10 kV開關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）

10 kV開關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）

介紹了電力設備全壽命周期管理理論，通過對比分析10 kV開關柜定期維修與技改的全壽命周期成本，探索出對該類設備定期開展大小修為優選策略，為供電企業對10 kV開關柜的管理工作提供探索性的數據支持和參考。

全壽命周期；10 kV開關柜；維修；技改

0 引言

隨著我國電網的快速發展，傳統的資產管理方式暴露出越來越多的問題，供電企業往往只重視初始投入，而未能從設備整個壽命周期的角度來考慮成本，從而造成大量資金浪費。

中國南方電網公司近年來引入資產全壽命周期管理的理念，并在中長期發展戰略中對提升資產管理能力提出了新要求。某供電局根據南方電網公司的相關要求，對資產管理工作提出了明確的目標和舉措。

1 全壽命周期理論

全壽命周期成本（Life Cycle Cost，LCC）理論將固定資產相關費用支出加以分析，構建了以下模型：

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

CO——運行成本（Operation Costs）；

CM——維護成本（Maintenance Costs）；

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

CD——廢棄成本（Disposal Costs）。

電力設備壽命周期理論（Electronic Equipment Life Cycle Concepts）是將電力設備的壽命周期劃分為購置、運行、維護、修理、更新、報廢等幾個重要階段，主張按照其壽命周期的運行規律，找到設備的標準運行狀態及關鍵控制點。

上述理論的研究體系較為完善，注重LCC的定量分析，強調通過建立數學模型來進行全壽命周期成本的定量分析，從而對資產從設計、購置、運行、維護直至退役等全過程系統管理，合理利用資產的生產能力，降低成本，實現資產效益最優。

2 10 kV開關柜設備運行現狀

2.1 高壓開關柜的組成

高壓開關柜是由高壓斷路器、負荷開關、接觸器、高壓熔斷器、隔離開關、接地開關、互感器及站用變，以及控制、測量、保護、調節裝置，內部連接件、輔件、外殼和支持件等組成的成套配電裝置，其內的空間以空氣或復合絕緣材料作為介質，用于接受和分配電網的三相電能。

2.2 10 kV開關柜數量統計

某供電局西部片區現配置10 kV開關柜的變電站有102座，10 kV開關柜數量為6 989臺。10 kV開關柜的運行年限在1-18年之間，對應數量分布如表1所示。

2.3 10 kV開關柜缺陷率統計分析

通過梳理2010—2014年各運行年限10 kV開關柜缺陷數量（見表2），繪制了10 kV開關柜運行年限與缺陷率統計圖（見圖1）。

表1 10 kV開關柜運行年限對應數量統計

表2 2010-2014年各運行年限的10 kV開關柜缺陷數量統計

圖1 10 kV開關柜運行年限與缺陷率統計

由圖1可見，運行1-4年，開關柜缺陷率較低，平均為0．394個/（百臺·年）；從第5年開始缺陷率明顯提高，運行5-9年的開關柜平均缺陷率達到3．320個/（百臺·年），是前4年的8．4倍；運行10年之后，平均缺陷率達到6．179個/（百臺·年），是5-9年平均值的近2倍。

3 10 kV開關柜維修與技改策略的對比分析

3.1 維修和技改的定義

設備維修是電力企業安全生產管理的重要組成部分，也是設備運行使用過程中費用的主要來源。維修的目的是消除設備經常性的有形磨損和排除設備運行過程中的各種故障，以保持設備在其壽命期內保持必要的性能，發揮正常的效用。維修可分為日常維修、小修和大修等幾種形式；根據維修策略的不同可分為事后維修、預防性定期維修、狀態檢修等。

技術改造是指應用現代科學技術成果和先進經驗，改變現有設備的結構，裝上或更換新的部件、裝置和附件，以補償設備的有形和無形磨損。通過技術改造，可以改善設備的技術性能，增加設備的功能，使設備達到或局部達到新設備的技術水平。南方電網公司的生產技術改造通常是指對滿足相關條件的設備進行整體更換。

3.2 10 kV開關柜維修和技改成本分析

根據開關柜缺陷率的統計并結合開關柜的結構原理分析可知：

（1） 開關柜運行5年后，主要由于電氣元件故障頻發導致缺陷率飆升，可通過南方電網公司《電力設備檢修規程》中規定的B類檢修，即通過對開關柜開展停電類的局部檢查、維修、更換和試驗工作，來提升開關柜運行穩定性；

（2） 運行10年以后，由于機構部件磨損、絕緣件老化以及電氣元件故障等情況加劇，缺陷率進一步提高，此時只能通過大修或技改來提升設備的可靠性。

對此，以1臺開關柜為例，綜合分析比較了其在運行10年的節點上分別選擇大修和技改策略的全壽命周期成本。

3.3 維修和技改方案費用預算

3．3．1 CI（投入費用）

（1） 開展大修。即《電力設備檢修規程》中所謂必要時開展的A修，在B修的基礎上增加柜體、斷路器以及機構的解體大修等工作，1臺開關柜約需費用4萬元。

社會在發展，時代在進步，國民經濟得到質的提升，民眾生活水平也在不斷提高，旅游成為人們日常消遣的一種生活形式。消費者群體中，80后和90后是消費主體，此類旅游者對旅游服務提出了更多的要求，在此背景下，促進了旅游文化多元性和旅游文化個性化的發展。老舊式旅游管理一般情況存在信息閉塞現象，不能對旅游主體要求進行全面把控。大數據在各個行業領域中廣泛應用，創新了傳統旅游管理思想以及運行模式。當前市場環境下，旅游大數據管理憑借相關信息收集和分析操作，將復雜數據簡單化，找尋規律的同時強化游客體驗感，創新旅行方式，而后通過高度融合與協同等，實現景區與管理運營二者的數字化發展與智能化發展。

（2） 進行技改更換。投入費用包括設備購置費和設計、安裝、調試及監理等費用。以1臺4 kA進線開關柜為例，參考《南方電網公司電網工程主要設備材料信息價》，購置費用為17萬元，設計、安裝、調試及監理等費用平均約5萬元，則投入費用總計22萬元。

3．3．2 CO（運行費用）

常規運行損耗和設備巡視等費用約0．01萬元/（臺·年）。

3．3．3 CM（檢修維護費用）

根據南方電網公司《電力設備檢修規程》要求，開關柜在6年時限內須開展1次B修；根據深圳供電局缺陷率統計分析情況，每5年對開關柜開展B修，對斷路器室、母線室、電纜室、斷路器本體、機構、動靜觸頭或刀閘等部件進行維護和檢測，費用約0．2萬元/臺。

3．3．4 CF（故障費用）

若每5年僅對開關柜開展B修，在前10年，開關柜缺陷率可保持在1-4年的平均水平，即約0．004個/（臺·年），相應的費用為0．004×0．736= 0．002 944萬元/（臺·年）。運行10年后，由于B修僅能有效解決電氣元件和普通機械故障，即B修可降低缺陷率為0．033 2-0．003 94=0．029 26個/（臺·年），則相應缺陷率為0．061 79-0．029 26= 0．032 53個/（臺·年），費用為0．032 53×0．736≈ 0．023 94萬元/（臺·年）。另據統計，開關柜運行10年后平均每年因絕緣老化、觸頭磨損等缺陷和隱患導致炸柜燒損故障所產生的費用約150萬元，每臺開關柜由于故障產生的費用為150/6 989=0．021 46萬元。則故障費用總計為0．023 94+0．021 46=0．045 40萬元。

若按照5年B修，10年A修對開關柜開展運維，缺陷率可以維持在1-4年的平均水平，即約0．004個/（臺·年），則產生的費用為0．004×0．736=0．002 944萬元/（臺·年）。由于定期開展A修，可有效解決絕緣老化、主回路活動導體磨損等問題，開關柜基本不會發生炸柜燒損等故障。

3．3．5 CD（廢棄費用）

深圳供電局規定開關柜設備折舊年限為12年，期間等價折舊；滿12年后，殘值率始終為5 %。

開關柜10年前初始購置費用為15萬元，運行10年時殘值率為20．83 %，則設備剩余價值為15×20．83 %=3．125萬元；運行12年后設備殘值回收費用為15×5 %=0．75萬元。

技改更換的新開關柜初始購置費用為17萬元，運行12年后設備殘值回收費用為17×5 %=0．85萬元。

3．3．6 維修和技改方案成本計算分析

根據南方電網公司《主網技改項目準入及預算標準》的指導意見，開關柜使用壽命為30年。開關柜在運行10年時若開展大修，則剩余壽命為20年；若進行技改，則更換后的開關柜壽命為30年。

（1） 維修方案下，在5年節點開展B修，10年節點開展A修，初始投資表示為：維修方案初始投資=維修過程費用+設備剩余價值。設備剩余壽命周期的各部分費用如表3所示。

（2） 技改方案下，每5年需開展B修，設備壽命周期各部分費用如表4所示。

（3） 各方案年均成本比較如表5所示。

對比可見，對開關柜定期進行A，B修年均成本最低，為0．551萬元，較技改方案年均成本節省28．8 %。

4 結論

（1） 對于10 kV開關柜采取維修策略，在5年節點開展B修，10年節點開展A修，相應的LCC成本和設備運行狀態均優于技改策略。

（2） 對于不同期望壽命的設備的LCC成本計算，應該比較各方案在決策年以后的期望壽命內的年均成本的大小，這樣較為合理、客觀。

表3 維修方案下設備壽命周期費用 萬元

表4 技改方案下設備壽命期費用 萬元

年數　CI年值CO年值CM年值CF年值CD年值　　合計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　22　0．3　1　0．78　-0．85　23．23

表5 開關柜維修技改方案下的年均成本

1 趙 宏．基于LCC的輸變電設備維修與技改綜合優化的研究［D］．北京：華北電力大學，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．電網企業固定資產全壽命周期管理研究［D］．北京：華北電力大學，2009．

5 中華人民共和國國家發展和改革委員會．DL/T404—2007 3．6 kV-40．5 kV交流金屬封閉開關設備和控制設備［S］．北京：中國電力出版社，2008．

6 傅家驥，仝允桓．工業技術經濟學［M］．北京：清華大學出版社，1996．

7 束洪春．電力系統以可靠性為中心的維修［M］．北京：機械工業出版社，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備運維策略的研究、變電設備改造策略及典型缺陷分析工作，email：396198660@163．com。

劉旭明（1970-），男，高級工程師，主要從事變電設備運維及大修技改策略、變電設備在線監測技術的應用和研究工作。

黃玉忠（1975-），男，工程師，主要從事變電設備運行維護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，高級工程師，主要從事變電一次設備大修技改策略以及基于全壽命周期理論運維策略的研究工作。