基于经济寿命模型的架空线路设备更换分析

黄道友 李建青 张征凯 康健 李新磊 张云云

（1.安徽省电力有限公司，安徽合肥 230602；2.国网安徽经研院，安徽合肥 230602；3.中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司，安徽合肥 230602）

1 引言

设备的经济寿命：依据经济学原理，结合LCC等分析，通过设备的原始价值、运维成本、检修成本、故障成本等可以理论计算出设备退役更换综合成本最优的时间，也就是指设备从全新状态安装投入使用之日起，到其综合成本最低而退出运行为止的时间。

设备投运后，使用的年数越多，每年分摊的投资越少；而设备缺陷、故障会不断增多，设备的维护检修费用会逐步增加。通过设备投资费用曲线和使用费用曲线，可以找到设备综合成本最低的时点，也即是设备的经济寿命。设备如能在经济寿命附近进行报废更换，并按此优化电网企业的技改大修策略，就能逐步实现综合成本最优化及效益的最大化。经济寿命模型曲线如图1所示。

2 经济寿命模型构建

2.1 经济寿命模型维度

根据设备从规划设计到退役处置的全寿命周期流程，从以电网实物资产管理为基础的生产业务流角度出发，进行设备寿命周期成本划分。以往资产评价报告中的经济寿命计算的费用包括大修费用、运维成本、抢修费用、单台资产原值、资产残值，存在费用组成较粗、没有组成框架、费用类型待补充、取数规则不明确等问题，结合资产全寿命周期成本LCC，考虑管理的方便性，构建设备经济寿命周期成本框架。主要的改进点为：一是将设备经济寿命周期成本分为获得（C1）、持有（C2）和退出（C3）三个阶段，即C=C1+C2+C3，C1与采购建设阶段匹配，侧重由项目管理部门进行管理，C2与运行维护阶段匹配，侧重由运维检修部门进行管理，C3与退役处置阶段匹配，侧重由物资和财务部门管理；二是对每部分的成本组成进一步细化；三是考虑到备品备件和再利用设备在库期间的成本支出，在持有（C2）阶段增加了闲置成本（C24）；四是对每项成本按照生产业务实际进行专业描述。各项成本组成如图2-1所示。

2.2 经济模型公式设计

图1 经济寿命曲线图

表3-1 某220kV架空线路经济寿命周期成本（单位/万元）

投运年份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 C 1 85 85 85 85 85 85 105 105 105 105 105 105 C 21 3.7 3.7 3.7 3.7 3.7 3.7 4.7 4.7 4.7 4.7 5.2 5.2 C 22 0 0 5.4 0 0 0 6.3 0 0 0 6.5 0 C 23 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C 24 0 0 0 0 0 0 0.2 0 0 0 0 0 C 31 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C 32 0 0 0 0 0 0 0.2 0 0 0 0 0 C 33 0 0 0 0 0 0 4.6 0 0 0 0 0投运年份 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 C 1 105 105 105 105 141 141 141 572 572 572 572 594 C 21 5.2 5.2 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 6.2 6.2 6.2 6.2 6.2 C 22 0 0 0 0 6.9 0 0 7.6 8.8 24.7 18.6 12.5 C 23 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C 24 0 0 0 0 0.3 0 0 1.3 0 0 0 0.1 C 31 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C 32 0 0 0 0 0.2 0 0 0.4 0 0 0 0 C 33 0 0 0 0 5.8 0 0 10.7 0 0 0 0

表3-2 某220kV架空线路年平均总费用（单位/万元）

投运年份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12年均资产平均值 85.0 42.5 28.3 21.3 17.0 14.2 14.3 13.1 11.7 10.5 9.5 8.8年均运维检修费 3.7 3.7 5.5 5.1 4.8 4.6 5.6 5.5 5.4 5.3 5.9 5.8年平均总费用 88.7 46.2 33.8 26.3 21.8 18.8 19.9 18.6 17.0 15.8 15.4 14.6投运年份 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24年均资产平均值 8.1 7.5 7.0 6.6 8.0 7.8 7.4 28.1 27.2 26.0 24.9 24.8年均运维检修费 5.8 5.7 5.7 5.7 6.2 6.1 6.1 6.6 7.0 8.1 8.8 9.2年平均总费用 13.9 13.2 12.7 12.3 14.1 14.0 13.5 34.7 34.2 34.1 33.7 34.0

图2-1 设备经济寿命周期成本组成

基于以上设备经济寿命周期成本组成分析，与LCC全寿命周期研究的经济寿命模型差异在于，设备成本在寿命周期内除处置收入外，均为其损耗费用，因此采用C1-C33作为损耗成本基值，运维检修费Pt应包含整个寿命周期内的运维成本、检修成本、故障处置成本和闲置成本、提前退出成本、处理成本。

经济寿命模型（Economic Life Model）,在不考虑资金时间价值的基础上计算设备年均总费用C n，使Cn为最小值对应的 Min(Cn)就是设备的经济寿命。其计算式为：

式中：

n=1,2,3，…，n

Min(Cn)——N年内设备的年平均总费用最小值。

C1——获得成本

Pt——至第N年的设备运维检修费。

C33——处置收入

Pt= C21+C22+C23+C24 +C31+C32[A2]。

其中：

（1）C1获得成本主要指期初投入(资产原值)，包括基建、技改两种形式。期初投入由项目前期费用、项目设计费、土建费用、设备购置费、安装费用、投产费用和其他费用等组成。（2）C21运维成本包括日常巡视成本、倒闸操作成本、运维消缺成本、设备维护成本、带电检测成本等。（3）C22 检修成本包括维修成本、消缺成本、专业巡视成本等。（4）C23故障处置成本包括故障恢复成本（抢修费、保险赔偿费等）、故障损失成本（停电损失费、社会负面影响成本等）等。（5）C24闲置成本包括仓储维护成本（维护费、仓储费等）、其他成本等。（6）C31为提前退出成本。（7）C32为处理成本（招标费、拆卸费、运输费、仓储费等）。（8）C33为处置收入（调拨或报废收入）。

图3-1 某220kV架空线路经济寿命曲线

模型样本采集说明：可采用包含多台运行年限超过设计寿命的主变等主设备取平均值。

3 经济寿命计算

以某220kV架空线路为研究对象，其经济寿命计算数据如表3-1所示。

根据上述数据及公式，可以计算出年均资产平均值和年均运维检修费用，进而计算出年平均总费用，具体数据如表3-2所示。

由此可以得到某220kV架空线路经济寿命曲线，如图3-1所示，其经济寿命为16年。

4 经济寿命模型应用

通过经济寿命模型，我们可以更加科学地、合理地进行电网的规划工作，本节针对经济寿命模型，具体提出了如下应用场景：

4.1 基于经济寿命模型的设备更换分析

通过经济寿命模型，计算出设备的经济寿命，可以在设备到达经济寿命前，便进行更换设备的相关准备工作，从而使得设备的年均总费用最低的同时，使得整体工作进行地更加高效，具有较强的针对性。

4.2 延长设备经济寿命的方法

通过经济寿命模型，我们可以得知，影响经济寿命的主要因素有：获得成本、运维成本、检修成本、故障处置成本、闲置成本、提前退出成本、处理成本和处置收入，针对上述因素，我们可以在控制成本和增加收入两方面，从而进一步增加设备的经济寿命。

4.3 经济寿命模型的改进

资金具有时间价值，但上文中的经济寿命模型却并未进行考量，因此，考虑资金的时间价值（可参考银行同期利率）后，上述经济寿命模型计算出来的经济寿命才会更加精确；进一步地，为了使得经济模型更加准确，我国的通货膨胀因素也要在经济模型中有所考量和体现。

4.4 经济寿命模型的进一步发展

经济寿命仅在费用（包括成本和收入）这一项有所考量，为了使得电网的规划与建设更加科学，我们可将价值工程这一概念引入到电网的规划与建设中。

价值=功能/成本

其中，功能指产品或劳务的性能或用途，即所承担的职能，其实质是产品的使用价值。其中，成本指产品或劳务在全寿命周期内所花费的全部费用，是生产费用与使用费用之和。

引入价值的概念后，我们不但可以从成本的角度考虑设备的经济寿命，还可以从价值的角度考虑设备的更换等。