基于全壽命周期成本的變電設(shè)備技術(shù)改造工程應(yīng)用研究

苑經(jīng)緯，王 勇，張 哲，羅西云，趙 鼎

(1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006；2.國(guó)網(wǎng)沈陽(yáng)供電公司，遼寧 沈陽(yáng) 110003；3.南京南瑞信息通信科技有限公司，江蘇 南京 211100)

隨著電力企業(yè)快速發(fā)展和資產(chǎn)規(guī)模增加，資產(chǎn)密集型能源公司不斷將新的想法、技術(shù)和管理工具引入資產(chǎn)管理。全壽命周期管理是目前國(guó)際和國(guó)內(nèi)各行業(yè)，尤其是裝備制造、電網(wǎng)等資產(chǎn)密集型企業(yè)普遍使用的一種先進(jìn)的資產(chǎn)管理理念。全壽命周期成本LCC(Life Cycle Cost)方法比選已成為各類(lèi)基建、技改項(xiàng)目可研階段的重要組成，并貫穿資產(chǎn)管理的全過(guò)程。現(xiàn)階段，運(yùn)行成本分析以估算為主，導(dǎo)致單體設(shè)備LCC分析缺乏實(shí)際運(yùn)行成本的量化數(shù)據(jù)支撐，分析結(jié)果運(yùn)用價(jià)值不高。收集單體設(shè)備的成本是開(kāi)展LCC評(píng)估的難點(diǎn)和深化LCC管理的一項(xiàng)重要任務(wù)，有助于進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)備運(yùn)維檢修策略，提高設(shè)備在運(yùn)維檢修階段的精益化管理水平。

1 LCC方法應(yīng)用現(xiàn)狀

LCC管理以設(shè)備壽命為研究對(duì)象，以LCC為評(píng)價(jià)設(shè)備管理的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，尋求LCC優(yōu)化[1-2]。LCC方法基于資產(chǎn)全壽命周期進(jìn)行思考,建立一種管理理念和方法,減少各階段決策、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的成本。LCC方法在電網(wǎng)設(shè)備應(yīng)用中已有一定的基礎(chǔ)，包括對(duì)變電站改造的經(jīng)濟(jì)評(píng)估、對(duì)電網(wǎng)絕緣方案的選擇、變電站設(shè)備的選擇等。應(yīng)用范圍和內(nèi)容主要包括4部分：①設(shè)備的選型、采購(gòu)；②設(shè)備維修策略；③設(shè)備升級(jí)改造；④設(shè)備壽命的評(píng)估和延長(zhǎng)。

a.國(guó)外現(xiàn)狀

LCC方法已經(jīng)在美國(guó)、法國(guó)、瑞典、英國(guó)、日本、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家的電力公司中成為日常經(jīng)營(yíng)的管理體系，滲透到火電、水電、核電以及新能源的建設(shè)項(xiàng)目，輸變電設(shè)備的運(yùn)行分析與維修管理等領(lǐng)域中。美國(guó)電力研究院(EPRI)提出了“最長(zhǎng)的壽命不一定是最優(yōu)的壽命”的理念，用長(zhǎng)遠(yuǎn)的目光綜合考慮LCC方法并逐步推進(jìn)。

b.國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

目前，LCC方法在電力系統(tǒng)中的研究主要集中在單體設(shè)備評(píng)估以及運(yùn)行維護(hù)應(yīng)用。LCC方法注重于設(shè)備在資產(chǎn)全壽命周期內(nèi)的全面管理，將資產(chǎn)價(jià)值劃分為初始投資成本、運(yùn)營(yíng)成本、維修成本、故障成本和回收成本。在此基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)備的可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及LCC方法與維修策略進(jìn)行探討研究[3-4]。

2 LCC方法應(yīng)用意義

2.1 未應(yīng)用LCC方法的劣勢(shì)

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)和電力新技術(shù)快速發(fā)展，一些舊變電站面臨著產(chǎn)能不足、設(shè)備老化和技術(shù)落后等問(wèn)題，無(wú)法滿(mǎn)足該地區(qū)的電力需求，迫切需要更新和改造。變電設(shè)備的改造直接關(guān)系到變電站供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，因此對(duì)這些舊設(shè)備尤其是異常老化或內(nèi)部失效的設(shè)備進(jìn)行更新改造是電力企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。然而在我國(guó)普遍存在資金短缺、能耗設(shè)備更新的概念尚未深化的問(wèn)題；同時(shí)也存在購(gòu)買(mǎi)一套低損耗、一次性投資大的新設(shè)備和維修改造一套大損耗、一次性投資小的設(shè)備的兩難選擇[5]。無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)備更新改造費(fèi)用的量化，難以進(jìn)行有效經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)。

2.2 LCC方法應(yīng)用的必要性

a.現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備精益化管理的需要

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，不同地區(qū)的電網(wǎng)負(fù)荷持續(xù)增大，越來(lái)越多的設(shè)備難以滿(mǎn)足負(fù)荷增長(zhǎng)以及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的需求，進(jìn)而引發(fā)老舊設(shè)備的技術(shù)改造需求急劇增加.為了確保每臺(tái)老舊設(shè)備技術(shù)造后設(shè)備的LCC最低，急需在技改工程中引入LCC方法比選；同時(shí)充分應(yīng)用實(shí)物“ID”、大數(shù)據(jù)、視頻識(shí)別技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)等智能技術(shù)，建立一套變電站運(yùn)行維護(hù)成本類(lèi)項(xiàng)目單體設(shè)備智能歸集方法，將標(biāo)準(zhǔn)成本管理和作業(yè)管理應(yīng)用到變電站資產(chǎn)管理中，分析財(cái)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)成本測(cè)算與專(zhuān)業(yè)實(shí)際業(yè)務(wù)需求之間的差異、人資標(biāo)準(zhǔn)定員與專(zhuān)業(yè)實(shí)際業(yè)務(wù)需求之間的差異，加強(qiáng)數(shù)據(jù)的收集和整理工作，為推廣LCC分析奠定基礎(chǔ)。

b.設(shè)備質(zhì)量管理提升的要求

新一輪電改要求電力企業(yè)在加快電網(wǎng)建設(shè)的同時(shí)，對(duì)物資設(shè)備采購(gòu)質(zhì)量提出了更高的要求，支撐全息招標(biāo)深化應(yīng)用，結(jié)合設(shè)備實(shí)物ID多碼貫通數(shù)據(jù)清理成果,擴(kuò)大設(shè)備LCC分析范圍，提升設(shè)備LCC分析精準(zhǔn)度，開(kāi)展物資分類(lèi)與供應(yīng)商的設(shè)備成本分析。針對(duì)配電網(wǎng)物資采購(gòu)，繼續(xù)推進(jìn)基于LCC方法的招標(biāo)采購(gòu)應(yīng)用。

c.輸配電電價(jià)改革及有效資產(chǎn)核定的要求

通過(guò)設(shè)備LCC模型研究，不僅可以為其他重要設(shè)備改造提供經(jīng)驗(yàn)，還可以將該方法應(yīng)用于變電站整體改造的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)資源最佳配置。同時(shí)可借助LCC分析成果，進(jìn)一步拓展深化應(yīng)用，強(qiáng)化單臺(tái)設(shè)備資產(chǎn)投入產(chǎn)出分析以及資產(chǎn)成本分析應(yīng)用，為有效資產(chǎn)核定及輸配電電價(jià)改革打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 LCC方法實(shí)踐應(yīng)用

3.1 LCC方法應(yīng)用概述

近年來(lái)，電力企業(yè)越來(lái)越重視電力設(shè)備資產(chǎn)的投入產(chǎn)出效益和增值能力，引入LCC方法對(duì)電力資產(chǎn)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)電網(wǎng)、優(yōu)資產(chǎn)”的發(fā)展目標(biāo)。按照《電力資產(chǎn)全壽命周期管理體系規(guī)范》要求，在工程可行性研究、初步設(shè)計(jì)等階段，基于LCC方法在基建、技改、大修等過(guò)程中開(kāi)展方法比選、設(shè)備選型和布置方案選擇，落實(shí)風(fēng)險(xiǎn)控制措施[6]。

某變電站于1937年投運(yùn)，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，220 kV設(shè)備及結(jié)構(gòu)支架老舊設(shè)備非常多，其中運(yùn)行超過(guò)25年的隔離開(kāi)關(guān)和電流互感器老舊嚴(yán)重，問(wèn)題較多。220 kV隔離開(kāi)關(guān)經(jīng)常出現(xiàn)發(fā)熱、操作卡澀等問(wèn)題；220 kV電流互感器二次繞組數(shù)量不能滿(mǎn)足保護(hù)要求。該變電站改造工程對(duì)老舊情況嚴(yán)重的設(shè)備進(jìn)行更換，包括更換220 kV隔離開(kāi)關(guān)43組、電流互感器10臺(tái)。利用LCC方法計(jì)算、優(yōu)先級(jí)排序、方法比選和優(yōu)化等技術(shù)方法，將風(fēng)險(xiǎn)管理、成本管理貫穿規(guī)劃計(jì)劃、采購(gòu)建設(shè)、運(yùn)維檢修和退役處置各環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)安全、效能、成本的動(dòng)態(tài)平衡優(yōu)化的量化評(píng)價(jià)。

LCC管理具有系統(tǒng)全、費(fèi)用全、流程全的特點(diǎn)。系統(tǒng)全是指打破部門(mén)職能界限，綜合考慮資產(chǎn)管理各環(huán)節(jié)工作，以資產(chǎn)整體利益為出發(fā)點(diǎn)，尋求資產(chǎn)全壽命周期的最佳方案；流程全是指從計(jì)劃、立項(xiàng)、設(shè)計(jì)到報(bào)廢的資產(chǎn)全壽命周期，通過(guò)各個(gè)階段實(shí)現(xiàn)整體的最優(yōu)化；費(fèi)用全是指從計(jì)劃設(shè)計(jì)到廢爐的全壽命周期產(chǎn)生的費(fèi)用[7]。

3.2 變電設(shè)備LCC計(jì)算

LCC計(jì)算方法為

LCC=CI+CO+CM+CF+CD

(1)

式中：CI為初始投入成本；CO為運(yùn)維成本；CM為檢修成本；CF為故障處置成本；CD為退役處置成本。

a.初始投入成本

初始投入成本CI依據(jù)電網(wǎng)技改工程預(yù)算定額編制。CI等于設(shè)備購(gòu)置費(fèi)+建筑安裝工程費(fèi)+其他費(fèi)用。設(shè)備購(gòu)置費(fèi)為設(shè)備實(shí)際購(gòu)價(jià)、運(yùn)費(fèi)、投標(biāo)采購(gòu)過(guò)程中發(fā)生的相關(guān)費(fèi)用的合計(jì)；建筑安裝工程費(fèi)為施工、安裝與項(xiàng)目相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施、工藝系統(tǒng)、附屬系統(tǒng)，使其具備生產(chǎn)功能花費(fèi)的費(fèi)用；其他費(fèi)用為完成建設(shè)工程所需的不屬于設(shè)備購(gòu)置費(fèi)、建筑安裝工程費(fèi)的費(fèi)用。

b.運(yùn)維成本

運(yùn)維成本CO主要采用資產(chǎn)原值占比分?jǐn)偡ㄟM(jìn)行計(jì)算，按照變電運(yùn)維專(zhuān)業(yè)近5年內(nèi)的所有自營(yíng)成本(包括日常維護(hù)材料成本、人力成本、機(jī)械臺(tái)班成本、日常管理費(fèi)用等)和外包成本的平均值計(jì)算。

CO等于計(jì)算周期(年)×平均年度運(yùn)維日常費(fèi)用。

c.檢修成本

檢修成本CM主要以作業(yè)定額測(cè)算法和歷史數(shù)據(jù)推演法相結(jié)合的方式進(jìn)行計(jì)算，按照變電檢修專(zhuān)業(yè)近5年內(nèi)的設(shè)備綜合檢修、消缺、帶電檢測(cè)、紅外測(cè)溫等工作的所有工作票、操作票、事故搶修單等記錄，計(jì)算相應(yīng)設(shè)備檢修和故障處置成本的平均值。CM等于計(jì)算周期內(nèi)維修費(fèi)用的總和。主要包括設(shè)備檢修相應(yīng)的A、B、C類(lèi)維護(hù)和試驗(yàn)的費(fèi)用。

d.故障處置成本

故障處置成本CF等于計(jì)算周期(年)×平均故障率(年)×故障費(fèi)用成本。故障費(fèi)用成本為計(jì)算周期內(nèi)故障成本的總和。故障處置成本已計(jì)入檢修成本，本次不單獨(dú)計(jì)算。

e.退役處置成本

退役處置成本CD等于設(shè)備拆除成本-設(shè)備處置收入。設(shè)備拆除成本為電網(wǎng)拆除工程預(yù)算定額估算；設(shè)備處置收入為同類(lèi)設(shè)備最近的銷(xiāo)售單價(jià)。

3.3 LCC方法比選

按照LCC計(jì)算方法說(shuō)明，組織各方專(zhuān)家根據(jù)變電站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，優(yōu)選出不同設(shè)備型號(hào)的設(shè)備組合方案。2個(gè)方案不同造價(jià)的LCC方法比選，如表1所示。

表1 設(shè)備全壽命周期成本對(duì)比

由表1可知，方案1的年度平均成本為45.76萬(wàn)元，比方案2更合理，因此選擇方案1進(jìn)行改造。

4 實(shí)踐應(yīng)用評(píng)價(jià)

a.安全運(yùn)行評(píng)價(jià)

某變電站大力營(yíng)造安全生產(chǎn)氛圍，提高人員安全生產(chǎn)意識(shí)。重點(diǎn)抓好生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)工作責(zé)任制的貫徹落實(shí)，強(qiáng)化安全防范措施，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際制定設(shè)備運(yùn)行、消防治安保衛(wèi)、有毒有害氣體防范方面的應(yīng)急預(yù)案。定期組織運(yùn)行人員進(jìn)行設(shè)備隱患排查，每天進(jìn)行設(shè)備紅外線測(cè)溫、標(biāo)準(zhǔn)化巡視及設(shè)備維護(hù)工作，做到問(wèn)題早發(fā)現(xiàn)、早處理，把安全隱患消滅在萌芽狀態(tài)。重大節(jié)日期間組織運(yùn)行人員拉網(wǎng)式安全大檢查，確保安全生產(chǎn)正常運(yùn)行，營(yíng)造人人講安全、人人求安全、人人知安全的氛圍。根據(jù)《變電站管理制度》要求，規(guī)定電氣設(shè)備的運(yùn)行巡視、操作和異常事故處理的基本要求和原則，保障了變電站設(shè)備日常運(yùn)行維護(hù)。某變電站的工作票、操作票合格率均為100%。

某變電站改造后，生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定，安全形勢(shì)良好，未發(fā)生因設(shè)備及運(yùn)行問(wèn)題導(dǎo)致的停電事故。運(yùn)行多年已嚴(yán)重老化的電流互感器、隔離開(kāi)關(guān)更換后，新設(shè)備運(yùn)行狀況正常良好。投運(yùn)后220 kV隔離開(kāi)關(guān)絕緣爬電比距和爬電系數(shù)、回路電阻、分合閘操作、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行、防誤裝置及機(jī)械閉鎖等狀況正常良好，無(wú)振動(dòng)聲響及放電等異常情況。投運(yùn)后220 kV電流互感器電流比、外絕緣防污閃水平、末屏絕緣、本體溫升、密封性、油位等狀況正常良好，無(wú)異常聲響等情況，滿(mǎn)足保護(hù)要求。該變電站運(yùn)行安全可靠穩(wěn)定，消除了安全運(yùn)行的重大隱患。

b.社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

某變電站進(jìn)行過(guò)多次局部改造，設(shè)備運(yùn)行狀況參差不齊，構(gòu)架新舊不一，接線方式極為復(fù)雜。此次大規(guī)模改造是在邊生產(chǎn)、邊改造情況下進(jìn)行，具有工作量大、作業(yè)繁雜、涉及專(zhuān)業(yè)多、系統(tǒng)運(yùn)行方式薄弱等特點(diǎn)，工程施工難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高、跨度時(shí)間長(zhǎng)。在無(wú)任何經(jīng)驗(yàn)可以借鑒的情況下，安全有序、高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)地完成了此次更新改造重要任務(wù)，圓滿(mǎn)實(shí)現(xiàn)了“零違章施工”、“零缺陷移交”、“零故障投運(yùn)”、“工程質(zhì)量創(chuàng)國(guó)網(wǎng)優(yōu)質(zhì)”的安全和質(zhì)量目標(biāo)。該變電站改造意義重大，通過(guò)對(duì)變電站老舊設(shè)備進(jìn)行更換，以全面滿(mǎn)足廣大用電客戶(hù)負(fù)荷日益增長(zhǎng)為要求，更好地服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)，為用電客戶(hù)提供安全、可靠的供電質(zhì)量。為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活水平提高做出了重要貢獻(xiàn)，創(chuàng)造了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

c.環(huán)境影響評(píng)價(jià)

加強(qiáng)施工管理，努力提高施工人員的環(huán)境保護(hù)意識(shí)，杜絕對(duì)施工人員流動(dòng)管理不規(guī)范和作業(yè)方式不合理而造成植被和土地資源的人為破壞；避免施工人員對(duì)植被隨意踩踏、焚燒；避免機(jī)械、車(chē)輛操作人員超出工作范圍造成植被覆蓋；避免施工材料、固體廢物隨意堆放掩埋植被等問(wèn)題。

施工期間，按要求劃定作業(yè)區(qū)域界限，在保證工程順利開(kāi)展的前提下，嚴(yán)格控制作業(yè)人員和機(jī)械的工作范圍，盡量縮小作業(yè)面，減少破土面積。作業(yè)期間人員、機(jī)械、營(yíng)區(qū)等嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)集中在限定范圍內(nèi)，嚴(yán)禁亂劃范圍，盡量減少對(duì)植被的影響。

在設(shè)計(jì)中按照因地制宜的原則，配合綠化工程建設(shè)，在變電站建筑物的周?chē)⒌缆穬膳裕浜辖ㄖ锏沫h(huán)境，采用點(diǎn)、線、面相結(jié)合的方式布置樹(shù)叢、廣場(chǎng)和草坪等；對(duì)所有可以綠化的地方進(jìn)行綠化，種植樹(shù)木和草坪，防止泥土外露，防止項(xiàng)目地區(qū)水土流失，改善周邊生態(tài)環(huán)境，不僅美化環(huán)境，而且可以起到調(diào)溫、吸塵和降噪等作用。

d.設(shè)備退役再利用評(píng)價(jià)

某變電站從安全、效能、周期成本等對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面分析。39組隔離開(kāi)關(guān)運(yùn)行均達(dá)到了25年使用壽命，4組隔離開(kāi)關(guān)運(yùn)行達(dá)到22年接近設(shè)計(jì)壽命，經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備操作不靈活、卡滯，影響隔離開(kāi)關(guān)正常操作，且運(yùn)行中存在過(guò)熱缺陷和備品備件難以購(gòu)買(mǎi)造成配件短缺的問(wèn)題，因此43組隔離開(kāi)關(guān)無(wú)法再利用；10臺(tái)電流互感器已運(yùn)行23年，二次繞組不滿(mǎn)足二次保護(hù)及反事故措施要求，同時(shí)存在無(wú)0.2s級(jí)繞組的情況，設(shè)備老舊，缺陷、故障率明顯增多，維修成本偏高，安全隱患較大，已經(jīng)無(wú)法再利用。該變電站退役的隔離開(kāi)關(guān)和電流互感器已無(wú)再利用價(jià)值和意義，全部進(jìn)行報(bào)廢處理。

e.工程后評(píng)價(jià)

工程后評(píng)價(jià)工作在主管及有關(guān)部門(mén)的主持和領(lǐng)導(dǎo)下，在大量的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、收集資料的準(zhǔn)備工作及組織實(shí)施工作的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)大量數(shù)據(jù)定量分析，本著“客觀、公正、科學(xué)、實(shí)用”的原則，將實(shí)際發(fā)生的情況與原規(guī)劃的方案進(jìn)行一一對(duì)比，將法制性、公正性、獨(dú)立性、可信性、實(shí)用性貫穿于后評(píng)價(jià)工作的全過(guò)程。盡可能全面總結(jié)改造過(guò)程的成功經(jīng)驗(yàn)和失誤教訓(xùn)，對(duì)成功經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行提煉，對(duì)不足的方面分析其形成原因并提出有益的意見(jiàn)，為今后工程項(xiàng)目的決策和管理水平提供有效指導(dǎo)和借鑒。

5 LCC方法推廣應(yīng)用前景

本文對(duì)LCC管理進(jìn)行初步探索，在未來(lái)研究中仍然存在很多需要解決的難題。首先，LCC方法具有影響因素多、不確定性大以及壽命周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，針對(duì)問(wèn)題的主要影響因素，收集和統(tǒng)計(jì)相關(guān)參量的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，是LCC管理研究的關(guān)鍵；其次，在動(dòng)態(tài)維護(hù)成本的檢修優(yōu)化策略中，如可靠性和維修成本的數(shù)學(xué)模型還可以對(duì)一些隨機(jī)因素進(jìn)一步研究；最后，本文僅對(duì)單臺(tái)設(shè)備的LCC方法進(jìn)行研究，而結(jié)合變電站的布局分析并優(yōu)化變電站整體設(shè)備的LCC方法是在未來(lái)的研究中需要解決的問(wèn)題。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著研究深入和應(yīng)用推廣，LCC管理將全面提升精益管理和科學(xué)決策，實(shí)現(xiàn)企業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。推行LCC方法和提高生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理水平是相互促進(jìn)的，LCC方法需要健全的管理制度同樣也是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)所必需的。如何找到適合自己的道路，將LCC方法與企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)進(jìn)行有效結(jié)合，有助于企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理水平的提高。