10 kV开关柜维修和技改策略的分析与探索

肖 洋，刘旭明，黄玉忠，李 帅

（深圳供电局有限公司，广东 深圳 518020）

10 kV开关柜维修和技改策略的分析与探索

肖 洋，刘旭明，黄玉忠，李 帅

（深圳供电局有限公司，广东 深圳 518020）

介绍了电力设备全寿命周期管理理论，通过对比分析10 kV开关柜定期维修与技改的全寿命周期成本，探索出对该类设备定期开展大小修为优选策略，为供电企业对10 kV开关柜的管理工作提供探索性的数据支持和参考。

全寿命周期；10 kV开关柜；维修；技改

0 引言

随着我国电网的快速发展，传统的资产管理方式暴露出越来越多的问题，供电企业往往只重视初始投入，而未能从设备整个寿命周期的角度来考虑成本，从而造成大量资金浪费。

中国南方电网公司近年来引入资产全寿命周期管理的理念，并在中长期发展战略中对提升资产管理能力提出了新要求。某供电局根据南方电网公司的相关要求，对资产管理工作提出了明确的目标和举措。

1 全寿命周期理论

全寿命周期成本（Life Cycle Cost，LCC）理论将固定资产相关费用支出加以分析，构建了以下模型：

式中：CI——投入成本，包括采购及建设成本（Investment Costs）；

CO——运行成本（Operation Costs）；

CM——维护成本（Maintenance Costs）；

CF——故障成本，也称惩罚成本（Outage or Failure Costs）；

CD——废弃成本（Disposal Costs）。

电力设备寿命周期理论（Electronic Equipment Life Cycle Concepts）是将电力设备的寿命周期划分为购置、运行、维护、修理、更新、报废等几个重要阶段，主张按照其寿命周期的运行规律，找到设备的标准运行状态及关键控制点。

上述理论的研究体系较为完善，注重LCC的定量分析，强调通过建立数学模型来进行全寿命周期成本的定量分析，从而对资产从设计、购置、运行、维护直至退役等全过程系统管理，合理利用资产的生产能力，降低成本，实现资产效益最优。

2 10 kV开关柜设备运行现状

2.1 高压开关柜的组成

高压开关柜是由高压断路器、负荷开关、接触器、高压熔断器、隔离开关、接地开关、互感器及站用变，以及控制、测量、保护、调节装置，内部连接件、辅件、外壳和支持件等组成的成套配电装置，其内的空间以空气或复合绝缘材料作为介质，用于接受和分配电网的三相电能。

2.2 10 kV开关柜数量统计

某供电局西部片区现配置10 kV开关柜的变电站有102座，10 kV开关柜数量为6 989台。10 kV开关柜的运行年限在1-18年之间，对应数量分布如表1所示。

2.3 10 kV开关柜缺陷率统计分析

通过梳理2010—2014年各运行年限10 kV开关柜缺陷数量（见表2），绘制了10 kV开关柜运行年限与缺陷率统计图（见图1）。

表1 10 kV开关柜运行年限对应数量统计

表2 2010-2014年各运行年限的10 kV开关柜缺陷数量统计

图1 10 kV开关柜运行年限与缺陷率统计

由图1可见，运行1-4年，开关柜缺陷率较低，平均为0．394个/（百台·年）；从第5年开始缺陷率明显提高，运行5-9年的开关柜平均缺陷率达到3．320个/（百台·年），是前4年的8．4倍；运行10年之后，平均缺陷率达到6．179个/（百台·年），是5-9年平均值的近2倍。

3 10 kV开关柜维修与技改策略的对比分析

3.1 维修和技改的定义

设备维修是电力企业安全生产管理的重要组成部分，也是设备运行使用过程中费用的主要来源。维修的目的是消除设备经常性的有形磨损和排除设备运行过程中的各种故障，以保持设备在其寿命期内保持必要的性能，发挥正常的效用。维修可分为日常维修、小修和大修等几种形式；根据维修策略的不同可分为事后维修、预防性定期维修、状态检修等。

技术改造是指应用现代科学技术成果和先进经验，改变现有设备的结构，装上或更换新的部件、装置和附件，以补偿设备的有形和无形磨损。通过技术改造，可以改善设备的技术性能，增加设备的功能，使设备达到或局部达到新设备的技术水平。南方电网公司的生产技术改造通常是指对满足相关条件的设备进行整体更换。

3.2 10 kV开关柜维修和技改成本分析

根据开关柜缺陷率的统计并结合开关柜的结构原理分析可知：

（1） 开关柜运行5年后，主要由于电气元件故障频发导致缺陷率飙升，可通过南方电网公司《电力设备检修规程》中规定的B类检修，即通过对开关柜开展停电类的局部检查、维修、更换和试验工作，来提升开关柜运行稳定性；

（2） 运行10年以后，由于机构部件磨损、绝缘件老化以及电气元件故障等情况加剧，缺陷率进一步提高，此时只能通过大修或技改来提升设备的可靠性。

对此，以1台开关柜为例，综合分析比较了其在运行10年的节点上分别选择大修和技改策略的全寿命周期成本。

3.3 维修和技改方案费用预算

3．3．1 CI（投入费用）

（1） 开展大修。即《电力设备检修规程》中所谓必要时开展的A修，在B修的基础上增加柜体、断路器以及机构的解体大修等工作，1台开关柜约需费用4万元。

社会在发展，时代在进步，国民经济得到质的提升，民众生活水平也在不断提高，旅游成为人们日常消遣的一种生活形式。消费者群体中，80后和90后是消费主体，此类旅游者对旅游服务提出了更多的要求，在此背景下，促进了旅游文化多元性和旅游文化个性化的发展。老旧式旅游管理一般情况存在信息闭塞现象，不能对旅游主体要求进行全面把控。大数据在各个行业领域中广泛应用，创新了传统旅游管理思想以及运行模式。当前市场环境下，旅游大数据管理凭借相关信息收集和分析操作，将复杂数据简单化，找寻规律的同时强化游客体验感，创新旅行方式，而后通过高度融合与协同等，实现景区与管理运营二者的数字化发展与智能化发展。

（2） 进行技改更换。投入费用包括设备购置费和设计、安装、调试及监理等费用。以1台4 kA进线开关柜为例，参考《南方电网公司电网工程主要设备材料信息价》，购置费用为17万元，设计、安装、调试及监理等费用平均约5万元，则投入费用总计22万元。

3．3．2 CO（运行费用）

常规运行损耗和设备巡视等费用约0．01万元/（台·年）。

3．3．3 CM（检修维护费用）

根据南方电网公司《电力设备检修规程》要求，开关柜在6年时限内须开展1次B修；根据深圳供电局缺陷率统计分析情况，每5年对开关柜开展B修，对断路器室、母线室、电缆室、断路器本体、机构、动静触头或刀闸等部件进行维护和检测，费用约0．2万元/台。

3．3．4 CF（故障费用）

若每5年仅对开关柜开展B修，在前10年，开关柜缺陷率可保持在1-4年的平均水平，即约0．004个/（台·年），相应的费用为0．004×0．736= 0．002 944万元/（台·年）。运行10年后，由于B修仅能有效解决电气元件和普通机械故障，即B修可降低缺陷率为0．033 2-0．003 94=0．029 26个/（台·年），则相应缺陷率为0．061 79-0．029 26= 0．032 53个/（台·年），费用为0．032 53×0．736≈ 0．023 94万元/（台·年）。另据统计，开关柜运行10年后平均每年因绝缘老化、触头磨损等缺陷和隐患导致炸柜烧损故障所产生的费用约150万元，每台开关柜由于故障产生的费用为150/6 989=0．021 46万元。则故障费用总计为0．023 94+0．021 46=0．045 40万元。

若按照5年B修，10年A修对开关柜开展运维，缺陷率可以维持在1-4年的平均水平，即约0．004个/（台·年），则产生的费用为0．004×0．736=0．002 944万元/（台·年）。由于定期开展A修，可有效解决绝缘老化、主回路活动导体磨损等问题，开关柜基本不会发生炸柜烧损等故障。

3．3．5 CD（废弃费用）

深圳供电局规定开关柜设备折旧年限为12年，期间等价折旧；满12年后，残值率始终为5 %。

开关柜10年前初始购置费用为15万元，运行10年时残值率为20．83 %，则设备剩余价值为15×20．83 %=3．125万元；运行12年后设备残值回收费用为15×5 %=0．75万元。

技改更换的新开关柜初始购置费用为17万元，运行12年后设备残值回收费用为17×5 %=0．85万元。

3．3．6 维修和技改方案成本计算分析

根据南方电网公司《主网技改项目准入及预算标准》的指导意见，开关柜使用寿命为30年。开关柜在运行10年时若开展大修，则剩余寿命为20年；若进行技改，则更换后的开关柜寿命为30年。

（1） 维修方案下，在5年节点开展B修，10年节点开展A修，初始投资表示为：维修方案初始投资=维修过程费用+设备剩余价值。设备剩余寿命周期的各部分费用如表3所示。

（2） 技改方案下，每5年需开展B修，设备寿命周期各部分费用如表4所示。

（3） 各方案年均成本比较如表5所示。

对比可见，对开关柜定期进行A，B修年均成本最低，为0．551万元，较技改方案年均成本节省28．8 %。

4 结论

（1） 对于10 kV开关柜采取维修策略，在5年节点开展B修，10年节点开展A修，相应的LCC成本和设备运行状态均优于技改策略。

（2） 对于不同期望寿命的设备的LCC成本计算，应该比较各方案在决策年以后的期望寿命内的年均成本的大小，这样较为合理、客观。

表3 维修方案下设备寿命周期费用 万元

表4 技改方案下设备寿命期费用 万元

年数　CI年值CO年值CM年值CF年值CD年值　　合计15　0　0．01　0．2　0．038　0　0．248 16　0　0．01　0　0．038　0　0．048 17　0　0．01　0　0．038　0　0．048 18　0　0．01　0　0．038　0　0．048 19　0　0．01　0　0．038　0　0．048 20　0　0．01　0．2　0．038　0　0．248 21　0　0．01　0　0．038　0　0．048 22　0　0．01　0　0．038　0　0．048 23　0　0．01　0　0．038　0　0．048 24　0　0．01　0　0．038　0　0．048 25　0　0．01　0．2　0．038　0　0．248 26　0　0．01　0　0．038　0　0．048 27　0　0．01　0　0．038　0　0．048 28　0　0．01　0　0．038　0　0．048 29　0　0．01　0　0．038　0　0．048 30　0　0．01　0　0．038　-0．85　-0．802总计　22　0．3　1　0．78　-0．85　23．23

表5 开关柜维修技改方案下的年均成本

1 赵 宏．基于LCC的输变电设备维修与技改综合优化的研究［D］．北京：华北电力大学，2009．

2 Takata S， Yamada A， Inoue Y． Life cycle cost［C］．Proceedings of First International Symposium on Environmentally Conscious Design and Inverse Manufacturing，Tokyo， Japan，1999．

3 Pecht M G， Das D． Electronic part life cycle［J］．IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies，2000，23（1）：190-192．

4 张引弘．电网企业固定资产全寿命周期管理研究［D］．北京：华北电力大学，2009．

5 中华人民共和国国家发展和改革委员会．DL/T404—2007 3．6 kV-40．5 kV交流金属封闭开关设备和控制设备［S］．北京：中国电力出版社，2008．

6 傅家骥，仝允桓．工业技术经济学［M］．北京：清华大学出版社，1996．

7 束洪春．电力系统以可靠性为中心的维修［M］．北京：机械工业出版社，2009．

2015-11-26；

2016-04-08。

肖 洋（1986-），男，工程师，主要从事全寿命周期理论的变电设备运维策略的研究、变电设备改造策略及典型缺陷分析工作，email：396198660@163．com。

刘旭明（1970-），男，高级工程师，主要从事变电设备运维及大修技改策略、变电设备在线监测技术的应用和研究工作。

黄玉忠（1975-），男，工程师，主要从事变电设备运行维护策略以及基于全寿命周期理论的大修技改策略的研究工作。

李 帅（1984-），男，高级工程师，主要从事变电一次设备大修技改策略以及基于全寿命周期理论运维策略的研究工作。