基于综合技术寿命评价方法的电网设备技改大修策略研究

杨光糯，蔡 敏，朱 涛，曾小平，邓海峰，陈 林

（1.国网湖北省电力公司，湖北 武汉 430077；2.国网湖北省电力公司宜昌供电公司,湖北 宜昌 443002）

0 引言

2008年，国家电网公司资产全寿命周期管理工作全面启动，“三集五大”体系建设亦在逐步深化。在这一行业背景下，电网设备资产全寿命周期管理工作得到稳步推进[1-3]。

电网设备资产全寿命周期管理工作主要包括资产的规划设计、采购建设、运行维护、退役报废(再利用）等阶段。其中，运行维护阶段是电网设备资产全寿命周期管理的核心内容，特别是技改大修[4-7]占用了运行维护阶段大部分的资金投入[8],对电网资产全寿命周期成本产生显著影响[9]。因此，针对电网设备的技改大修策略对其全寿命周期管理显得尤为重要。

然而，现有的技改大修项目普遍缺少计划性，统筹性差。尽管每年都制定年度计划，但往往临时性工作多，项目零散，变更频繁，造成年度计划执行率不高[10-11]。虽然整站整线式技改大修策略在计划性、统筹性方面有其独特优势，但缺乏理论依据及相应的技术标准和管理规范。由于上述问题，每年技改大修项目的确定和上报凭经验做决策的情况较严重，不能完全反映真正的项目需要[12]。

基于上述分析，针对现有的技改大修方案及其存在的问题，提出了电网设备综合技术寿命评价方法，旨在为以整站整线为对象的技改大修项目提供直接的理论依据。

1 现有方案及其问题

国网公司《状态检修辅助决策系统技术导则》[13]明确了电网设备的技改大修立项流程和规则，主要涉及了技改大修研判、拟拆除设备处置研判、技术和大修项目立项评分评价方法等内容。图1为电网设备技改大修项目立项流程图。首先，通过技改大修研判区分出设备的技改大修需求；其次，对需要技改的设备审核其是否属于规划库改造项目，若否，则需要进行项建；最后，对拟拆除设备进行处置，并将其录入技改大修项目储备、排序。对无需技改的设备可直接进行大修项建、评分、审查和排序。因这一方法主要针对单一设备，当设备数量过多时，项目统筹性不足的问题显得尤为严重[14-15]。

在电网设备技改大修项目立项过程中，技改大修研判至关重要，图2为目前的技改大修研判逻辑图。现有的研判逻辑主要考虑了状态评价结果、反措和应急要求，忽视了设备运行不良工况及自然寿命等因素的影响；且LCC技术经济评价侧重经济性，对设备技术寿命的考虑不足[16]。

综上所述，可将电网设备在技改大修方面存在的主要问题归纳为两方面：一是生产技改管理方面，立项的针对性、科学性不高，且其针对的是单一设备，导致项目安排统筹性不足，部分年度技改大修计划项目实施困难，项目资金完成比率不高[17]；二是技术寿命方面，技改大修项目立项和退运处置环节应用的标准、管理规范、信息系统不完善，导致电网设备的全寿命周期管理缺乏技术性[18]。基于此，工程上和理论上都迫切需要寻求一套适用于电网设备的技术寿命体系，既可以为整站整线的技改大修提供直接依据，又可以为电网设备的全寿命周期管理提供更适合的寿命依据。

2 综合技术寿命

为解决现有技改大修方案的不足，同时考虑到电网设备的技术寿命与各设备的工作原理、运行特点等技术特征密切相关，故本文在综合考虑寿命周期技术化和设备差异性的基础上，首次提出了综合技术寿命评价方法。其目的在于量化各设备的技术寿命状态，进一步得出单元、变电站、线路等整体的技术寿命。通过这一寿命评价方法，可得到各个层次的技术寿命，并将其用于整站整线技改大修项目的立项依据。

图2 电网设备技改大修研判逻辑图Fig.2 Logic diagram of the power equipment technical improvement and overhaul analysis

2.1 综合技术寿命的概念

综合技术寿命由设备的自然寿命、累积损耗寿命及评价损失寿命等三个方面构成。其中，设备的自然寿命是指；电网设备自初次投运之日起，在电网中运行的实际年限；累积损耗寿命是指设备在运行过程中受不良工况、机械磨损等因素的累积作用所产生的不可逆影响，进而导致设备损耗的寿命；评价损失寿命是指电网设备当前因存在缺陷或实验数据不合格等，通过状态评价结果确定的损失寿命。

2.2 综合技术寿命的内涵

在电网设备综合技术寿命评价过程中，充分考虑各设备的差异性，针对各个设备的运行特征，结合以往的统计经验以及相关行标、国标的规定，选取对各类设备技术寿命影响显著的因素作为其寿命评价状态量，并在评价方法中设定不同因素的权重，使单一设备、单元、变电站及线路的综合技术寿命评价方法更加科学。

2.3 综合技术寿命的取值

对于单一设备而言，其正常运转实质上是各元件的串联运行，故取设备中各元件或状态量的最大值作为设备的综合技术寿命。具体做法如下：

1)对于变压器、断路器、隔离开关、组合电器、开关柜等5类重大设备，设备的综合技术寿命通过公式(1)求取。

式中，Lfcom表示综合技术寿命，LfA表示设备的累积损耗寿命，Lfs表示评价损失寿命。

2)对于变电二次和输电设备等其他无累计损耗效应的设备，设备综合技术寿命通过公式(2)求取。

式中，n为设备部件总数。

对于单元和变电站而言，取其内各部分综合技术寿命的平均值作为整体的综合技术寿命。

(1)单元综合技术寿命(Lfunit)，在评价得出各设备综合技术寿命的基础上，按公式(3)求出单元综合技术寿命。

式中：Lfunit为单元综合技术寿命，Lfdevice为该单元内设备的综合技术寿命，n为单元内设备总台数。

(2)变电站综合技术寿命(LfTS)，根据公式（4）求变电站综合技术寿命。

式中n′为变电站总单元数。

线路的综合技术寿命取基础、杆塔、导线等输电设备综合技术寿命的最大值，用单元综合技术寿命计算公式求取。

2.4 综合技术寿命的运用

由于综合技术寿命评价量化了电网设备的技术寿命，故相应的技改大修方案只需找出一个合适的阈值即可；关于技改大修阈值的选取则需要根据技术维护能力、安全等级要求、环境影响等因素共同选取。

2.4.1 技改原则

当某一变电站综合技术寿命大于其技改阈值，且站内各单元综合技术寿命大于其相应的阈值时，可安排变电站整体进行技术改造；当变电站某一单元综合技术寿命大于其技改阈值，且单元内各设备综合技术寿命大于其相应的阈值时，可安排单元整体进行技术改造；当某一设备综合技术寿命大于其技改阈值时，安排该设备进行技术改造。

2.4.2 大修原则

当设备综合技术寿命满足其大修阈值时，安排该设备进行大修，设备大修后，相关部件或元件(状态量)恢复初始状态，即该部件综合技术寿命数值归零。基于以上技改大修原则，最终整站整线的技术改造原则既考虑了各设备的个体差异性，又实现了从整体角度进行决策，一定程度上解决了立项科学性、工作统筹性的问题。

3 基于综合技术寿命评价方法的技改大修策略

基于综合技术寿命评价方法的立项流程如图3所示，与现有的技改大修立项流程相比，增加了基于综合技术寿命的整站整线技改研判和单元技改研判过程。具体流程如下：首先结合整站整线综合技术寿命和其他技改需求对整站整线进行技改判断，对需要技改的整站整线进行项建判定，若否，则对其进行项建；然后，对于不需要技改的整站整线，结合其内部单元的综合技术寿命和其他技改需求对各单元进行技改研判，对需要技改的单元进行项建判定，若否，则对其进行项建；其次，对于不需要技改的单元，结合其内部设备的综合技术寿命和设备的其他技改需求对其进行技改研判，对需要技改的设备进行项建判定，若否，则对其进行项建；再次，对技改项目中的拟拆除设备进行处置，并将其录入技改大修项目储备、排序；最后，对无需技改的设备进行大修需求判定，若需要大修，可直接项建、评分、审查、立项和排序。

图3 基于综合技术寿命评价方法的电网设备技改大修立项流程图Fig.3 Flow chart of overhaul and technological transformation decisions of network equipment based on comprehensive technical life evaluation methodology

经过上述改进后，电网设备技改大修立项流程在统筹规划和整体决策方面将得到显著优化，使得电网设备整站整线式技改大修有理可循，有法可依。

4 案例分析

考虑技术维护能力、安全等级要求、环境影响等因素，得到某变电站的综合技术寿命技改阈值定为60，单元的技改阈值定为70，设备的技改和大修阈值均定为80。

4.1 变电站评价结果

变电站共52个单元，其综合技术寿命计算值分布如图3所示，根据公式(3)由各单元的综合技术寿命得到该变电站整体综合技术寿命值为41.8。

图4 单元综合技术寿命分布图Fig.4 Distribution of comprehensive technology of life Spacing unit

4.2 决策制定

由于该变电站综合技术寿命值41.8，小于该处变电站技改阈值，故无需对该变电站进行整体技术改造。本次评价的变电站内单元共52个，按照上文提及的单元决策方案，综合技术寿命超过阈值的8个单元可考虑进行技改。对于不在整体技改单元内的设备，依据统计结果，安排设备技术改造；由于寿命统计数量过大，此处不一一列出。

4.3 决策对比与差异分析

实际中，这一变电站已于2015年列入生产技改储备项目，改造的具体内容包括：(1)9台110 kV断路器更换；(2)隔离开关更换：48处线路刀闸以及主变220 kV中性点若干刀闸、110 kV中性点若干隔离开关，建议整体更换主刀电动机构和地刀手动机构；(3)互感器更换：更换110 kV电流互感器共21台。而本方法评价的结果是对综合技术寿命超过阈值的8个单元进行整体技改，效果与实际项目基本吻合，且其在项目统筹性方面优势明显。

5 结论

通过基于综合技术寿命评价方法对电网设备技改大修策略的研究，得出以下结论：（1）阐明了电网设备的现有技改大修存在的问题，指出以整站整线为对象的技改大修策略有其优越性。（2）提出了综合技术寿命评价方法，量化了各设备的技术寿命状态；进一步地，由各个设备的技术寿命状态得出单元、变电站、线路等整体的技术寿命，同时为以整站整线为对象的技改大修决策提供了定量理论依据。（3）通过对综合技术寿命评价方法的案例分析，其结果能准确反应设备的技术寿命；与现有的技改大修决策相比，体现出其立项科学性和项目统筹性的优势。

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