穆弘 劉群
摘 要:電力工程的全壽命周期成本管理是一種在可靠性及壽命管理的基礎(chǔ)上,其經(jīng)濟(jì)效益最終歸納為財(cái)務(wù)成本及產(chǎn)出的管理方法,即工程從可研論證、采購(gòu)、安裝、運(yùn)行、檢修直至報(bào)廢停止使用這個(gè)長(zhǎng)過程中的總費(fèi)用。它包括設(shè)備可研論證成本、采購(gòu)成本、安裝成本、運(yùn)行成本、檢修成本、回收?qǐng)?bào)廢成本等全壽命周期成本的總和。本文主要分析了全壽命管理在變電站設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用,并對(duì)設(shè)備在經(jīng)濟(jì)全壽命周期內(nèi)的管理現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià),以確定其管理決策是否合理有效。
關(guān)鍵詞:全壽命周期;變電站;設(shè)計(jì)
1 設(shè)備因素對(duì)變電站全壽命周期的影響
設(shè)備因素對(duì)變電站全壽命周期的影響十分巨大,其在變電站投資的比例可由下表進(jìn)行分析。
國(guó)網(wǎng)公司瓷柱式斷路器典設(shè)基本組合方案參考造價(jià)
建筑工程費(fèi) 設(shè)備購(gòu)置費(fèi) 安裝工程費(fèi) 其他費(fèi)用 合計(jì)
15% 55% 9% 21% 100%
可以看出設(shè)備費(fèi)用約占變電站工程總投資的50%以上。在500kV安慶變電設(shè)備購(gòu)置費(fèi)中,變壓器系統(tǒng)約占47%;斷路器的設(shè)備購(gòu)置費(fèi)約占11%。因此對(duì)變電站主變進(jìn)行全壽命周期費(fèi)用分析尤為重要。
2 變電站主要設(shè)備全壽命周期費(fèi)用(LCC)分析
2.1 電力變壓器的全壽命周期費(fèi)用(LCC)分析
LCC是指變壓器設(shè)備在全壽命周期內(nèi)的總費(fèi)用。
其計(jì)算模型如下:LCC=CI+CO+CE+CM+CR+CF+CD(CI是指設(shè)備初次投入費(fèi)用;CO是指設(shè)備正常運(yùn)行費(fèi)用;CM是指設(shè)備正常檢修維護(hù)費(fèi)用;CR是指設(shè)備非正常檢修費(fèi)用;CF是指故障費(fèi)用;CE是指設(shè)備環(huán)保費(fèi);CD是指設(shè)備退役處置費(fèi)用)
設(shè)定利率為i,LCC的計(jì)算年數(shù)為n(對(duì)大型變壓器n=30),年份變量為a年,a在0~30間變化。現(xiàn)值指第0年度末的當(dāng)年值,終值指計(jì)算年份終結(jié)的當(dāng)年值。
(1)變壓器初始投入費(fèi)用CI
CI=設(shè)備的購(gòu)置費(fèi)+安裝費(fèi)+調(diào)試費(fèi)+其他費(fèi)用 (1)
其中:購(gòu)置費(fèi)=設(shè)備費(fèi)+專用工具及初次備品備件費(fèi)+現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)費(fèi)+供貨商運(yùn)輸費(fèi)
利用公式(1),將各項(xiàng)費(fèi)用相加,得出購(gòu)置設(shè)備年(即第0年度)的當(dāng)年值,也就是CI現(xiàn)值。
得到現(xiàn)值后,求終值。終值=現(xiàn)值×(1+i)n
(2)變壓器運(yùn)行費(fèi)用CO
a為計(jì)算年份,在0~30間變化。
β為變壓器年負(fù)載率,在0~100%間變化。通常:安裝二臺(tái)(組)變壓器的變電站50%×70%=35%;安裝三臺(tái)(組)變壓器的變電站67%×70%=47%;安裝四臺(tái)(組)變壓器的變電站75%×70%=52.5%。
第a年CO=第a年變壓器設(shè)備能耗費(fèi)用+第a年巡檢費(fèi)用
3相總第a年變壓器能耗費(fèi)用=第a年變壓器空載損耗費(fèi)用+第a年有載損耗費(fèi)用。
第a年變壓器空載(負(fù)載)損耗費(fèi)用=空載(負(fù)載)損耗值×年運(yùn)行小時(shí)×輸電成本電價(jià)×(1+電價(jià)增長(zhǎng)率)a
第a年的巡檢費(fèi)用=第a年的巡視人工、設(shè)備、工具費(fèi)用=巡檢人工年費(fèi)用初值*(1+工資增長(zhǎng)率)a
巡檢人工年費(fèi)用初值=年工資/(8*365)×次數(shù)×巡檢小時(shí)數(shù)。
將第a年的CO(當(dāng)年值),以第a年的CO×(1+i)-a折算到第0年度末的現(xiàn)值。
得到現(xiàn)值后,求終值:現(xiàn)值×(1+i)n=終值
分別加上各年度的CO的現(xiàn)值和終值,累加得LCC計(jì)算期內(nèi)的CO的現(xiàn)值和終值。
(3)環(huán)保費(fèi)用CE
第a年CE=第a年治理費(fèi)用+第a年環(huán)保懲罰費(fèi)用
第a年的環(huán)保費(fèi)用依據(jù)設(shè)備特性來確定。具體的,若當(dāng)噪音超標(biāo),則需增加治理費(fèi)用,還可能有環(huán)保懲罰費(fèi)用,如計(jì)入當(dāng)年環(huán)保費(fèi)用;若沒發(fā)生則該項(xiàng)為0。
(4)正常檢修維護(hù)費(fèi)用CM
第a年的變壓器正常檢修維護(hù)費(fèi)用CM=第a年周期性維護(hù)費(fèi)用+第a年需停電維護(hù)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)費(fèi)+第a年另一臺(tái)變壓器所承擔(dān)的額外能耗費(fèi)用
其中:第a年的周期性維護(hù)費(fèi)用=第a年的維護(hù)人工、設(shè)備、工具費(fèi)用=維護(hù)費(fèi)用初值×(1+工資增長(zhǎng)率)a
第a年需停電維護(hù)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)費(fèi),如有。
第a年另一臺(tái)變壓器所承擔(dān)的額外能耗費(fèi)用=3×負(fù)載損耗值×停運(yùn)小時(shí)數(shù)×負(fù)荷率2×輸電成本電價(jià)×(1+電價(jià)增長(zhǎng)率)a
(5)非正常檢修費(fèi)用CR
第a年的變壓器非正常檢修費(fèi)用CR=第a年的障礙率×(現(xiàn)場(chǎng)檢修費(fèi)用+需停電檢修時(shí)風(fēng)險(xiǎn)費(fèi)和另一臺(tái)變壓器所承擔(dān)的額外能耗費(fèi)用障損失費(fèi)+其他費(fèi)用)
其中:第a年的障礙率為年平均障礙概率。
第a年需停電檢修時(shí)風(fēng)險(xiǎn)費(fèi),如有。
第a年另一臺(tái)變壓器所承擔(dān)的額外能耗費(fèi)用=3×負(fù)載損耗值×停運(yùn)小時(shí)數(shù)×負(fù)荷率2×輸電成本電價(jià)×(1+電價(jià)增長(zhǎng)率)a
將當(dāng)年度的CF以(1+i)-n折算到第0年度末的現(xiàn)值。累加各年CR,得到LCC計(jì)算期內(nèi)的CR值(現(xiàn)值)。
得到現(xiàn)值后,求終值:終值=現(xiàn)值×(1+i)n
(6)變壓器故障費(fèi)用CF
第a年發(fā)生的故障費(fèi)用CF=第a年的故障率×(故障現(xiàn)場(chǎng)檢修費(fèi)用+故障損失費(fèi)+其他費(fèi)用)
其中:第a年的故障率為由輸入的年平均故障概率。
故障現(xiàn)場(chǎng)檢修費(fèi)用=拆遷故障設(shè)備費(fèi)用+運(yùn)輸一臺(tái)變壓器費(fèi)用×2+安裝新設(shè)備費(fèi)用
故障損失費(fèi)用=停電損失費(fèi)用+新設(shè)備購(gòu)置費(fèi)
停電損失費(fèi)用=停電損失負(fù)荷×停電時(shí)間×供電電價(jià)×(1+電價(jià)增長(zhǎng)率)a
將當(dāng)年度的CF以(1+i)-n折算到第0年度末的現(xiàn)值。累加各年CF,得到LCC計(jì)算期內(nèi)的CF值(現(xiàn)值)。
得到現(xiàn)值后,求終值:終值=現(xiàn)值×(1+i)n
(7)變壓器退役處置費(fèi)用CD(設(shè)備退役時(shí)的殘值是按賣廢品處理。設(shè)備退役時(shí)的殘值=變壓器總重量*平均回收價(jià))
退役處置費(fèi)用CD=設(shè)備退役處理費(fèi)-變壓器設(shè)備退役時(shí)的殘值(或者是設(shè)備折舊后余值)+其他費(fèi)用 (2)
①設(shè)備退役處理費(fèi)
設(shè)備退役處理費(fèi)=拆遷系數(shù)(缺省是46.8%,說明)×安裝直接工程費(fèi)
②設(shè)備退役時(shí)的殘值
設(shè)備退役時(shí)的殘值=變壓器總重量*平均回收價(jià)
再以公式2計(jì)算,得出設(shè)備在計(jì)算終結(jié)當(dāng)年的退役處置費(fèi)用CD(當(dāng)年值),并以公式:現(xiàn)值=退役處置費(fèi)用CD(當(dāng)年值)×(1+i)-n
折算到第0年度末的現(xiàn)值。
得到現(xiàn)值后,求終值:終值=現(xiàn)值×(1+i)n
將前述所有的CI+CO+CE+CM+CR+CF+CD的現(xiàn)值相加,得到該設(shè)備的全壽命成本。
下表為采用狀態(tài)檢修時(shí),500kV某變電站的主變壓器的LCC數(shù)值:(其中電價(jià)取0.3元/度,年運(yùn)行小時(shí)取5000小時(shí),損耗取382×3kW,壽命取30年,停電時(shí)的負(fù)荷考慮由系統(tǒng)轉(zhuǎn)移不計(jì)費(fèi)用)
(現(xiàn)值)(萬元)
由上表可以看出,對(duì)變壓器而言變壓器設(shè)備能耗費(fèi)用較設(shè)備初始投入費(fèi)用要高,降低其耗費(fèi)對(duì)降低工程全壽命費(fèi)用意義重大;其次,若停電時(shí)的負(fù)荷能由系統(tǒng)轉(zhuǎn)移則僅需考慮系統(tǒng)損失的可靠性投資,若停電時(shí)的負(fù)荷無法由系統(tǒng)轉(zhuǎn)移,或者部分轉(zhuǎn)移,由于停電時(shí)間較長(zhǎng)其電價(jià)損失將極其巨大。
2.2 變壓器事故統(tǒng)計(jì)及其事故分析
1999~2004年國(guó)家電網(wǎng)(力)公司500kV變壓器按事故部位統(tǒng)計(jì)
變壓器事故主要由產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面和產(chǎn)品制造質(zhì)量方面的原因產(chǎn)生,因此我們可以在設(shè)備招標(biāo)時(shí)有的放矢,科學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)評(píng)分表格,用全壽命成本的觀點(diǎn)來評(píng)判設(shè)備的優(yōu)劣,選擇出理想的產(chǎn)品。
2.3 其他事故統(tǒng)計(jì)及其事故分析
1999~2004年國(guó)家電網(wǎng)(力)公司隔離開關(guān)故障分類統(tǒng)計(jì)
由以上統(tǒng)計(jì)和國(guó)網(wǎng)公司的事故分析可以看出,隔離開關(guān)的故障時(shí)有發(fā)生,未經(jīng)完善化改造的隔離開關(guān)故障較多。
1999~2004國(guó)家電網(wǎng)(力)公司電流互感器故障分類統(tǒng)計(jì)
根據(jù)以上統(tǒng)計(jì)資料我們可以用全壽命成本的觀點(diǎn)對(duì)生產(chǎn)廠家提出改進(jìn)的要求,并在訂貨合同中體現(xiàn)。
3 運(yùn)行費(fèi)用對(duì)變電站全壽命周期的影響
變電站每年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用約在450萬元左右,以變電站30年的壽命來計(jì)算,其費(fèi)用十分巨大。因此我們一方面可以采用狀態(tài)檢修等模式適當(dāng)減少維護(hù)檢修的工作量;另一方面可以選擇出少維護(hù)、免維護(hù)的產(chǎn)品,如設(shè)備絕緣采用在線監(jiān)測(cè)裝置、變壓器采用油色譜分析裝置,斷路器采用彈簧機(jī)構(gòu)、蓄電池采用免維護(hù)型等。
4 結(jié)束語
要做到全壽命周期總費(fèi)用最小,需要積累大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),建立龐大的仿真系統(tǒng),就目前的情況來看,還做不到這一點(diǎn),尤其是對(duì)于事故這樣的隨機(jī)事件,必須要有大量的數(shù)據(jù)作為支持,通過概率分析和全壽命周期費(fèi)用管理,確定合理的事故率,需要電力管理、運(yùn)行、事故、設(shè)計(jì)共同努力才能全面地、準(zhǔn)確地得到完整的全壽命周期費(fèi)用。當(dāng)前變電工程的全壽命周期費(fèi)用管理分析還不完全準(zhǔn)確。
在設(shè)計(jì)階段,影響變電站造價(jià)因素是非常多的,如出線走廊規(guī)劃、主控樓位置、主接線方案、配電裝置選擇、主設(shè)備選型、導(dǎo)體選擇、絕緣配合、防雷和接地、場(chǎng)地情況、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)保等,這些因素相互牽制,有些因素互為因果不能獨(dú)立考慮。在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行全壽命周期考慮,就是要將這些因素放在全壽命周期這一平臺(tái)上進(jìn)行綜合考慮,作出最優(yōu)的組合方案,保證工程建設(shè)的功能、安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)。
設(shè)計(jì)過程通過設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化可以達(dá)到降低工程造價(jià)的目的,在優(yōu)化工程方案,降低工程造價(jià)的同時(shí),還需要保證變電站的安全運(yùn)行,減少運(yùn)行過程中的消缺、事故及大修等費(fèi)用和停電時(shí)間,并應(yīng)對(duì)可能的系統(tǒng)情況變化造成的變電站輸送容量的限制。
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