劉曉燕

（《江蘇電機(jī)工程》編輯部，江蘇南京211103）

基于全壽命周期管理的電力設(shè)備狀態(tài)檢修成本研究

劉曉燕

（《江蘇電機(jī)工程》編輯部，江蘇南京211103）

全壽命周期成本（LCC）管理是以設(shè)備、項目的長期經(jīng)濟(jì)效益為出發(fā)點(diǎn)，全面考慮設(shè)備或系統(tǒng)從規(guī)劃設(shè)計直至報廢的全過程，以使成本最小化。在綜合分析LCC理論發(fā)展的基礎(chǔ)上，結(jié)合狀態(tài)檢修策略，通過分析變壓器、開關(guān)、高壓電纜電網(wǎng)主設(shè)備運(yùn)維檢修階段LCC模型構(gòu)成及參數(shù)靈敏度分析，區(qū)分識別出運(yùn)維階段主要數(shù)據(jù)，為電力系統(tǒng)全壽命周期管理系統(tǒng)構(gòu)建提供參考。

全壽命周期管理；狀態(tài)檢修；LCC模型；靈敏度分析

資產(chǎn)全壽命周期成本（LCC）管理［1-3］是指從資產(chǎn)的長期效益出發(fā)，全面考慮資產(chǎn)的規(guī)劃、設(shè)計、采購、建設(shè)、運(yùn)行、檢修、技改、報廢的全過程，在滿足安全、效益、效能的前提下追求資產(chǎn)LCC最低的一種管理理念和方法。LCC具有全系統(tǒng)、全費(fèi)用、全過程特點(diǎn)，技術(shù)一般包括LCC估算、LCC分析、LCC評價和LCC管理等；在具體實施過程中，主要包括LCC設(shè)備管理范圍選擇、LCC模型建立、LCC費(fèi)用分解、LCC參數(shù)靈敏度分析等。電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢修是指電網(wǎng)公司以安全、可靠性、環(huán)境、成本為基礎(chǔ)，通過設(shè)備狀態(tài)評價、風(fēng)險評估、檢修決策，達(dá)到運(yùn)行安全可靠、檢修成本合理的一種檢修策略。文中將LCC管理理念貫穿到設(shè)備狀態(tài)評價與狀態(tài)檢修中，分析不同電力一次設(shè)備在運(yùn)維檢修階段LCC成本構(gòu)成及關(guān)注重點(diǎn)，為電力公司全壽命周期管理系統(tǒng)構(gòu)建提供參考。

1　 LCC理論概述

目前LCC管理理念廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、國防安全、電力系統(tǒng)、能源石化以及住房建設(shè)等領(lǐng)域。美、英、法、日等相繼成立LCC委員會，推廣LCC在其國內(nèi)的普及應(yīng)用；國際電工委員會（IEC）等機(jī)構(gòu)相繼制定適合LCC應(yīng)用的國際標(biāo)準(zhǔn)，推廣相應(yīng)領(lǐng)域內(nèi)對LCC的應(yīng)用［4，5］。在電力系統(tǒng)中，LCC管理方法最先由美國應(yīng)用于核電站，并逐步擴(kuò)大到加拿大、歐盟等國家的電網(wǎng)中。國網(wǎng)公司于2008年全面引入LCC理念，開展相應(yīng)LCC管理研究工作；上海市電力公司認(rèn)識到應(yīng)用LCC技術(shù)對企業(yè)可持續(xù)發(fā)展有著重要的戰(zhàn)略意義，十分重視開展LCC工作。同時，國內(nèi)的專家和學(xué)者也研究和探討LCC在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用［6，7］，在變電站建設(shè)技改、輸變電設(shè)備維修等方面取得了一定成果。

1.1LCC成本分解

LCC管理方法的核心內(nèi)容是對設(shè)備在整個LCC進(jìn)行費(fèi)用分解、LCC計算，然后決策。針對輸變電設(shè)備，可以得到如下的LCC費(fèi)用計算模型：

式中：CLCC為全壽命周期成本；CI為投入成本；CO為運(yùn)行成本；CM為維護(hù)成本；CF為故障成本；CD為廢棄成本。

1.2LCC參數(shù)靈敏度分析

對各個環(huán)節(jié)費(fèi)用中的參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析，以便找出關(guān)鍵參數(shù)。對于LCC來說，逐級進(jìn)行各項費(fèi)用分解，謹(jǐn)慎對待、重點(diǎn)分析其中具有較大影響的參數(shù)。

1.2.1LCC估算式普通結(jié)構(gòu)

一般來說，LCC估算過程中可以利用參數(shù)法、工程法、類比法等方法，在構(gòu)建LCC估算模型時，需首先分解費(fèi)用結(jié)構(gòu)，確定基本關(guān)系式，然后利用所知數(shù)據(jù)，代入回歸以確定關(guān)系式的相關(guān)系數(shù)。LCC估算模型如（2），各參數(shù)含義如表1所示。

表1　LCC參數(shù)含義

1.2.2敏感性分析函數(shù)

對式（2）各相參數(shù)進(jìn)行求導(dǎo)，相關(guān)參數(shù)的偏導(dǎo)函數(shù)數(shù)值與LCC對該參數(shù)敏感性成正比。因此，參數(shù)敏感性分析函數(shù)為：

1.2.3敏感度的工程計算

對于C1，C2，…，Cm，根據(jù)工程經(jīng)驗，可粗略地確定其最小值C1min，C2min，…，Cmmin和最大值C1max，C2max，…，Cmmax。由此可以計算出平均值C1mid，C2mid，…，Cmmid。其中：

利用C1mid，C2mid，…，Cmmid和各參數(shù)敏感性的函數(shù)式，可以確定相應(yīng)敏感性函數(shù)：

1.2.4敏感性參數(shù)選擇與應(yīng)用

利用各參數(shù)C1min，C2min，…，Cmmin和C1max，C2max，…，Cmmax，可以計算出LCC受該參數(shù)影響時的最小值和最大值，設(shè)：

式（6）、（7）計算結(jié)果反映了各參數(shù)對LCC絕對值的影響規(guī)律。

2　電網(wǎng)主設(shè)備運(yùn)維LCC成本分析

2.1運(yùn)維成本構(gòu)成

電力設(shè)備運(yùn)行維護(hù)階段對應(yīng)的成本主要包括運(yùn)行成本CO、維護(hù)成本CM和故障成本CF。

CO主要包括設(shè)備運(yùn)行期間的能耗費(fèi)用、為確保設(shè)備運(yùn)行無異常而由運(yùn)行單位所進(jìn)行的日常巡視檢查費(fèi)用；另外隨著大眾對環(huán)保的日益關(guān)注，運(yùn)行費(fèi)用還包括支付的環(huán)保費(fèi)用等。具體到電網(wǎng)設(shè)備中，諸如斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備其能耗費(fèi)用可以忽略不計；而對變壓器等設(shè)備，其能耗費(fèi)用具體包括變壓器本體能耗費(fèi)用和變壓器輔助設(shè)備能耗費(fèi)用兩部分。其中，前者又分為空載能耗和負(fù)載能耗費(fèi)用，并均可以對應(yīng)到能量損失與電價的乘積。

CM主要包括周期性的解體檢修費(fèi)用、檢修維護(hù)費(fèi)用兩大類，主要是指設(shè)備達(dá)到檢修周期時所發(fā)生的材料、人工費(fèi)用。設(shè)備檢修維護(hù)主要包括預(yù)防性試驗、日常維護(hù)保養(yǎng)、小修、大修（計劃及非計劃）等。每項檢修維護(hù)費(fèi)用包括設(shè)備供應(yīng)商提供的設(shè)備材料費(fèi)以及檢修維護(hù)服務(wù)費(fèi)，設(shè)備業(yè)主方在檢修維護(hù)中提供的設(shè)備材料費(fèi)、交通運(yùn)輸費(fèi)以及人工費(fèi)。

CF主要包括故障檢修費(fèi)用、故障損失費(fèi)，是指因設(shè)備故障引起的檢修費(fèi)用以及因此而產(chǎn)生的直接和間接損失費(fèi)用。對于故障檢修費(fèi)用，可以將其列入CM或者CF中；這里為了明確設(shè)備故障時的費(fèi)用，將其列入CF。故障檢修費(fèi)主要包括故障現(xiàn)場的檢修費(fèi)用以及如需返廠修理所引起的其他費(fèi)用。

故障損失費(fèi)用主要指由于電網(wǎng)設(shè)備故障造成的用戶缺電而帶來的經(jīng)濟(jì)損失，是供電可靠性的直接經(jīng)濟(jì)體現(xiàn)；主要包括售電減少損失費(fèi)、設(shè)備性能損耗及相應(yīng)的壽命損失以及其他間接損失費(fèi)。這里著重介紹故障停電損失費(fèi)，其包括直接損失和間接損失。其中，前者是因為售電暫停而無法獲得的電費(fèi)收入；后者是指對用戶停電損失的賠償費(fèi)。

停電成本的計算比較復(fù)雜，目前國際上關(guān)于停電成本主要由以下2種簡單估算方法：

（1）按國內(nèi)生產(chǎn)總值GDP計算。該方法是按GDP減少量/（kW·h）來計算平均停電成本，反映了停電對國內(nèi)整體經(jīng)濟(jì)影響。

（2）按電價倍數(shù)計算。該方法先對各種類型用戶的停電損失進(jìn)行及時調(diào)查、分析，然后乘以平均電價倍數(shù)來估算停電損失。以英國為例，不同負(fù)荷時電價倍數(shù)如表2所示。

表2　不同負(fù)荷時電價倍數(shù)

2.2輸變電一次主設(shè)備運(yùn)維LCC成本分析

輸變電一次主設(shè)備主要包括變壓器類設(shè)備、開關(guān)類設(shè)備、高壓輸電電纜等，各設(shè)備由于運(yùn)行環(huán)境、故障種類不同，其LCC成本構(gòu)成有較大差異。

由表3可以看出，對于開關(guān)類設(shè)備［4-6］，其運(yùn)行成本主要由日常巡視費(fèi)組成；檢修成本中A、B類檢修由設(shè)備評價狀態(tài)和產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)綜合決定，C、D類檢修主要由電力公司經(jīng)驗數(shù)據(jù)決定；故障成本中，設(shè)備的年故障率指產(chǎn)品運(yùn)行數(shù)據(jù)由廠家提供并結(jié)合采納電力公司歷史數(shù)據(jù)。

對于變壓器類設(shè)備，其運(yùn)行成本主要由變壓器能耗費(fèi)用及日常巡視費(fèi)組成，其中能耗費(fèi)用主要由變壓器空載、負(fù)載參數(shù)決定；檢修成本中A、B類檢修由設(shè)備評價狀態(tài)和產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)綜合決定，C、D類檢修主要由電力公司經(jīng)驗數(shù)據(jù)決定；故障成本中，設(shè)備的年故障率指產(chǎn)品運(yùn)行數(shù)據(jù)由廠家提供或采納電力公司歷史數(shù)據(jù)。

對于電纜類設(shè)備，其運(yùn)行成本主要由能耗費(fèi)用及日常巡視費(fèi)組成，其中能耗費(fèi)用主要由線路電阻參數(shù)決定；檢修成本中A、B類檢修由設(shè)備評價狀態(tài)決定，C、D類檢修主要由電力公司經(jīng)驗數(shù)據(jù)決定；故障成本中，設(shè)備的年故障率指產(chǎn)品運(yùn)行數(shù)據(jù)由廠家提供或者采納電力公司歷史數(shù)據(jù)。

綜合上述分析，針對線圈類設(shè)備、開關(guān)類設(shè)備、高壓輸電電纜等設(shè)備，在采購階段所需關(guān)注的重點(diǎn)參數(shù)如表4所示。為開展此類設(shè)備LCC運(yùn)維成本進(jìn)一步分析計算，需要數(shù)據(jù)參數(shù)如表5所示。

表3　輸變電一次主設(shè)備LCC運(yùn)維成本分析

表4　輸變電一次主設(shè)備LCC采購關(guān)注重點(diǎn)

3　結(jié)束語

在綜合分析LCC理論發(fā)展的基礎(chǔ)上，結(jié)合狀態(tài)檢修策略，通過分析運(yùn)維檢修階段LCC模型構(gòu)成及參數(shù)靈敏度分析，區(qū)分識別出變壓器、開光、高壓電纜電網(wǎng)一次主設(shè)備運(yùn)維階段主要數(shù)據(jù)，得出主要結(jié)論如下：（1）開關(guān)類設(shè)備采購時應(yīng)關(guān)注設(shè)計A、B類檢修次數(shù)，設(shè)備A、B類檢修缺陷率、年故障率；（2）變壓器類設(shè)備采購時應(yīng)關(guān)注空載、負(fù)載能耗，設(shè)計A、B類檢修次數(shù)，設(shè)備A、B類檢修缺陷率、年故障率；（3）高壓電纜類設(shè)備采購時應(yīng)關(guān)注負(fù)載能耗，設(shè)備A、B類檢修缺陷率、年故障率。

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Study on Electrical Equipment Condition-based Maintenance Cost w ith Life Cycle Cost Theory

LIU Xiaoyan
（EditorialDepartementof Jiangsu Electrical Engineering，Nanjing 211103，China）

Life Cycle Cost（LLC）management takes long-term econom ic benefits as starting point，and the w hole process from design to retirement is fully considered in order tominimize costs.The developmentof LCC theory isanalyzed firstly in this paper.Then，combined w ith condition-based maintenance strategy，the LCC model and sensitivity analysis of the key equipmentsuch as transformer，sw itch，high voltage cable are studied.Finally，the key data in theoperation andmaintenance process is identified to give reference to power system life-cyclemanagementsystem building.

life cycle costmanagement；condition-basedmaintenance；LCCmodel；sensitivity analysis

F426.61

A

1009-0665（2016）05-0074-03

劉曉燕（1963），女，江蘇儀征人，高級工程師，從事電力系統(tǒng)科技信息研究和《江蘇電機(jī)工程》期刊編輯工作。

2016-05-17；

2016-06-23