基于資產全壽命周期管理的電網公司電力設備的可靠性研究

劉洋

摘 要：本文將資產全壽命周期管理理念正確應用到輸變電設備可靠性管理中，將輸變電設備全壽命周期內各階段發生的成本與設備運行后可靠性水平相對應，詳細分析了資產全壽命周期成本與可靠性之間的關系，建立了基于壽命周期管理的輸變電設備可靠性評價方法，最終實現了輸變電設備可靠性管理的深化應用，在一定程度上拓寬了我國資產全壽命周期管理的研究領域。

關鍵詞：資產全壽命周期管理；可靠性；電網企業；電力設備

1 電網企業電力設備全壽命周期成本通用計算模型

本文將規劃計劃、采購建設、運維檢修、退役處置等不同階段成本統籌考慮，將電網企業電力設備各階段成本進行分解，從而得到電網企業電力設備PLCC通用計算公式（1）[3]所示：

PLCC=CI+CO+CD=CI+ECC+CM+CF+CD （1）

式中：PLCC-電力設備全壽命周期成本；CI-投入成本；ECC-能耗成本；CM-維護成本；CF-故障成本；CD-退役報廢成本。

根據相關數據研究表明：一套復雜的電力設備在運維檢修階段發生的成本占總成本的76%，而規劃計劃、采購建設階段的成本僅占總成本的20%，剩余的4%為設備報廢回收殘值。

2 電網企業電力設備全壽命周期成本與可靠性

2.1 電力設備全壽命周期各階段成本與可靠性關系的分析

根據電網企業電力設備PLCC成本通用計算模型，分析電網企業電力設備PLCC各階段成本與可靠性之間的關系。

（1）投入成本階段

整個投入成本階段按工程法又可細分為4個小階段。

a.規劃計劃階段。在規劃階段，規劃成本直接影響投入成本，間接影響運維成本，電力可靠性與運維成本存在關聯，因此規劃計劃成本與電力設備可靠性存在間接關聯。

b.設計階段。在這一階段，與電力設備可靠性最直接相關的就是設備選型，選擇可靠性高的設備，雖然會增加前期的投入成本，但后期的運維成本必然會下降，發生故障成本的可能性也會明顯降低。整個設計階段的PLCC分析就演變成為各種設計方案比選的PLCC優化問題。

c.招投標階段。電網企業電力設備的招投標階段，是保證設計階段所選擇的最優PLCC設計方案得到有效控制的必備條件。對于同一類型設備，招標方需要處理好設備價格和可靠性、設備選型和設備維修方式之間的平衡，綜合選擇性價比高的電力設備，從而確保投運后設備的可靠性。

d.基建（運輸、安裝）階段。在這一階段發生的直接成本包括設備購置費、建筑工程費、安裝調試費三大部分，基建質量高低直接影響投運后設備故障成本的高低。

（2）運行維護成本階段

運維成本的高低一般與電力設備容量、電壓等級及規模有關。而對于新投運電力設備的運維成本和可靠性的關系，可將同類型電力設備的歷史紀錄與新投運設備的一些特征參數進行比較，用類比法進行估算，其計算模型如公式（2）所示[2]：

CO=ECC+CM+CF （2）

式中：ECC-能耗費，ECC=（CI-CO）/Ti，Ti是i類設備的平均使用壽命；CM-維護成本，包括人工費、設備費等；CF-故障成本。

（3）退役處置成本階段

退役處置成本是電網企業電力設備全壽命周期成本中的一部分。一般來說，可靠性水平高的電力設備性能各項性能參數較高，退役時間就晚，退役后的處置成本也相對較高；可靠性水平低的電力設備，各項性能參數相對較低，退役時間就早，退役后的處置成本也相對較低。

2.2 電力設備全壽命周期成本與可靠性的權衡分析

在電網企業電力設備全壽命周期成本計算結果的基礎上，依據可靠性理論，得到電力設備全壽命周期內的可靠性評價指標。同時，綜合分析典型可靠性增長模型，建立全壽命周期成本與可靠性的兩種權衡模型，并確定電力設備成本與可靠性的權重關系，從而得到最優決策方案。

（1）建立電力設備全壽命周期內的可靠性評價指標

度量可靠性有以下幾個常用的指標：

a.可靠度R（t）

可靠性的最基本描述是可靠度，設T為電力設備的使用壽命，T為隨機變量，電力設備的可靠度R（t）為：

R（t）=P{T>t}（3）

b.失效率λ（t）

衡量電力設備可靠性的另一個重要指標是失效率：電力設備工作到t時刻尚未失效，但在時刻t后發生失效的概率，稱為設備在時刻t的失效率，即失效函數，記為λ（t）。

c.故障前平均時間

故障前平均時間是指設備從開始使用到失效前工作時間的平均值。對于不可修復部件，故障前平均時間是指部件發生失效前的工作時間，記為MTTF。

d.可用度

可用度屬于可修設備重要的可用性度量指標之一。在實際應用中，穩態可用度是最重要的可靠性度量指標，它表示電力設備經長期運轉，處在正常狀態的時間比例，記為A（t）。

e.時間內設備故障次數的分布（0，t）

可修設備隨時間的進程是正常和故障交替出現的過程。因此，對t>0，設備在（0，t）時間內故障次數N（t）是一個取非負整數值的隨機變量，設備在時間內故障次數的分布為：

Pk（t）=p{N（t）=k} k=0，1，2，…… （4）

衡量可靠性的指標還有很多，除失效率、可靠度、平均壽命之外，還有有效度、維修度及平均修復時間等，分別用來衡量不同設備的可靠性。

（2）電力設備全壽命周期成本與可靠性的權衡分析

a.全壽命周期成本與可靠性關系模型Ⅰ

全壽命周期成本=一次性成本+重復性成本，進一步可劃分為規劃成本+采購成本+使用成本+維修成本+退役處置成本。因此，可以確定電力設備的全壽命周期成本計算如下：

LCC=CP+Co+Cm+Cd（5）

式中：Cp-電力設備的購置成本；Co-電力設備的運行成本；Cm-電力設備的維護成本；Cd-電力設備的退役處理成本。

b.全壽命周期成本與可靠性關系模型Ⅱ

針對電網企業電力設備的特點，在設備的采購、運行、維修和退役的全壽命周期過程中，只有采用可靠性增長的各項技術來進行分析和完善，才能在保證設備可靠性的基礎上，有效降低全壽命周期成本。基于Duane模型的假設，假設電力設備全壽命成本與可靠性權衡的總目標為：

其中：R表示電力設備資產的可靠性；LCC表示全壽命周期成本。

式（6）體現了在資產全壽命周期可靠性和全壽命周期成本約束下，尋求電力設備資產全壽命周期內可靠性與全壽命周期成本的協調統一。實際上，針對電力設備資產的全壽命周期可靠性與全壽命周期成本的權衡決策中，更多的應從設備資產全壽命周期的戰略角度來看，在有限的資源和最低可靠性約束要求下，保障設備資產全壽命周期成本達到最優值，即設備資產全壽命周期運行成本達到最小；或者針對設備資產的種類要求，更加注重可靠性，尤其是電網企業的電力設備資產，對可靠性的注重程度更大。

3 基于全壽命周期成本的電網企業電力設備可靠性評價方法

3.1 建立電力設備成本與可靠性評價結構

本文分目標層、成本層及指標層等三層建立電力設備成本與可靠性評價關系結構模型：第一層是目標層，即綜合最優的電力設備成本；第二層是成本層，即電力設備各階段發生的成本；第三層是指標層，即能反映電力設備階段成本的可靠性評價的具體指標。

3.2 制定電力設備可靠性管理控制關鍵點

為了獲得電力設備最優全壽命周期PLCC和最佳可靠性，本文分階段制定電力設備可靠性管理控制關鍵點：

（1）規劃階段

將歷年電網規劃數據和各種預測方法有機結合，綜合考慮由于電網規劃調整而造成的可靠性指標裕度范圍內設備成本的變化范圍，按照不同供電區域和負荷性質分類管理供需數據，從而高效地進行電網規劃。并且，在科學的數學模型基礎上，進行電力系統可靠性分析和科學預測，以此提高電網規劃水平。

（2）設計階段

將資產全壽命周期管理管理理念引入到電力設備的可靠性管理中，并將可靠性管理延伸到電力設備的設計階段，從源頭上控制質量和成本，從而滿足電力設備可靠性管理要求。

（3）招投標階段

為了獲得最佳的可靠性和PLCC，在評標環節中增加相同設備不同投標廠商歷史可靠性數據對比，例如：增加各廠商電力設備故障率的統計評價，增加子部件更換維修成本對比分析，以降低設備投運后發生故障成本的概率。

（4）基建階段

加強電力設備監造管理，通過制定標準化驗收卡，加強現場作業安全和質量，減少因生產、運輸及安裝導致的設備缺陷，并減少設備投運一年內的停電次數。

（5）運維階段

狀態檢修能夠體現電力設備資產全壽命周期管理思想，綜合成本優化管理，并對電力設備檢修策略的制定進行指導。因此，改變定周期檢修策略，推行狀態檢修，增加設備在線監測方式，擴大在線監測裝置覆蓋范圍，完善狀態檢修策略，是減少設備運維成本及提高其可靠性的關鍵。

3.3 建立電網企業電力設備可靠性管理績效考核指標體系

本文選取以下幾個方面的指標：電力設備維護性指標、可靠性評價績效指標、支持性指標、財務指標及質量指標等。并且，綜合以上五個方面，建立電力設備可靠性管理的完整績效考核體系，該考核體系不僅對指標進行量化，更增加資產全壽命管理等相關指標的考核，能夠更好的反映全壽命周期管理與電力設備可靠性的關系。

同時，需要有明確的考核細則與之相對應，通過具體的指標描述和指標考核辦法，對指標進行打分評價，并根據每年的檢修計劃進行半年度滾動修訂調整，從而形成一套完整的電網企業電力設備可靠性管理績效考核體系。

4 結論

本文將資產全壽命周期管理理念正確應用到電網企業電力設備可靠性管理中，將電網企業電力設備全壽命周期內各階段發生的成本與設備運行后可靠性水平相對應，詳細分析了電力設備全壽命周期成本與可靠性之間的關系。同時，綜合分析電力設備全壽命周期成本與可靠性之間的權衡關系，分別從電力設備全壽命周期成本效益比的角度和可靠性增長試驗的角度出發，建立兩類電力設備全壽命周期成本與可靠性權衡模型，建立了基于資產全壽命周期管理的電網企業電力設備可靠性評價方法，從而根據統計評價結果制定不同的投資和檢修策略。最終，實現了電網企業電力設備可靠性管理的深化應用，在一定程度上拓寬了電網企業資產全壽命周期管理的研究領域，為實現電網企業電力設備的安全、效能、成本綜合最優提供了一定的理論和現實依據。

參考文獻

[1]殷可，郁東升.全壽命周期成本（LCC）在變電站主設備招標采購中的研究與實踐[J].華東電力，2009，37（3）：0436-0439.

[2]王普.基于可靠性的設備資產全壽命周期管理研究[D].北京理工大學博士學位論文，2013年.

[3]帥軍慶.電力企業資產全壽命周期管理：理論、方法及應用[M].中國電力出版社，2010.