肖 洋，劉旭明，黃玉忠，李 帥

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518020）

10 kV開(kāi)關(guān)柜維修和技改策略的分析與探索

肖 洋，劉旭明，黃玉忠，李 帥

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518020）

介紹了電力設(shè)備全壽命周期管理理論，通過(guò)對(duì)比分析10 kV開(kāi)關(guān)柜定期維修與技改的全壽命周期成本，探索出對(duì)該類(lèi)設(shè)備定期開(kāi)展大小修為優(yōu)選策略，為供電企業(yè)對(duì)10 kV開(kāi)關(guān)柜的管理工作提供探索性的數(shù)據(jù)支持和參考。

全壽命周期；10 kV開(kāi)關(guān)柜；維修；技改

0 引言

隨著我國(guó)電網(wǎng)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的資產(chǎn)管理方式暴露出越來(lái)越多的問(wèn)題，供電企業(yè)往往只重視初始投入，而未能從設(shè)備整個(gè)壽命周期的角度來(lái)考慮成本，從而造成大量資金浪費(fèi)。

中國(guó)南方電網(wǎng)公司近年來(lái)引入資產(chǎn)全壽命周期管理的理念，并在中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略中對(duì)提升資產(chǎn)管理能力提出了新要求。某供電局根據(jù)南方電網(wǎng)公司的相關(guān)要求，對(duì)資產(chǎn)管理工作提出了明確的目標(biāo)和舉措。

1 全壽命周期理論

全壽命周期成本（Life Cycle Cost，LCC）理論將固定資產(chǎn)相關(guān)費(fèi)用支出加以分析，構(gòu)建了以下模型：

式中：CI——投入成本，包括采購(gòu)及建設(shè)成本（Investment Costs）；

CO——運(yùn)行成本（Operation Costs）；

CM——維護(hù)成本（Maintenance Costs）；

CF——故障成本，也稱(chēng)懲罰成本（Outage or Failure Costs）；

CD——廢棄成本（Disposal Costs）。

電力設(shè)備壽命周期理論（Electronic Equipment Life Cycle Concepts）是將電力設(shè)備的壽命周期劃分為購(gòu)置、運(yùn)行、維護(hù)、修理、更新、報(bào)廢等幾個(gè)重要階段，主張按照其壽命周期的運(yùn)行規(guī)律，找到設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行狀態(tài)及關(guān)鍵控制點(diǎn)。

上述理論的研究體系較為完善，注重LCC的定量分析，強(qiáng)調(diào)通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型來(lái)進(jìn)行全壽命周期成本的定量分析，從而對(duì)資產(chǎn)從設(shè)計(jì)、購(gòu)置、運(yùn)行、維護(hù)直至退役等全過(guò)程系統(tǒng)管理，合理利用資產(chǎn)的生產(chǎn)能力，降低成本，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)效益最優(yōu)。

2 10 kV開(kāi)關(guān)柜設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀

2.1 高壓開(kāi)關(guān)柜的組成

高壓開(kāi)關(guān)柜是由高壓斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)、接觸器、高壓熔斷器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、互感器及站用變，以及控制、測(cè)量、保護(hù)、調(diào)節(jié)裝置，內(nèi)部連接件、輔件、外殼和支持件等組成的成套配電裝置，其內(nèi)的空間以空氣或復(fù)合絕緣材料作為介質(zhì)，用于接受和分配電網(wǎng)的三相電能。

2.2 10 kV開(kāi)關(guān)柜數(shù)量統(tǒng)計(jì)

某供電局西部片區(qū)現(xiàn)配置10 kV開(kāi)關(guān)柜的變電站有102座，10 kV開(kāi)關(guān)柜數(shù)量為6 989臺(tái)。10 kV開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行年限在1-18年之間，對(duì)應(yīng)數(shù)量分布如表1所示。

2.3 10 kV開(kāi)關(guān)柜缺陷率統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)梳理2010—2014年各運(yùn)行年限10 kV開(kāi)關(guān)柜缺陷數(shù)量（見(jiàn)表2），繪制了10 kV開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行年限與缺陷率統(tǒng)計(jì)圖（見(jiàn)圖1）。

表1 10 kV開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行年限對(duì)應(yīng)數(shù)量統(tǒng)計(jì)

表2 2010-2014年各運(yùn)行年限的10 kV開(kāi)關(guān)柜缺陷數(shù)量統(tǒng)計(jì)

圖1 10 kV開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行年限與缺陷率統(tǒng)計(jì)

由圖1可見(jiàn)，運(yùn)行1-4年，開(kāi)關(guān)柜缺陷率較低，平均為0．394個(gè)/（百臺(tái)·年）；從第5年開(kāi)始缺陷率明顯提高，運(yùn)行5-9年的開(kāi)關(guān)柜平均缺陷率達(dá)到3．320個(gè)/（百臺(tái)·年），是前4年的8．4倍；運(yùn)行10年之后，平均缺陷率達(dá)到6．179個(gè)/（百臺(tái)·年），是5-9年平均值的近2倍。

3 10 kV開(kāi)關(guān)柜維修與技改策略的對(duì)比分析

3.1 維修和技改的定義

設(shè)備維修是電力企業(yè)安全生產(chǎn)管理的重要組成部分，也是設(shè)備運(yùn)行使用過(guò)程中費(fèi)用的主要來(lái)源。維修的目的是消除設(shè)備經(jīng)常性的有形磨損和排除設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的各種故障，以保持設(shè)備在其壽命期內(nèi)保持必要的性能，發(fā)揮正常的效用。維修可分為日常維修、小修和大修等幾種形式；根據(jù)維修策略的不同可分為事后維修、預(yù)防性定期維修、狀態(tài)檢修等。

技術(shù)改造是指應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成果和先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，改變現(xiàn)有設(shè)備的結(jié)構(gòu)，裝上或更換新的部件、裝置和附件，以補(bǔ)償設(shè)備的有形和無(wú)形磨損。通過(guò)技術(shù)改造，可以改善設(shè)備的技術(shù)性能，增加設(shè)備的功能，使設(shè)備達(dá)到或局部達(dá)到新設(shè)備的技術(shù)水平。南方電網(wǎng)公司的生產(chǎn)技術(shù)改造通常是指對(duì)滿(mǎn)足相關(guān)條件的設(shè)備進(jìn)行整體更換。

3.2 10 kV開(kāi)關(guān)柜維修和技改成本分析

根據(jù)開(kāi)關(guān)柜缺陷率的統(tǒng)計(jì)并結(jié)合開(kāi)關(guān)柜的結(jié)構(gòu)原理分析可知：

（1） 開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行5年后，主要由于電氣元件故障頻發(fā)導(dǎo)致缺陷率飆升，可通過(guò)南方電網(wǎng)公司《電力設(shè)備檢修規(guī)程》中規(guī)定的B類(lèi)檢修，即通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)柜開(kāi)展停電類(lèi)的局部檢查、維修、更換和試驗(yàn)工作，來(lái)提升開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行穩(wěn)定性；

（2） 運(yùn)行10年以后，由于機(jī)構(gòu)部件磨損、絕緣件老化以及電氣元件故障等情況加劇，缺陷率進(jìn)一步提高，此時(shí)只能通過(guò)大修或技改來(lái)提升設(shè)備的可靠性。

對(duì)此，以1臺(tái)開(kāi)關(guān)柜為例，綜合分析比較了其在運(yùn)行10年的節(jié)點(diǎn)上分別選擇大修和技改策略的全壽命周期成本。

3.3 維修和技改方案費(fèi)用預(yù)算

3．3．1 CI（投入費(fèi)用）

（1） 開(kāi)展大修。即《電力設(shè)備檢修規(guī)程》中所謂必要時(shí)開(kāi)展的A修，在B修的基礎(chǔ)上增加柜體、斷路器以及機(jī)構(gòu)的解體大修等工作，1臺(tái)開(kāi)關(guān)柜約需費(fèi)用4萬(wàn)元。

社會(huì)在發(fā)展，時(shí)代在進(jìn)步，國(guó)民經(jīng)濟(jì)得到質(zhì)的提升，民眾生活水平也在不斷提高，旅游成為人們?nèi)粘Ｏ驳囊环N生活形式。消費(fèi)者群體中，80后和90后是消費(fèi)主體，此類(lèi)旅游者對(duì)旅游服務(wù)提出了更多的要求，在此背景下，促進(jìn)了旅游文化多元性和旅游文化個(gè)性化的發(fā)展。老舊式旅游管理一般情況存在信息閉塞現(xiàn)象，不能對(duì)旅游主體要求進(jìn)行全面把控。大數(shù)據(jù)在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，創(chuàng)新了傳統(tǒng)旅游管理思想以及運(yùn)行模式。當(dāng)前市場(chǎng)環(huán)境下，旅游大數(shù)據(jù)管理憑借相關(guān)信息收集和分析操作，將復(fù)雜數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單化，找尋規(guī)律的同時(shí)強(qiáng)化游客體驗(yàn)感，創(chuàng)新旅行方式，而后通過(guò)高度融合與協(xié)同等，實(shí)現(xiàn)景區(qū)與管理運(yùn)營(yíng)二者的數(shù)字化發(fā)展與智能化發(fā)展。

（2） 進(jìn)行技改更換。投入費(fèi)用包括設(shè)備購(gòu)置費(fèi)和設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試及監(jiān)理等費(fèi)用。以1臺(tái)4 kA進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜為例，參考《南方電網(wǎng)公司電網(wǎng)工程主要設(shè)備材料信息價(jià)》，購(gòu)置費(fèi)用為17萬(wàn)元，設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試及監(jiān)理等費(fèi)用平均約5萬(wàn)元，則投入費(fèi)用總計(jì)22萬(wàn)元。

3．3．2 CO（運(yùn)行費(fèi)用）

常規(guī)運(yùn)行損耗和設(shè)備巡視等費(fèi)用約0．01萬(wàn)元/（臺(tái)·年）。

3．3．3 CM（檢修維護(hù)費(fèi)用）

根據(jù)南方電網(wǎng)公司《電力設(shè)備檢修規(guī)程》要求，開(kāi)關(guān)柜在6年時(shí)限內(nèi)須開(kāi)展1次B修；根據(jù)深圳供電局缺陷率統(tǒng)計(jì)分析情況，每5年對(duì)開(kāi)關(guān)柜開(kāi)展B修，對(duì)斷路器室、母線(xiàn)室、電纜室、斷路器本體、機(jī)構(gòu)、動(dòng)靜觸頭或刀閘等部件進(jìn)行維護(hù)和檢測(cè)，費(fèi)用約0．2萬(wàn)元/臺(tái)。

3．3．4 CF（故障費(fèi)用）

若每5年僅對(duì)開(kāi)關(guān)柜開(kāi)展B修，在前10年，開(kāi)關(guān)柜缺陷率可保持在1-4年的平均水平，即約0．004個(gè)/（臺(tái)·年），相應(yīng)的費(fèi)用為0．004×0．736= 0．002 944萬(wàn)元/（臺(tái)·年）。運(yùn)行10年后，由于B修僅能有效解決電氣元件和普通機(jī)械故障，即B修可降低缺陷率為0．033 2-0．003 94=0．029 26個(gè)/（臺(tái)·年），則相應(yīng)缺陷率為0．061 79-0．029 26= 0．032 53個(gè)/（臺(tái)·年），費(fèi)用為0．032 53×0．736≈ 0．023 94萬(wàn)元/（臺(tái)·年）。另?yè)?jù)統(tǒng)計(jì)，開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行10年后平均每年因絕緣老化、觸頭磨損等缺陷和隱患導(dǎo)致炸柜燒損故障所產(chǎn)生的費(fèi)用約150萬(wàn)元，每臺(tái)開(kāi)關(guān)柜由于故障產(chǎn)生的費(fèi)用為150/6 989=0．021 46萬(wàn)元。則故障費(fèi)用總計(jì)為0．023 94+0．021 46=0．045 40萬(wàn)元。

若按照5年B修，10年A修對(duì)開(kāi)關(guān)柜開(kāi)展運(yùn)維，缺陷率可以維持在1-4年的平均水平，即約0．004個(gè)/（臺(tái)·年），則產(chǎn)生的費(fèi)用為0．004×0．736=0．002 944萬(wàn)元/（臺(tái)·年）。由于定期開(kāi)展A修，可有效解決絕緣老化、主回路活動(dòng)導(dǎo)體磨損等問(wèn)題，開(kāi)關(guān)柜基本不會(huì)發(fā)生炸柜燒損等故障。

3．3．5 CD（廢棄費(fèi)用）

深圳供電局規(guī)定開(kāi)關(guān)柜設(shè)備折舊年限為12年，期間等價(jià)折舊；滿(mǎn)12年后，殘值率始終為5 %。

開(kāi)關(guān)柜10年前初始購(gòu)置費(fèi)用為15萬(wàn)元，運(yùn)行10年時(shí)殘值率為20．83 %，則設(shè)備剩余價(jià)值為15×20．83 %=3．125萬(wàn)元；運(yùn)行12年后設(shè)備殘值回收費(fèi)用為15×5 %=0．75萬(wàn)元。

技改更換的新開(kāi)關(guān)柜初始購(gòu)置費(fèi)用為17萬(wàn)元，運(yùn)行12年后設(shè)備殘值回收費(fèi)用為17×5 %=0．85萬(wàn)元。

3．3．6 維修和技改方案成本計(jì)算分析

根據(jù)南方電網(wǎng)公司《主網(wǎng)技改項(xiàng)目準(zhǔn)入及預(yù)算標(biāo)準(zhǔn)》的指導(dǎo)意見(jiàn)，開(kāi)關(guān)柜使用壽命為30年。開(kāi)關(guān)柜在運(yùn)行10年時(shí)若開(kāi)展大修，則剩余壽命為20年；若進(jìn)行技改，則更換后的開(kāi)關(guān)柜壽命為30年。

（1） 維修方案下，在5年節(jié)點(diǎn)開(kāi)展B修，10年節(jié)點(diǎn)開(kāi)展A修，初始投資表示為：維修方案初始投資=維修過(guò)程費(fèi)用+設(shè)備剩余價(jià)值。設(shè)備剩余壽命周期的各部分費(fèi)用如表3所示。

（2） 技改方案下，每5年需開(kāi)展B修，設(shè)備壽命周期各部分費(fèi)用如表4所示。

（3） 各方案年均成本比較如表5所示。

對(duì)比可見(jiàn)，對(duì)開(kāi)關(guān)柜定期進(jìn)行A，B修年均成本最低，為0．551萬(wàn)元，較技改方案年均成本節(jié)省28．8 %。

4 結(jié)論

（1） 對(duì)于10 kV開(kāi)關(guān)柜采取維修策略，在5年節(jié)點(diǎn)開(kāi)展B修，10年節(jié)點(diǎn)開(kāi)展A修，相應(yīng)的LCC成本和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)均優(yōu)于技改策略。

（2） 對(duì)于不同期望壽命的設(shè)備的LCC成本計(jì)算，應(yīng)該比較各方案在決策年以后的期望壽命內(nèi)的年均成本的大小，這樣較為合理、客觀。

表3 維修方案下設(shè)備壽命周期費(fèi)用 萬(wàn)元

表4 技改方案下設(shè)備壽命期費(fèi)用 萬(wàn)元

年數(shù)　CI年值CO年值CM年值CF年值CD年值　　合計(jì)15　0　0．01　0．2　0．038　0　0．248 16　0　0．01　0　0．038　0　0．048 17　0　0．01　0　0．038　0　0．048 18　0　0．01　0　0．038　0　0．048 19　0　0．01　0　0．038　0　0．048 20　0　0．01　0．2　0．038　0　0．248 21　0　0．01　0　0．038　0　0．048 22　0　0．01　0　0．038　0　0．048 23　0　0．01　0　0．038　0　0．048 24　0　0．01　0　0．038　0　0．048 25　0　0．01　0．2　0．038　0　0．248 26　0　0．01　0　0．038　0　0．048 27　0　0．01　0　0．038　0　0．048 28　0　0．01　0　0．038　0　0．048 29　0　0．01　0　0．038　0　0．048 30　0　0．01　0　0．038　-0．85　-0．802總計(jì)　22　0．3　1　0．78　-0．85　23．23

表5 開(kāi)關(guān)柜維修技改方案下的年均成本

1 趙 宏．基于LCC的輸變電設(shè)備維修與技改綜合優(yōu)化的研究［D］．北京：華北電力大學(xué)，2009．

2 Takata S， Yamada A， Inoue Y． Life cycle cost［C］．Proceedings of First International Symposium on Environmentally Conscious Design and Inverse Manufacturing，Tokyo， Japan，1999．

3 Pecht M G， Das D． Electronic part life cycle［J］．IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies，2000，23（1）：190-192．

4 張引弘．電網(wǎng)企業(yè)固定資產(chǎn)全壽命周期管理研究［D］．北京：華北電力大學(xué)，2009．

5 中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)．DL/T404—2007 3．6 kV-40．5 kV交流金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備［S］．北京：中國(guó)電力出版社，2008．

6 傅家驥，仝允桓．工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)［M］．北京：清華大學(xué)出版社，1996．

7 束洪春．電力系統(tǒng)以可靠性為中心的維修［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009．

2015-11-26；

2016-04-08。

肖 洋（1986-），男，工程師，主要從事全壽命周期理論的變電設(shè)備運(yùn)維策略的研究、變電設(shè)備改造策略及典型缺陷分析工作，email：396198660@163．com。

劉旭明（1970-），男，高級(jí)工程師，主要從事變電設(shè)備運(yùn)維及大修技改策略、變電設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用和研究工作。

黃玉忠（1975-），男，工程師，主要從事變電設(shè)備運(yùn)行維護(hù)策略以及基于全壽命周期理論的大修技改策略的研究工作。

李 帥（1984-），男，高級(jí)工程師，主要從事變電一次設(shè)備大修技改策略以及基于全壽命周期理論運(yùn)維策略的研究工作。