǒng)（設(shè)備）在其壽命周期內(nèi)設(shè)計(jì)、研究與開發(fā)、制造、使用、維修和保障直至報(bào)廢所需的直接、間接、重復(fù)性、一次性和其他有關(guān)費(fèi)用之和。

三、配電變壓器的全壽命周期

根據(jù)電力企業(yè)實(shí)際經(jīng)營過程中配電變壓器的投資構(gòu)成，按照全壽命周期理論配電變壓器的 LCC可劃分為：初次投資成本、運(yùn)行維護(hù)成本、停電損失成本（即懲罰成本）以及設(shè)備殘值4大部分：

（一）初次投資成本

配電變壓器初次投資成本即基本建設(shè)成本，包括設(shè)備購置費(fèi)用、建筑工程費(fèi)用、安裝工程費(fèi)用、動(dòng)態(tài)費(fèi)用和其他費(fèi)用，該成本發(fā)生在壽命周期初期，屬于一次性投入，用FC表示。配電變壓器的初次投資成本可根據(jù)國家電網(wǎng)公司最新頒布的《20kV及以下配電網(wǎng)工程建設(shè)預(yù)算編制與計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》計(jì)算得到。

（二）運(yùn)行維護(hù)成本

設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用主要指配電變壓器在運(yùn)行過程中因功率損耗產(chǎn)生的費(fèi)用，包括固定功率損耗成本和可變功率損耗成本。設(shè)固定功率損耗為Pg，Cpe為單位損失電量成本，Tt為配電變壓器的年平均停運(yùn)時(shí)間，則年固定功率損耗成本Cg為

Cg = Pg C pe （8 760 -Tt）.......................................................（1）

設(shè)Smax為配電變壓器的最大負(fù)荷功率，

Pmax、Qmax為設(shè)備最大負(fù)荷下的有功功率和無功功率，

?Pmax為最大負(fù)荷下配電變壓器的有功功率損耗，r為配電變壓器的等效電阻，?H為可變功率損耗電量，

τmax為最大負(fù)荷損耗時(shí)間，Cb為年可變功率損耗成本，

C y為設(shè)備年運(yùn)行費(fèi)用，

.....................................................（2）

........................................................（3）

.............................................................（4）

.........................................................（5）

利用功率因數(shù)和最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax

查表便可得到最大負(fù)荷損耗時(shí)間τmax，其中

........................................................（6）

式中E為1a內(nèi)通過該配電變壓器輸送的電量。運(yùn)行人員費(fèi)用和檢修人員費(fèi)用可按照不同類型的配電變壓器平均每臺(tái)安排的運(yùn)行、檢修人員數(shù)量乘于每個(gè)運(yùn)行、檢修人員工資得到。假設(shè)某供電企業(yè)負(fù)責(zé)總數(shù)為jn臺(tái)的第j類配電變壓器的運(yùn)行、檢修人員數(shù)量分別為1m、2m，運(yùn)行、檢修人員的平均月工資分別為Q1、Q2，則平均每臺(tái)該類配電變壓器的年運(yùn)行、檢修人員的費(fèi)用之和Cp為

...........................................（7）

設(shè)備故障檢修費(fèi)用主要為配電變壓器檢修時(shí)消耗的裝置性材料的費(fèi)用，鑒于目前的電力設(shè)備維修體制，配電變壓器的維修周期、維修費(fèi)用等相對(duì)穩(wěn)定，因此可確定維修費(fèi)用的數(shù)學(xué)模型為

.....................................................（8）

式中：Cm為單臺(tái)設(shè)備的年故障檢修費(fèi)用；Njm為第j類元件每年檢修次數(shù)；Cjm為平均每次檢修費(fèi)用，其值可通過電力企業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析得到。則單臺(tái)配電變壓器的年運(yùn)行維護(hù)成本Cyw為

................................................（9）

（三）停電損失成本

停電損失成本主要指由于設(shè)備故障、檢修停運(yùn)對(duì)用戶造成的停電損失。對(duì)于配電變壓器，年停電損失成本TC為

...................................................（10）

式中：μ為配電變壓器的平均負(fù)載率；S為配電變

壓器的額定容量；Tt為配電變壓器的年平均停運(yùn)時(shí)間，可通過電力企業(yè)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析得到。

（四）設(shè)備殘值

根據(jù)LCC理論可知，初次投資成本屬于現(xiàn)值，運(yùn)行維護(hù)成本、停電損失成本和設(shè)備殘值不屬于現(xiàn)值。由于資金具有時(shí)間價(jià)值，為了使不同改造選型方案在投資初期具有可比性，需要將運(yùn)行維護(hù)成本、停電損失成本和設(shè)備殘值進(jìn)行折現(xiàn)值計(jì)算。設(shè)配電變壓器的實(shí)際使用壽命為na，配電變壓器各年的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用為Cyw1、Cyw2、…、Cywn，各年的停電損失費(fèi)用為CT1、CT2、…、CTn。設(shè)i為貼現(xiàn)率，則配電變壓器的 LCC折現(xiàn)值Czx為

........................................（11）

四、效益更新指導(dǎo)

研究配電變壓器全壽命周期成本，旨在響應(yīng)我國建立集約型社會(huì)，提高資源利用率，走可持續(xù)發(fā)展道路的號(hào)召。由于用電量的劇增導(dǎo)致電網(wǎng)需要保持供電需求的節(jié)奏，不斷開展提高配電電壓等級(jí)、擴(kuò)容、以舊換新等工程建設(shè)。LCC理論在電力行業(yè)得到普遍應(yīng)用，但就配電變壓器而言，由于初始投資額相對(duì)不大，往往只注重初期工程建設(shè)投資，而實(shí)際上，配電變壓器的運(yùn)行成本很大甚至是初期投資成本的幾倍。本文結(jié)合配電變壓器各階段費(fèi)用的特點(diǎn)，發(fā)展了將全壽命周期成本（LCC）理論應(yīng)用于配電變壓器容量選擇及運(yùn)行的決策分析中，該方法可貫穿于配電變壓器的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、采購、建設(shè)、運(yùn)行、檢修、技改、報(bào)廢等階段，實(shí)現(xiàn)資源的合理分配，對(duì)配電變壓器容量選擇及運(yùn)行進(jìn)行決策分析。得到以下結(jié)論：

（1）詳細(xì)分析配電變壓器全壽命周期成本構(gòu)成及特點(diǎn)，并建立了配電變壓器全壽命周期成本模型。介紹了全壽命周期成本常用的估算方法，可應(yīng)用在全壽命周期成本的各組成部分。然后對(duì)LCC的一些簡(jiǎn)化處理進(jìn)行了說明。并考慮了資金的時(shí)間價(jià)值及通貨膨脹對(duì)成本的影響，采用現(xiàn)年值法對(duì)模型進(jìn)行修正。

（2）建立模型時(shí)，利用隨機(jī)區(qū)域負(fù)荷概率密度函數(shù)建立配電變壓器供電中斷損失模型該模型是關(guān)于變壓器容量的的連續(xù)函數(shù)，區(qū)別于其他利用平均斷電（懲罰）成本和平均故障修復(fù)成本計(jì)算模型，能更精確計(jì)算供電中斷損失。依據(jù)上級(jí)電源中壓饋線的裝接容量原則，在配電變壓器全壽命周期成本中計(jì)入配電變壓器的上級(jí)電源容量規(guī)劃投資成本。

（3）對(duì)配電變壓器運(yùn)行成本模型進(jìn)行處理，將配電變壓器各種損耗的基本參數(shù)空載有功損耗、短路有功損耗、空載電流、短路電壓與容量進(jìn)行曲線擬合，并運(yùn)用回歸分析法得到各參數(shù)與容量的數(shù)學(xué)關(guān)系，解決了將作為連續(xù)變量時(shí)各參數(shù)難以確定的難題，克服參數(shù)計(jì)算的繁冗性，方便模型的求解。

（4）利用全壽命周期模型對(duì)隨機(jī)選定的負(fù)荷區(qū)域進(jìn)行配電變壓器容量的優(yōu)化配置，然后與傳統(tǒng)的節(jié)能模型以及兼顧節(jié)能與經(jīng)濟(jì)模型進(jìn)行比較，驗(yàn)證了全壽命周期模型的優(yōu)益性。

（5）采用風(fēng)險(xiǎn)型決策對(duì)因負(fù)荷年均增長(zhǎng)率的變化引起的容量選擇風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估決策。首先根據(jù)不同的負(fù)荷年均增長(zhǎng)率初步選擇幾種適合不同負(fù)荷年均增長(zhǎng)率的配變?nèi)萘糠桨福俑鶕?jù)不同負(fù)荷年均增長(zhǎng)率出現(xiàn)的概率利用決策樹法分析不同容量方案的投資風(fēng)險(xiǎn)，選定風(fēng)險(xiǎn)最小為最合適的配變?nèi)萘糠桨浮?/p>

五、未來展望

由于時(shí)間的限制，本文僅用全壽命周期成本理論對(duì)配電變壓器容量的選擇進(jìn)行了初步研究和探討，還可以從以下幾個(gè)方面展開深入的研究：

（1）文章在建立模型時(shí)簡(jiǎn)化了一些對(duì)容量選擇影響不大的因素，可以詳細(xì)評(píng)估這些非主要因素和擴(kuò)大評(píng)估范圍，使選擇配電變壓器容量更加全面。

（2）在進(jìn)行全壽命周期成本計(jì)算時(shí)，雖然借助了 MATLAB，避免了手工計(jì)算的繁瑣，但是可以開發(fā)出相應(yīng)的計(jì)算軟件，只需更改原始參數(shù)就可以得到想要的結(jié)果，能夠使計(jì)算方便快捷。

（3）在進(jìn)行多臺(tái)并列運(yùn)行時(shí)，采用的是枚舉的方法確定初步方案和各個(gè)方案變壓器投運(yùn)的時(shí)間次序，需要進(jìn)行大量地?cái)?shù)據(jù)比較，如果能夠?qū)⒛Ｐ途€性化處理，則可方便應(yīng)用 GAMS 求解并很快得到方案組合及投運(yùn)的最優(yōu)時(shí)間次序，可以節(jié)省大量數(shù)據(jù)分析時(shí)間。

六、結(jié)論

（1）在未來電力企業(yè)中低壓配電網(wǎng)建設(shè)和改造中，為實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)建設(shè)改造投資的最優(yōu)利用，從長(zhǎng)遠(yuǎn)利益角度出發(fā)，配電變壓器的選型投資決策應(yīng)以LCC最小為原則，以追求在壽命周期內(nèi)整體成本最低，而不能只考慮初始投資。

（2）與傳統(tǒng)選型方法相比，LCC投資決策分析方法為配電網(wǎng)變壓器的選型提供了參考思路，實(shí)現(xiàn)了配電變壓器在全壽命周期內(nèi)的總投資成本最優(yōu)，對(duì)配電網(wǎng)建設(shè)及改造投資的合理利用起到了積極的指導(dǎo)作用。

（3）基于LCC理念進(jìn)行配電變壓器改造選型時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮技術(shù)成熟、損耗功率低、維護(hù)少、檢修工作量小的節(jié)能型號(hào)，以實(shí)現(xiàn)壽命周期成本最低、設(shè)備利用價(jià)值最高。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙小利.報(bào)裝用戶優(yōu)化供電方案的研究[D].武漢大學(xué)碩士學(xué)位論文， 2004.q

[2]陳先禹.淺析變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行在降低用電成本中的作用[J].電工技術(shù)雜志，2001（8）： 30-32.

[3]王正風(fēng).變壓器的容量選擇與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[J]. 變壓器， 2006，3（43）： 30-32.

[4]楊佳，丁曉群.一種雙繞組變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的實(shí)用方法 [J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備，2006，2（26）： 40-43.

[5]韓富春，曹志平.負(fù)載調(diào)整與變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究 [J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化學(xué)報(bào) ，2004，6（16）： 28-30.