基于全寿命周期成本视角的电力设备检修策略探讨

基于全寿命周期成本视角的电力设备检修策略探讨

吴俊鹏

海南电力设计研究院海南海口571100

摘要：众所周知，电力设备检修是电力生产工作当中十分重要的内容，不仅能够确保设备的健康运行，同时也能够在保证电网安全方面发挥关键作用。由此可见，确保电力设备检修策略制定的科学合理性具有一定的现实意义。因此，将全寿命周期的成本理论应用在电力设备检修当中，进而对定期检修与状态检修的电力设备全寿命周期成本进行对比，更好地为检修策略制定的合理性提供有价值的理论依据。

关键词：全寿命周期成本；电力设备；检修策略；探讨

对于电力设备，我国采取的维修方式就是基于周期的定期检查，这种方式不仅会大量地耗费人力与物力，同时，检修工作的频繁性也同样会对设备自身的磨损程度造成不利的影响。而在电网快速发展的基础上，该检修模式已经很难满足电网发展需求，所以，一定要制定出科学合理的检修策略，进而使得设备的检修质量得到提升，并有效地减少检修的成本。而最佳的电力设备检修策略就是实现定期检修、状态检修与故障检修的有机融合，并且针对电力设备具体的情况来选择出最佳的检修方式，最终规避不必要成本支出。文章把全寿命周期成本当作不同检修策略对比的重要经济性指标，进而为电力设备的检修策略制定奠定坚实的理论依据。

一、全寿命周期成本原理分析

（一）全寿命周期成本概念

文中所提及的全寿命周期，主要指的就是企业根据具体的设计要求，保证产品自设计到运行最终至拆迁整个寿命周期当中的消耗费用实现最小，其中所涉及的内容主要有设备与装置设计、选型以及采购和运营，甚至是维修、改造与报废等，产品整个生命周期中的管理工作[1]。

（二）全寿命周期成本构成

全寿命周期成本可以根据不同的分类标准来进行划分，在构成方面存在一定的差异。其中，按照时间标准进行划分，主要包括初始成本与未来成本。而初始成本指的就是资本投资的成本和购买、安装的成本。而未来成本则包括重复发生的成本与一次性的成本。按照成本范畴的标准划分，可以划分成建设成本、维护成本以及运行成本和替换成本[2]。而在上述各成本的范畴当中还包含若干子范畴，直至成本函数能够被定义即可结束。另外，根据相关内容的标准进行划分，其构成主要包括投资、运行、效用与其他成本及收益。在投资相关成本当中有项目成本与残值，而运行相关成本所涵盖的内容就是维护成本、管理成本与修理成本。效用相关成本指的就是能源使用成本、处理成本以及水使用成本。其他的成本和收益就是税收、折扣与收入。

二、电力设备全寿命周期成本在各检修策略背景下的模型构建

（一）电力设备全寿命周期成本基本模型

对全寿命周期成本进行估算的方法很多，比较常见的就是参数估算法、神经网络估算法、作业成本估算法以及类比估算法等等，而各个方法也同样具备其所使用的范围以及优点与缺点。文章所采用的是可靠性理论的估算方法与工程估算方法。其中，，这是按照CBS结构构建出的电力设备全寿命周期成本的静态模型框架[3]。公式中的所代表的就是电力设备全寿命周期成本，而则是购置成本，运行成本由表示，另外，公式当中的是维护成本，是故障成本，退役处理成本是公式当中的，而则是设备残值。

第一，计算模型。电力设备不同，或者是产地不同，都会使得成本存在一定的差异，所以，可以将计算模型划分成两种情况：1）国产的电力设备计算模型，即=。在上述公式当中，表示的是电力设备原价，而则是设备初次安装调试所花费的费用，另外，表示的就是设备检验的费用。2）进口的电力设备计算模型，即=。在公式中，指的就是进口设备在缴税以后所形成的价格，也可以被称作是进口设备的抵岸价格。而公式当中的另外两个符号所代表的含义同国产电力设备计算模型当中的符号含义相同。

第二，计算模型。在电力设备的全寿命周期当中，运行和维护的费用占据60%的比重，其主要的构成成本也包括两部分。1）运行成本计算模型为：。在上述公式当中，m所代表的是辅助设备的数量，而n代表的则是主辅设备的工作年限。另外，所表示的是主设备在第i年运行过程当中所消耗的人工以及材料与机械的台班费，而代表的则是主设备在第i年运行中能源消耗的费用。就是在第i年的第j个辅助设备在实际运行过程中费用的消耗，代表的则是在第i年第j个辅助设备能源消耗的费用。2）维护成本计算模型为：。其中，公式当中的表示的是在时间T内设备维修的次数，而代表的则是在发生故障以后的维修费用。

第三，故障与退役成本计算模型[4]。电力设备的故障成本也被称为是惩罚成本，而具体的计算模型可以这样表示：。在此公式当中，代表的就是设备单次维修的惩罚成本。在本文中，在退役成本计算的过程中，需要把设备的残值与处理成本共同进行考虑，并且把整体的费用用CDR来表示，即。

（二）电力设备在不同检修策略背景下的全寿命周期成本模型

与定期检修相比，电力设备的状态检修有增加与节约的费用。其中，所增加的费用就是检修工作人员的培训费用、在线监测设备的投资以及安全的费用，另外，还包括开发故障诊断系统的费用和信息系统整合费用等。而实际所节约的费用就是有效地降低了意外事故发生的几率，无需按照时间的计划来对设备进行大修，并且使得设备的实际使用寿命得到了延长等[5]。

第一，电力设备在定期检修策略背景下的全寿命周期成本模型。因为检修策略不同，电力设备的故障率以及检修的成本与时间也有所差异，所以，应该细化设备维护成本与故障成本，进行得出以下模型：。在该模型公式当中代表的是在定期检修背景下的设备维护成本，具体的计算公式为：。在上述模型中，设备平均寿命由表示，而所表示的就是设备故障维修时间，另外，表示的是设备每次出现故障的维修费用期望值。代表的是在定期检修背景下，设备停机成本。而该成本的构成部分包括的就是设备故障与大修的停机成本。

第二，电力设备在状态检修策略背景下的全寿命周期成本模型。状态检修策略背景下的全寿命周期成本模型可以表示为：。在该全寿命周期成本模型当中，所代表的是定期检修背景下的设备购置成本。而的构成也分为两种情况：其一，国产设备购置成本，即：=。其中的主要是为更好地开展电力设备状态检修，而在前期增加的相应成本投入，主要有开发故障诊断系统以及培养检修工作人员，还有在线监测设备的投资与安装等相应费用[6]。其二，进口设备购置成本，即：。而则是电力设备在状态检修背景下的维修成本，其具体的计算公式可以表示成：=。而模型中的k表示的就是设备处于状态检修下无法预测的故障几率，而则是设备在状态维修过程中因无法预测而产生的单位时间故障发生数，就是电力设备运用状态检修方式，在单位时间内所排出的故障数。其中，则代表的是预防性维修费用的期望数值，主要表示的是专家诊断故障的相应费用。此外，指的就是在状态检修背景下的停机成本，其主要的构成部分就是故障停机成本与计划停机成本。

（三）电力设备在全寿命周期基础上的检修策略制定建议

将经济性当作电力设备检修策略制定的出发点，通过定期检修与状态检修背景下的全寿命周期成本模型对比，总结出以下检修策略制定的建议：首先是减少设备检修的成本，保证在设备可靠与安全的基础上，对不同设备的具体可靠性要求予以全面地考虑[7]。其次，重视检修策略经济性的分析，因为电力设备在运行的过程中，不仅是完成任务与功能，还会产生效益，所以，需要充分利用成本-效益的分析法对检修策略的经济性进行分析。最后是合理对比检修策略，为了选择最佳策略，就应该对多种方案的多个目标予以综合性的评价。

三、电力设备检修策略实证研究

（一）研究对象背景分析

文章将某城市电力公司220kV输变电改造工程当作具体的研究对象。此工程在07年9月开始施工，并在08年的8月建成并投入到实际的运营过程中。该工程项目整体的占地面积是一万平方米，一期安装的总量是一台150MVA主变，总体的投资额是9170万元，而在投资金融当中，将800万元用在购置主变以及安装调试方面。至2011年的9月，变电站检修的方式从定期检修转变成状态检修，但是，基本都是将定期检修作为主体。目前，该变电站智能化的改造始终处于规划的阶段，根据预算，可以在两年后完成智能化的改造，将其投入到实际的运营当中。

文章将工程当中的主变压器作为主要案例，对电力设备检修策略进行了相应的研究，并且以5年、10年、20年和30年为标准，对变压器全寿命周期的成本进行计算。在工程投产的08年开始，将其作为全寿命周期起点，而且，设备在定期检修策略的运行区间就是寿命起点至各个规划期末，而设备的状态检修运行区间则是2012年到各规划期末。

（二）计算主变压器全寿命周期成本

根据文中所构建的电力设备全寿命周期成本模型来计算主变压器全寿命周期的成本，具体的结果由表1表示。而通过表1可以发现，针对主变压器来说，定期检修策略初期成本不高，但是，全寿命周期的成本却比较高。而状态检修策略初期的成本相对较高，但是，全寿命周期成本不高，而且还可以减少故障与过度维修。

（三）结论

观察运行成本在总成本比重可以发现，状态检修运行成本比定期检修要高，由此可见，动态检修维护的环节相对复杂，需要投入大量人力物力。而事故停机与检修停机惩罚成本在设备的后期运维成本当中占据的比重较大，而且，定期检修停机成本要超过状态检修，所以，运用状态检修可以防止大修停机，而且能够有效地减少设备的故障率，使得设备的运行更加可靠。通过运用动态检修策略，可以减少设备全寿命周期的成本。

结束语

综上所述，在电力设备的检修策略制定过程当中，充分应用全寿命周期成本的理论，并且予以全面的研究和分析，并且利用数据分析不断调整模型，进而使得模型估计的精准度得到有效提高。

参考文献

[1]马仲能,钟立华,卢锴等.基于电力设备全寿命周期成本最优的检修策略研究[J].电力系统保护与控制,2011,39(16):34-39.

[2]韩青辉.全寿命周期成本视角下电力设备检修策略的研究[J].中国电业（技术版）,2013(4):61-64.

[3]顾洁,杜渐,秦杰等.基于全寿命周期成本的变电站设备检修模糊规划模型[J].电力系统自动化,2014(1):44-50.

[4]陈绍辉.基于全寿命周期成本的变电设备状态维修策略研究[D].华北电力大学(保定),2012.

[5]卞建鹏.基于风险评估与全寿命周期成本分析的电力变压器检修策略研究[D].重庆大学,2012.

[6]李阳林,童军心,刘明军等.基于风险评估的电网设备检修技术研究综述[C].2012年全国电网企业设备状态检修技术交流研讨会论文集.2012:668-671.

[7]董俊.输变电设备检修中成本管理的重要性分析[J].科技与企业,2012(21):13-14.

作者简介：吴俊鹏（出生于1974年2月-），男，汉族，陕西铜川人，大学本科，毕业于福州大学电力系统及其自动化专业，高级工程师，副总工程师兼工程技术管理部主任，主要从事电力系统一次设计、系统规划及变电一次设计工作。