變壓器的全壽命周期成本分析與管理

江蘇中聯電氣股份有限公司 丁鴻遠

全壽命周期成本（life cost cycle，LCC）是指在有效的產品使用周期內與產品發生所有關聯的全部支出成本，不僅包含設備配置購買時所支付的成本，同時也包含設備安裝、運行、管理、維護等過程所需要支付的各種費用，因此全壽命周期成本管理貫穿于設備從購置到運行直至報廢的全部過程。引用全周期管理模式有助于企業的定價決策同時促進管理者更加關注長期收益和潛在收益，并以此為基礎對所處大環境、行業特點以及競爭對手進行分析，深度促進企業的可持續發展。

我國電網建設投資如火如荼規模逐漸擴大，電力設備投資建設成為電力企業持續發展中的焦點，但長期以來電力企業在系統整體目標上的管理比較匱乏，相關設備生命周期成本分析比較薄弱。在電力企業發展過程中變壓器是核心基礎設備，對其進行全壽命周期成本進行分析可保證以最低的壽命周期成本實現最高的功能價值，同時對于配電網改造實現思路的明確，提升配電網的建設投資管理的資金利用率也有十分積極的意義。

1 變壓器的特點

1.1 變壓器的原理以及分類

電網運行過程中離不開變壓器完成交流電壓、電流及阻抗的交換，變壓器是整個電力系統電壓電流升高或降低的基本保障，其主要組成是磁芯和線圈，原理在于利用電磁感應產生交流磁通，進而由磁圈感應電壓、電流并完成轉換。變壓器種類較多，可根據不同的構成形式和不同功能原理進行劃分，其中調壓變壓器、中頻變壓器、三相變壓器及密封式變壓器等最為常見，在電網建設過程中可根據不同的需求進行選擇。伴隨著城鄉電網的不斷改造，變壓器裝備得以升級，與之相對應的全壽命周期成本格局也在悄然改變[1]。

1.2 變壓器基本特點

1.2.1 技術柔性比例高

變壓器的制造過程以手工為主、因此柔性技術占比較大，在對其進行試驗的過程中常規手段難以保證技術標準，未能真實反映變壓器的基本性能指標，所以通常會引用諸多手段來輔助完成試驗彌補來保障試驗標準和出廠投運的根本指標，但過程中彈性因素較大，眾多的試驗成本和手工技術操作導致整體的運行以及安裝成本大大提升。對于變壓器來講，制造成本的升高提升了安全裕度，但相應的運行成本也隨之越低；反之，制造成本的降低導致相關安全裕度變小，后期的運營成本難免會有所增加[2]。

1.2.2 運行成本突出

相關調查研究顯示，以30年的壽命周期為計算，變壓器運行使用過程中所產生的運行維護成本是整個制造成本的7～8倍，運行過程中產生的檢修維護費用及能源消耗的費用占據整個變壓器原始價值的20%左右。以能源消耗為例，變壓器是整個輸變電網設備中能源消耗大戶，其運行過程中的消耗占電網總發電量占比3～5%，大量能源消耗違背了節約用電的初衷，降低變壓器的能源消耗迫在眉睫。

另外，在變壓器運行中相關噪聲治理及技術改造等額外費用突出。變壓器工作運行期間產生噪音較大，隨著環保意識、法律意識的提升，對運行過程中的變壓器進行環保制約成為必然。變壓器產品標準與當今環保標準規定具備較大差異，因此須采取相關措施對其進行噪聲治理，通常通過設備改造和輔助設備的增加完成，常見措施包含減震、降噪及隔音等，都會導致巨大的環保成本支出。更為重要的是，變壓器的工作運行所需承擔的安全保障不容忽視，尤其對于城市中心及重要場所的變電站來講，一旦變壓器運行期間發生事故后果不可估量。

1.2.3 報廢殘值高

設備在完成用周期的使命后都會接受報廢措施，在電網系統中變壓器的報廢產值較高，變壓器制造成本較為突出，相應的制造材料也較密集，其主材主要為市場貶值有限、回收價格較為突出的鋼硅片、銅金屬材料及變壓器油等，且整個變壓器在使用過程中不會產生過多磨損，因此在其報廢后進行拆解所舊材料的回收利用率高達100%。因此變壓器的報廢殘值異常明顯，這也對整個生命周期的成本管理產生了深遠影響[3]。

2 變壓器全壽命周期成本分析

2.1 變壓器全生命周期成本管理LCC模型的建立

對變壓器進行全壽命周期成本管理的根本目標在于保證其安全性、可靠性的同時在壽命周期內全部成本的集合，最終出發點就是設備成本最低但工作效率最佳。根據當前電力電網建設運行的基本特征，整個變壓器全壽命周期成本模型的構成應包含初始化建設成本、運行維護成本、供電中斷損失處罰成本以及設備報廢殘值。變壓器全生命周期的初始化建設成本，包含電站基礎工程建設和變壓器選型以及安裝成本；而運行維護成本最為復雜，包含所有變壓器運行過程當中涉及到能源消耗成本、運行人員和維修人員的費用、設備故障檢修費用以及設備改造優化等過程中所產生的技術成本及改造成本。

2.2 變壓器全壽命周期成本分析

2.2.1 初始化建設成本

變壓器的初始化建設成本包含變電站的規劃設計及變壓器的選型和安裝，不過各個變電站的改造設計較為頻繁，所以在設備遷移及選購上造成了巨大的成本提升。只有充分考慮最初投資成本，才能夠推進變電站建設的安全、經濟、穩固、可靠、先進、統一的發展。實際上在變壓器始化建設的過程中的成本支出屬于一次性投入，但整個過程當中影響因素眾多，應當進行全面綜合的考慮。

以變壓器選型為例，當前的變壓器有諸多型號配置，在選擇過程中應綜合考慮其冷卻方式、調壓方式及絕緣介質等技術指標，同時對出現方式進行規劃。如當前變壓器的配置有全容量配置、分級容量配置及自耦方式三種配置，其優缺點各異、適用范圍不同，因此選型時須結合變電站實際需求進行選擇；變壓器設備的安裝方式有室外安裝、室內安裝及地下安裝三種選擇，通常室外安裝占地面積大、土地費用支出較多，室內安裝盡管占地面積小但相應的建設費用支出較大，地下安裝并不常見、不僅安裝成本高且運營維護困難。整個變電站的建設應以周期短、見效快為基本原則，同時進行合理的建設周期，具備超前的選型規劃意識，最大限度地避免日后改造及使用過程所造成的成本支出。

2.2.2 運營維護成本

在變壓器的全生命周期中，運行維護過程有著時間跨度大、組成結構復雜、管理要求高的特點，所以也是整個成本分析中最為重要的一環。該過程的支出主要包括人員費用的支出、設備費用的支出及運行過程中的能源消耗和其他支出，能源消耗是整個變壓器工作運行的基礎，在全新的能源節約和環境保護的前提下，節約能源、合理配置能源已成為必然的發展趨勢。在變壓器的運行維護期間所產生的人工費用也較復雜，包含管理層也包含基層，既包含安裝調試費用，同時也包含日常的搶修檢測及巡檢等所有過程中需要的人工報酬，整個報酬支出包含技術報酬也包含勞動力。實際上在變壓器運行維護期間各種故障的產生在所難免，需消耗的配件設備成本也是重要組成。另外在變壓器全壽命周期內其他支出占比整體投資也不容忽視，其中包括變壓器投保的費用、造成污染所產生的環境管理費用等。

2.2.3 故障懲罰成本及報廢殘值價值

故障處罰成本主要是因一些特殊情況造成供電中斷而產生的損失，在變壓器運行過程中導致供電中斷的原因，主要有負荷增大導致變壓器容量不足而產生的跳閘損壞而引發的停電事故，另外相關設備的自然老化引發的故障停電也是主要停電原因。電力供給是整個民生保障的重要組成，無論是工業用電還是民用電都要具備較高的可靠性和安全性，伴隨著用電敏感護的逐漸增多，一旦產生停電現象，不僅供電部門的售電收入有所影響，對眾多用戶造成的影響也是難以估量的。盡管供電的中斷不需對用戶進行經濟補償，但相關影響也是十分不利的。

變壓器的報廢殘值價值構成比較簡單就是指其報廢退役時產生的可回收的價值，整個回收的價值根據市場實際情況進行評估，因為變壓器屬于密集型材料產品其報廢后的殘值相對于其他設備報廢占有一定的優勢。

3 全壽命周期成本理論基礎上的變壓器成本優化策略

3.1 加強成本控制，保證基礎建設成本最優化

成本的控制主要構成是基礎建設的控制、設備選型的控制及安裝成本的控制。整個控制過程中應結合實際電建設需求，在保證基礎建設最優化的同時完成投資優化策略的制定。在變電站基礎建設時應綜合考慮實際運維情況進行站址的選擇，同時結合周邊用戶需求制定合理的建設計劃，在有效解決電網可靠性、安全性問題的基礎上保證經濟指標。變電站建設直接關系著整個電網的運行效益和企業效益，所以最根本的要求就是保證變電站的長時間穩定，防止重復改造遷移，在統一技術和管理的條件下制定符合實際的規劃方案。

在設備選型上應綜合考慮多種元素，即便成本控制是重中之重也不應盲目追求成本控制而忽略了質量提升。因此在對變壓器的選擇過程中首先應遵循的原則就是堅持技術成熟、穩定性良好、不良率低的設備選擇；其次結合變壓器的布置方式、絕緣介質的構成、冷卻方式以及調壓方式、出線方式等綜合指標進行選購，結合實際用電需求，綜合對比各類型、各功能變壓器優勢和劣勢，繪制出一張全面的設備選擇要點框架，經調查研究試驗完成最后選擇方案的敲定。變電站經濟容量與供電半徑主要由變壓器決定，而變電站供電半徑將影響變電站進線長度和下級配電站的數目，所以在考慮本變電站與出線的經濟參數的同時，還應綜合上下級網絡的相關經濟參數進行考量。在對變壓器進行采購或安裝過程中須嚴格按照國家標準及行業規定進行操作，保證技術規范、保證質量評價、保證招標施工質量，防止偷工減料，粗制濫造的現象產生。

3.2 加強運行管理，保證運行維護成本最低化

實際上在變壓器的全生命周期中最大的成本體現在運行管理過程，變壓器的運行管理過程較復雜，既包含設備本身也包含周邊衍生。隨著電網建設的擴大加快，運營維護成本也越來越大，在管理過程中應以LCC最小目標為根本，建立日常維護費用模型，從多方面入手保證運行維護成本的最低化。另外，整個運行過程中變壓器的故障產生具有隨機性和不確定性，因此首先經科學手段對變壓器運行過程中可能產生的故障進行預判，對變壓器的失效過程進行充分了解并能對潛在的故障進行分析，同時建立嚴格的監督管理機制，采取預防性維護、可靠性維修的技術促使變壓器發揮出最大的經濟價值和綜合效益。

另外采取一些外部措施，通過對設備運行要求的改善具備一定的經濟效益，如通過加裝消弧線圈實現變壓器短路電流的降低；經隔音裝置的加裝善設備噪聲產生的巨大影響實現環境管理成本的降低。通常這些措施的采取對運行成本影響較小，但對變壓器品質的提升并沒有作用。

3.3 加強整體管控，保證故障停電損失最小化

停電故障具備突發性和偶然性，除用電需求的增大，對電網系統本身有著較高的依賴性。如很多老舊變壓器性能差、可靠性低、故障率高，運行過程中常引發停電故障，另外一些突發事件如火災發生等也會造成大范圍地停電。實際上很多問題不是一蹴而就的，很多變壓器輕微的故障不至于立即造成停電事故，但如任其發展長期積累的故障必然會造成重大損失。想要有效避免該種問題，應集中進行管理，綜合多種元素根據用戶實際需求探究用電負荷發展以及波動特性，加強巡檢進行故障排除，將更高的供電可靠性提供給用戶。

綜上，變壓器全壽命周期成本包含眾多影響因素，但最重要的是變壓器本身質量，想實現很好的控制還應從設備選擇入手，使其優勢得以最大發揮，盡可能地避免或降低故障發生概率，從而促進整個電網的穩定運營。而想要實現全壽命周期內成本最低的管理，應從技術、經濟等方面全面進行優化，以變壓器的選型、維護為最佳策略，注重管理過程中的信息反饋，結合實際情況采取積極的預防措施。