周期性運維檢修策略下的單體設備經濟壽命測算

周耀俊 史松峰 李永 劉藝賀

摘 要：國網上海市電力公司基于資產全壽命周期的管理理念，把握當前設備運維檢修的周期性特點，綜合考慮電改對于電網企業實物資產管理的影響，通過經濟壽命、LCC等方法對設備的綜合成本進行分析，對設備的報廢及更換時機進行優化，實現設備的成本最優化、效益最大化，為技改大修提供決策參考。

關鍵詞：周期性；運維檢修策略；單體設備；經濟壽命；LCC；成本

中圖分類號：f426 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）24-0171-03

目前，電網設備的退役報廢及更換主要采用技術分析的方法，對于設備狀態評價結果處于建議更換狀態的設備，電網企業基于安全生產的導向較少考慮經濟成本。隨著電力體制改革的深化，電網投資面臨新形勢，對電網投資的成本效益將會提出更高的要求。為了實現設備的成本最優化、效益最大化，基于資產全壽命周期的管理理念，有必要通過經濟壽命、LCC（Life Cycle Cost，又稱全壽命周期成本，以下簡稱LCC）等方法對設備的綜合成本進行分析，對設備的報廢及更換時機進行優化，為技改大修提供決策參考。

1 經濟壽命的含義

設備的經濟壽命[1]指依據經濟學原理，結合LCC等分析，通過設備的原始價值、運維成本、檢修成本、故障成本等可以理論計算出設備退役更換綜合成本最優的時間，也就是指設備從全新狀態安裝投入使用之日起，到其綜合成本最低而退出運行為止的時間。

一般而言，設備投運后，使用的年數越多，每年分攤的投資越少；而設備缺陷、故障會不斷增多，設備的維護檢修費用會逐步增加。通過設備投資費用曲線和使用費用曲線，可以找到設備綜合成本最低的時點，也即是設備的經濟壽命。設備如能在經濟壽命附近進行報廢更換，并按此優化電網企業的技改大修策略，就能逐步實現綜合成本最優化及效益的最大化。

2 經濟壽命模型維度

根據設備從規劃設計到退役處置的全壽命周期流程，從以電網實物資產管理為基礎的生產業務流角度出發，進行設備壽命周期成本劃分[2]。結合資產LCC，考慮管理的方便性，構建設備經濟壽命周期成本框架，包括，一是將設備經濟壽命周期成本分為獲得（C1）、持有（C2）和退出（C3）三個階段，即C=C1+C2+C3，C1與采購建設階段匹配，側重由項目管理部門進行管理，C2與運行維護階段匹配，側重由運維檢修部門進行管理，C3與退役處置階段匹配，側重由物資和財務部門管理；二是對每部分的成本組成進一步細化；三是考慮到備品備件和再利用設備在庫期間的成本支出，在持有（C2）階段增加了閑置成本（C24）；四是對每項成本按照生產業務實際進行專業描述。各項成本組成如下圖所示。

基于以上設備經濟壽命周期成本組成分析，與LCC研究的經濟壽命模型差異在于，設備成本在壽命周期內除處置收入外，均為其損耗費用，因此采用C1-C33作為損耗成本基值，運維檢修費Pt應包含整個壽命周期內的運維成本、檢修成本、故障處置成本和閑置成本、提前退出成本、處理成本。

經濟壽命模型（Economic life model），在不考慮資金時間價值的基礎上計算設備年均總費用Cn，使Cn為最小值對應的Min（Cn）就是設備的經濟壽命。其計算式為：

n=（1，2……n）

輸出的結果數據（樣例）：

式中：

Min（Cn）——N年內設備的年平均總費用最小值；

C1——獲得成本；

Pt——至第N年的設備運維檢修費；

C33——處置收入；

Pt=C21+C22+C23+C24+C31+C32；

其中：

（1）C1獲得成本主要指期初投入（資產原值），包括基建、技改兩種形式。期初投入由項目前期費用、項目設計費、土建費用、設備購置費、安裝費用、投產費用和其他費用等組成。（2）C21運維成本包括日常巡視成本、倒閘操作成本、運維消缺成本、設備維護成本、帶電檢測成本等。（3）C22檢修成本包括維修成本、消缺成本、專業巡視成本等。（4）C23故障處置成本包括故障恢復成本（搶修費、保險賠償費等）、故障損失成本（停電損失費、社會負面影響成本等）等。（5）C24閑置成本包括倉儲維護成本（維護費、倉儲費等）、其他成本等。（6）C31為提前退出成本。（7）C32為處理成本（招標費、拆卸費、運輸費、倉儲費等）。（8）C33為處置收入（調撥或報廢收入）。

模型樣本采集說明：可采用包含多臺運行年限超過設計壽命的主變等主設備取平均值。

3 周期性運維檢修策略下的單體設備經濟壽命測算

取上海公司GIS組合電器設備為樣本，由于目前上海公司GIS組合電器設備還未出現退役報廢，故該部分數據抽取對象均為在運狀態。此處選取的是220kV某變電站的廣地110千伏某GIS。某站廣地某GIS于1994年10月投運，截止2017年投運年齡已達23年。表2為該設備自投運以來各年份的數據。

110kV GIS單體設備年均總費用Cn由兩部分構成，一部分為第t年的年均資產平均值，另一部分為年均運維檢修費用，二者的組合主導年均總費用Cn的變化。

年均資產平均值與GIS投運年齡成反比，隨著投運年齡的增長，年均資產平均持續下降。且隨著投運年齡的增長，其下降的邊際速率也趨于放緩，導致越往后期，年均資產率以及缺陷嚴重程度會隨著投運年齡增長而增長，且越往后期，缺陷率及缺陷嚴重程度增長邊際效應也越來越顯著。相應的，為保證設備安全穩定運行，運維檢修工作量也隨缺陷率和缺陷嚴重程度上漲而上漲，直觀表現為第t年的運維檢修費用Pt隨GIS投運年齡增長而上漲。由于年均運維檢修費后期上漲的邊際效應越來越顯著，其對于110kV GIS設備年均總費用Cn的影響也越來越大。

上海公司貫徹落實國家電網公司運維檢修規定，促進GIS設備安全穩定運行，制定GIS組合電器的運維檢修策略為：“三年一小修，六年一大修”。通常大修會引起第t年的運維檢修費用Pt的大幅增加，且受GIS設備缺陷率以及缺陷嚴重程度會隨著投運年齡增長而增長的影響，第二個大修年份的運維檢修費用會較第一個大修年份成倍增長。第二次大修年份后，設備狀態較為穩定，第三個大修年份檢修成本可以維持在較低水平，只需在在第四個大修年份增加運維檢修費用即可。因此，上海公司GIS組合電器單體設備的年均運維檢修費用也呈現“6年一小漲，12年一大漲”的態勢，且每一次年均運維費用“漲升”之后，接下來五年的年均運維費用將在更高的水平為持續五年下降，見圖4。

綜合年均資產平均值和年均運維檢修費用，計算年均總費用Cn。可得110kV GIS單體設備的年均總費用在其投運的23個年頭中幾乎呈現連續下降的態勢。其中，在投運第13個年頭的年均總費用輕微上揚，第14個年頭又繼續下降。這主要是因為隨著投運年齡的增長，設備故障發生率以及故障嚴重程度隨之增長，導致第12年檢修成本大幅上漲，使得110kV GIS在投運第13個年頭的年均總費用輕微上揚。但此時年均資產平均值下降的邊際效應仍非常顯著，使得110kV GIS單體設備年均總費用繼續下降，見圖5。

為更清楚的探索投運第11年之后的年均總費用的變化，選取投運第8-23年的數據作圖，如圖6。

根據目前實際數據，只能得出110kV GIS單體設備經濟壽命≥23的結論，尚無法精確計算出110kV GIS單體設備經濟壽命，故根據上海公司110kV GIS單臺設備的歷年的運維成本和檢修成本變化的規律對投運第24-36年的費用做出預測[3]，具體如表3。

結合預測數據，繪制投運第21年后的年均總費用Cn變化圖，如圖7。

由圖可知年均資產平均值曲線與年均運維檢修費用曲線在第29-30年間交匯。根據LCC理論，交匯點及其周圍為110kV GIS單體設備的經濟壽命[4]。比較第29、30、31年的年均總費用Cn，可知投運第29年時年均總費用Cn最低，為4.78萬元/臺·年，基于以上理論和數據，推斷110kV GIS單體設備經濟壽命約為29年。

4 單體設備經濟壽命關鍵影響因素

在經濟壽命模型中，經濟壽命由年均總費用Cn最低值確定，而Cn最低值位于年均資產平均值和年均運維檢修費用曲線的交叉點[5]。一般而言，年均資產平均值曲線是固定的，故決定GIS設備經濟壽命變化的因素更多的落在如何控制年均運維檢修費用曲線移動。經研究，影響年均運維檢修費用曲線的主要原因在于以下幾個方面，見圖8。

（1）生產制造方面：制造車間清潔度差造成金屬微粒、粉塵和其他雜物殘留在GIS內部，裝配的誤差大造成原件摩擦產生金屬粉末遺留在零件隱蔽部位；不遵守工藝規程造成零件錯裝、漏裝現象；材料質量不合格，造成后期運維成本和故障檢修費用增加，降低設備經濟壽命。（2）安裝方面：安裝現場清潔度差，導致絕緣件受潮、被腐蝕，外部的塵埃、早不侵入GIS內部；不遵守工藝規程造成零件錯裝、漏裝現象；與其他工程交叉作業造成異物進入GIS內部，從而造成故障率上升，年度運維檢修費用增加。（3）運行維護方面：GIS組合電器運行維護有較為嚴格的要求，需要確保斷路器、隔離開關、負荷開關、接地開關的位置指示正確、現場就地控制柜上各種信號指示、位置指示正確，通風系統保持正常等，巡視檢查未按規定進行以及操作不當等極易造成故障檢修成本增加，造成設備年化低劣值增加，降低設備經濟壽命。

5 結語

在周期性運維檢修策略下，LCC理論依舊適用，但應對過程中各階段費用進行合理分配，進而計算出更加準確的單體設備經濟壽命，并分析其關鍵影響因素。隨著電力體制改革的深化，電網企業經營壓力增大，對于單體設備經濟壽命的測算的需求會更加高漲。為實現設備的成本最優化、效益最大化，需要繼續深化經濟壽命研究，推動以經濟壽命為標準預測未來技改大修規模的配套工具、制度等建設；充分利用經濟壽命，推動方案選型更加經濟化。

參考文獻

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[3]王慧芳，趙婉芳，杜振東，蘭洲，何奔騰.基于壽命數據的電力變壓器經濟壽命預測[J].電網技術，2015，（03）：98-101.

[4]許巍，王慧芳，杜振東，邱劍，姚艷，何奔騰.輸電線路最佳經濟壽命區間評估[J].電力系統自動化，2015，（12）：103-105.

[5]于繼來，王成福，張博，于峰，劉智洋，柳進.在役電力變壓器經濟壽命評估[J].電力系統及其自動化學報，2010，（03）：45-48.