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(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性是煤礦管理人員關(guān)心的重點(diǎn)。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(jìn)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(huì)大大降低。如果礦用變壓器運(yùn)行以及維護(hù)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(jì)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(xiàng)目開始到項(xiàng)目結(jié)束整個(gè)過程的全部成本考慮的，對設(shè)備或者系統(tǒng)全方位地進(jìn)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(shí)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(shí)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(jì)算可以依據(jù)工程經(jīng)濟(jì)理論進(jìn)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(yùn)行時(shí)的成本投入，全壽命周期成本可以由投資成本、運(yùn)用成本以及報(bào)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(fèi)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(xiàng)費(fèi)用逐項(xiàng)疊加進(jìn)行估算。礦用變壓器的初始投入成本費(fèi)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(fèi)用；CII為安裝、調(diào)試費(fèi)用；CI0為其他費(fèi)用。

2.2 運(yùn)行維護(hù)成本（CO）

運(yùn)行維護(hù)成本指礦用變壓器整個(gè)服役周期內(nèi)的總的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，其工程估算費(fèi)用模型如式（2）所示。

式中，CO1為能耗費(fèi)用；CO2為運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，含人工費(fèi)、材料費(fèi)、檢測費(fèi)等。

2.2.1 能耗費(fèi)用（CO1）

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

礦用變壓器輔助損耗費(fèi)用如公式（4）所示：

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

則能耗費(fèi)用CO1的折現(xiàn)計(jì)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(fèi)用。

2.2.2 運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用（CO2）

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

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

例行檢修費(fèi)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(yùn)行時(shí)間；α為例行檢修費(fèi)用以初始購入費(fèi)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(shí)刻進(jìn)行的礦井變壓器大修的費(fèi)用折算到現(xiàn)值的表達(dá)式：

式中：w1為礦井變壓器大修所花費(fèi)的費(fèi)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(gè)部分。故障成本是指礦井變壓器在運(yùn)行過程中發(fā)生故障而造成停電并由此帶來的維修費(fèi)用、電費(fèi)損耗和生產(chǎn)進(jìn)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(shí)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(shí)間；γ為煤礦平均中斷供電電量的價(jià)值。

2.4 報(bào)廢成本（CD）

礦用變壓器報(bào)廢時(shí)處理的人工費(fèi)用、設(shè)備費(fèi)用以及環(huán)保費(fèi)用和殘值等構(gòu)成了礦用變壓器的報(bào)廢成本。通常礦用變壓器的報(bào)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(bào)廢處置成本；CDT為礦用變壓器報(bào)廢處理費(fèi)用；CDR為報(bào)廢時(shí)設(shè)備剩余的殘值，t為服役的年限。

礦用變壓器報(bào)廢時(shí)的工程估算模型為：

式中：CCR為礦用變壓器的清理費(fèi)費(fèi)率；CID為礦用變壓器設(shè)備安裝的直接工程費(fèi)用。

礦用變壓器報(bào)廢時(shí)的殘值工程估算模型為：式中：CIE為礦用變壓器的購置費(fèi)用；RE為殘值率。

2.5 基于折現(xiàn)率的全壽命周期等年費(fèi)用折算

折現(xiàn)率是指將一定時(shí)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(shí)際運(yùn)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(shí)限。礦用變壓器服役時(shí)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(dá)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(shí)限與設(shè)備的初始投入大小、設(shè)備的報(bào)廢成本有很多的關(guān)聯(lián)性；礦用變壓器的服役時(shí)限也與設(shè)備服役時(shí)的維修成本有關(guān)系；礦用變壓器的安全運(yùn)行的維護(hù)成本及服役時(shí)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(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)量數(shù)據(jù)；

2）研判收集的實(shí)時(shí)運(yùn)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(jìn)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(jī)械化程度有了更進(jìn)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(yùn)行中扮演著重要的角色。減少礦用變壓器的成本投入，進(jìn)而減少礦井的支出，因此有必要對礦用變壓器進(jìn)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。