基于全寿命周期成本的变压器改造策略

刁均伟，吴琼，董荣梅

(1.广州供电局有限公司，广州 510060；2.广州市电力工程设计院有限公司，广州 510200)

基于全寿命周期成本的变压器改造策略

刁均伟1，吴琼1，董荣梅2

(1.广州供电局有限公司，广州 510060；2.广州市电力工程设计院有限公司，广州 510200)

以全生命周期成本 (Full Life Cycle Cost)理论为依据，结合变压器的技术参数，对变压器大修技术改造提出经济分析模型，并结合实际算例，说明该模型在变压器大修技术改造中的决策分析中的应用。通过不同方案的比较分析，得出了变压器大修技术改造经济决策依据，并进一步对对影响变压器LCC的主要因素进行分析，提出变压器大修技改策略，即大修技术改造中延长设备寿命，提高技术参数，降低能耗等。

全生命周期成本 (LCC)；变压器；大修；技术改造；策略

0 前言

变压器的安装调试费用占变压器购置费用20～30%，在有效寿命期内的运行成本高达设备制造成本的6～7倍[1-3]。变压器大修或技术改造时，进行变压器全生命周期成本分析有如下优点：有助于客观地评估大修技术改造方案，以全生命周期成本而不是以最初的购置成本或大修费用进行经济性决策；有助于对变压器的利用、大修技术改造等进行不同方案的经济性评估。因此通过对变压器的大修费用、安装调试费用和运行成本等全生命周期成本分析研究十分必要，进而对大修技术改造的经济效益进行评价。

1 全生命周期成本分析原理介绍

1.1 全生命周期成本的定义

根据IEC60300.3.3(国际电工委员会制定的全寿命周期成本计算的标准)的规定[1]，设备的生命周期可以分为产品的设计与开发、制造、安装、运行、维护以及废弃，因此，设备的全寿命周期成本可以定义为上述各阶段相关成本的总和。设备全寿命周期成本 (Life Cycle Cost，LCC)是指整个寿命周期内所消耗的总成本，包括购置成本 (Acquisition Cost)，拥有成本 (Owership Cost)和废弃成本 (Disposal Cost)。

其中：LCC是全寿命周期成本；Caq是设备的购置成本；Cow是设备的拥有成本 (运行和维护成本)；Cdi是设备的废弃成本，包括报废成本和残值。典型的全寿命周期成本及其组成见图1所示。

图1 典型全寿命周期成本的组成

由图1可知设备的寿命周期成本中，购置成本所占的比例随时间下降，拥有成本所占的比例随时间卜升，而且在很多情况下，购买设备的成本低于全寿命周期的拥有成本，通常设备的废弃成本很小 (但是变压器的废弃成本较大)，因此在考虑设备的投资时，应该考虑设备的整个寿命周期的费用，而不是只考虑其初始价格。

1.2 全生命周期成本分析步骤

根据对LCC相关研究及应用的归纳，可以归纳为下面的六个基本过程如图2所示[3]。

图2 LCC分析的六个基本步骤

2 变压器的全寿命周期模型的建立

根据IEC60300.3.3标准，对LCC模型的主要构成要素进行具体的分析，设备的全寿命周期成本为购置成本、运行成本、维护成本以及处置成本等四大成本之和。变压器全生命周期成本包括设备购置、安装、运行、维护、检修、改造直至报废的全过程发生的费用。变压器的LCC模型定义如方程式 (2)所示：

LCC=CI+CO+CM+CF+CD (2)

其中：CI—初次投入费用，主要包括变压器购置费、安装调试费和其他费用。

CO—运行费用，包括设备能耗费、日常巡视检查费、预试检修和环保等其他费用。

CM—检修维护费用，主要包括周期性解体检修费用、周期性检修维护费用。

CF—故障费用，主要包括故障检修费、故障损失费。

CD—退役处置成本，包括设备退役时处置产生产生的各项费用，并减去设备退役时的残值。

由于变压器投资成本明显易得，退役处置成本按相关标准确定。因此变压器LCC的分析计算主要集中在变压器的运行成本、检修维护成本和故障成本上的评估上。

2.1 初次投入费用

变压器CI主要包括设备的购置费、安装调试费和其他费用。

2.2 运行费用

运行费用CO，主要包括设备能耗费用、日常巡视检查费用、环保等其他费用。设备能耗包括变压器空载、负载损耗及辅助设备能耗费用。日常巡视检查费用包括日常巡视需要的巡视设备和材料费用以及人工费用。

2.3 检修维护费用

检修维护费用CM主要包括周期性解体检修费用、周期性预试检修维护费用。变压器现采用状态检修，已无周期性解体检修费用，主要为周期性预试、周期性维护费用。

2.4 故障成本

故障成本CF包括变压器故障检修费用、故障损失费。故障检修包括现场检修费用和设备返厂修理引起的设备拆迁、运输、安装新变压器等其他费用。

现电网运行方式基本能够在N-＞1情况保证电力供应。故，故障损失主要为转移负荷损失，基本上可以忽略不计 (跨区域供电损失成本另计)。

2.5 退役处置成本

包括设备拆除处置人工、设备费用以及运输费和其他费用，并应减去设备退役时的残值。变压器残值高，在设备退役处理时会获得回收获利。对当前新购置的变压器，如以当前回收价计算，估计在购置时原费用的50%，折为现值，则为购置时原费用的3.2%左右 (按年利率5%计算)[5]。

3 变压器大修技改决策模型

对于需要大修或需要技改的设备，要根据上述的决策影响因素来制定设备的最终处置方案。更换新设备，一次性投入巨大，但新设备能够安全运行较长的时间。无论在哪一种处置方式，都必须以满足可靠性为前提，然后再采用全寿命周期计算出分别的成本，选择成本最低的一种决策方法。

文献中大多都是采用现值法或年值[6-8]，要求方案间具有相同的经济周期。因更新设备和设备大修往往存在设备能够运行年限不同，对寿命不等的互斥方案进行比选。在使用现值法或年值法时两种方法进行相同周期处理：一是设定一个合理的共同分析期，二是给寿命期不等于分析期的方案选择合理的方案接续假定或者残值回收假定。用年值法进行寿命不等的互斥方案比选，实际上隐含着作出这样一种假定：各备选方案在其寿命结束时均可按原方案重复实施或以与原方案经济效果水平相同的方案接续.因为一个方案无论重重实施多少次，其年值是不变的。实际实施过程中，因涨价、资源消耗、技术发展等因素，方案可重复实施的假定不再成立[9]。

进一步分析，变压器大修技改方案中，隐含更新后设备产出效益不变 (变压器输送容量不变)，而每年的运行成本等不同。故可采用费用年值法进行分析，不需对变压器不同寿命周期直接进行比较分析。

费用年值法计算公式：

LCCA=CI∗ (A/P，i，n)+CO+CM+CF+CD∗ (A/F，i，n)(5)

LCCA——设备全生命周期成本年值

(A/P，i，n)——现值年金系数，利率 i，期数n

(A/F，i，n)——现值年金系数，利率 i，期数n

4 变压器大修技改LCC模型的应用

4.1 算例简述

某变电站#1主变为1999年出厂并投运，主变参数：容量180 MVA，电压220/115/11 kV，空载损耗142 kW，负载损耗576 kW。设计寿命为30年。

该主变在2013年发生故障损坏，需进行重绕大修。现有三个方案，方案1对变压器更新，采购一台新主变，技术参数：空载损耗100 kW，负载损耗520 kW，设计寿命为30年；方案2对变压器进行重绕并提升性能参数：空载损耗120 kW，负载损耗523 kW，设计寿命为30年；方案3对变压器进行重绕大修，设备技术参数不变，设备寿命不延长。

4.2 LCC成本

4.2.1 初期投入费用CI

因原设备现净值需转移到现设备上进行折旧。故，方案1初期投入费用CI包括设备购置费、设备安装调试及其他费用和设备原净值。方案2初期投入费用CI包括本次大修费用、设备安装调试及其他费用和设备原净值。方案3同方案2。

设备净值采用直线折旧法进行折旧。

4.2.2 运行费用CO

变压器最大负荷率β=80%，最大负荷利用小时数 Tmax=6500 h，取经验系数 K=0.3[8]，得到

年负荷损耗率

设电费为0.4元/kWh，则变压器年耗电费Ce= (P0+β2Pk)×η×8 760×0.4/10 000(万元)；

方案1年耗电费92.21万元；方案2年耗电费为 96.88万元；方案 1年耗电费为 108.79万元。

日常巡检费用为4万元/年。

4.2.3 检修维护费用

变压器的日常维护费用为8万元/年。

4.2.4 故障成本

变压器年故障率按2%.年，故障大修费用按统计值150万元估列。则方案1年故障成本为CF =150×0.2%×15=4.5万元。方案2与方案3年故障成本为9万元。

在N-＞1运行条件下，忽略故障损失。

4.2.5 处置成本CD

设备残值CD1按设备购置费5%估列。设备退役处理费用CD2按安装调试费用32%估列。

CD=CD1+CD2

4.2.6 其他成本

变压器净值按直线折旧法进行折旧Cj=Cg×(1-5%)/30×n+Cg×5%

变压器大修后继续使用则该净值需继续折旧。如更换新变压器，该净值需转移到新变压器成本进行折旧。

4.3 LCC全生命周期成本年值计算

应用式 (5)计算各方案的LCC年值，利率i =7%。计算结果见表1

表1 变压器LCC费用年值

从结算结果可知，方案2的LCCA年值最小，方案1次之，方案3最大。故提升技术参数并延寿的大修方案可行，更新主变次之。

5 全生命周期成本LCC敏感度分析

针对以上LCC计算过程中的不确定因素分别进行单因素敏感性分析，确定敏感度系数与关键因素临界值；

表2 部分敏感性因素分析结果

由以上各敏感度系数绝对值由高到低排序，对方案比选结果影响大的因素依次是主变大修费用、旧主变大修后空载损耗值及旧主变大修后可使用寿命等。在进行方案决策时需对以上因素临界值进行重点关注。

6 结束语

本文从变压器全生命周期成本LCC费用年值最小的角度出发，对变压器大修技改最优策略进行研究。建立变压器大修技改LCC模型，并通过实例进行了分析说明，该模型在变压器大修技改决策时能充分考量变压器大修费用，变压器剩余寿命，变压器损耗以及变压器建安费用等，对变压器大修技改经济分析，为变压器大修技改提供决策支持。变压器大修技改策略：

1)延长变压器寿命；

2)提高变压器技术参数，降低变压器空载负载损耗；

3)进行全生命周成本 (LCC)费用年值分析，采用费用年值最小方案。

[1] International Electrotechnical Commission，Life Cycle Costing [Z].International Standard 60300-3-3.2004.

[2] 姜益民，等.变压器的全寿命周期成本分析 [J].上海电力，2004(3)：188-191.

[3] 崔新奇，等.变电站改造中变压器全生命周期费用(LCC)模型的研究 [J].电力系统保护与控制，2010 (4)：69-73.

[4] 帅军庆.电力企业资产全寿命周期管理-理论、方法及应用 [M].北京：中国电力出版社.2004，4.

[5] 殷可，郁东升，李莉华等.500kV变压器招标采购中LCC方法的应用研究 [J].华东电力，2009(5)：741-744.

[6] 孟凡红.项目投资决策中净现值指标的计算方法 [J].中国管理信息化，2010(7)：26-28.

[7] 伍谟煊.资产全寿命周期成本与大修技改效益分析 [C] .电网技术，2013-77：80-94.

[8] 郭基伟，谢敬东，唐国庆.电力设备管理中的寿命周期费用分析 [J].2003(4)：13-15，27.

[9] 傅家骥，仝允桓.工业技术经济学 [M]，北京，清华大学出版社，1996.

Research on Transformer Overhaul Technology Strategy Based on Life Cycle Cost

DIAO Junwei1，WU Qiong1，DONG Rongmei2
(1.Guangzhou Power Supply Bureau Co.，Ltd，Guanzhou 510060；2.Guangzhou Electric Power Engineering Design Institute Co.，Ltd，Guanghzou 510020)

In this paper，the full life cycle cost(Full Life Cycle Cost)theory as the basis，combined with the technical parameters of transformer，puts forward the model of economic analysis to the technological transformation of transformer overhaul，combined with the actual examples，illustrates the model of decision analysis in the technical transformation of transformer overhaul application.Through the comparative analysis of different schemes，draws the transformer technology overhaul economic decision-making，and further on the main factors to influence transformer LCC were analyzed，proposed the transformer overhaul strategy，namely the technology of overhaul of prolonging service life of equipment，improve technology parameter，reduce energy consumption.

life cycle cost(LCC)；transformer；overhaul；technical reform；strategy

TM41

B

1006-7345(2014)06-0044-04

2014-03-04

刁均伟 (1973)，男，工程师，广州供电局，从事变电设备技术管理、运行维护方面等方面工作 (e-mail)diao731＠sohu.com。