基于全寿命周期成本的变电设备技术改造工程应用研究

2021-12-06苑经纬罗西云

东北电力技术 2021年11期

苑经纬，王勇，张哲，罗西云，赵鼎

(1.国网辽宁省电力有限公司，辽宁沈阳 110006；2.国网沈阳供电公司，辽宁沈阳 110003；3.南京南瑞信息通信科技有限公司，江苏南京 211100)

随着电力企业快速发展和资产规模增加，资产密集型能源公司不断将新的想法、技术和管理工具引入资产管理。全寿命周期管理是目前国际和国内各行业，尤其是装备制造、电网等资产密集型企业普遍使用的一种先进的资产管理理念。全寿命周期成本LCC(Life Cycle Cost)方法比选已成为各类基建、技改项目可研阶段的重要组成，并贯穿资产管理的全过程。现阶段，运行成本分析以估算为主，导致单体设备LCC分析缺乏实际运行成本的量化数据支撑，分析结果运用价值不高。收集单体设备的成本是开展LCC评估的难点和深化LCC管理的一项重要任务，有助于进一步优化设备运维检修策略，提高设备在运维检修阶段的精益化管理水平。

1 LCC方法应用现状

LCC管理以设备寿命为研究对象，以LCC为评价设备管理的重要经济指标，寻求LCC优化[1-2]。LCC方法基于资产全寿命周期进行思考,建立一种管理理念和方法,减少各阶段决策、设计、建造、运营和维护的成本。LCC方法在电网设备应用中已有一定的基础，包括对变电站改造的经济评估、对电网绝缘方案的选择、变电站设备的选择等。应用范围和内容主要包括4部分：①设备的选型、采购；②设备维修策略；③设备升级改造；④设备寿命的评估和延长。

a.国外现状

LCC方法已经在美国、法国、瑞典、英国、日本、澳大利亚等发达国家的电力公司中成为日常经营的管理体系，渗透到火电、水电、核电以及新能源的建设项目，输变电设备的运行分析与维修管理等领域中。美国电力研究院(EPRI)提出了“最长的寿命不一定是最优的寿命”的理念，用长远的目光综合考虑LCC方法并逐步推进。

b.国内现状

目前，LCC方法在电力系统中的研究主要集中在单体设备评估以及运行维护应用。LCC方法注重于设备在资产全寿命周期内的全面管理，将资产价值划分为初始投资成本、运营成本、维修成本、故障成本和回收成本。在此基础上，对设备的可靠性、经济性以及LCC方法与维修策略进行探讨研究[3-4]。

2 LCC方法应用意义

2.1 未应用LCC方法的劣势

随着国家经济和电力新技术快速发展，一些旧变电站面临着产能不足、设备老化和技术落后等问题，无法满足该地区的电力需求，迫切需要更新和改造。变电设备的改造直接关系到变电站供电可靠性和经济性评价，因此对这些旧设备尤其是异常老化或内部失效的设备进行更新改造是电力企业关注的重点。然而在我国普遍存在资金短缺、能耗设备更新的概念尚未深化的问题；同时也存在购买一套低损耗、一次性投资大的新设备和维修改造一套大损耗、一次性投资小的设备的两难选择[5]。无法实现设备更新改造费用的量化，难以进行有效经济性评价。

2.2 LCC方法应用的必要性

a.现场设备精益化管理的需要

随着我国经济快速发展，不同地区的电网负荷持续增大，越来越多的设备难以满足负荷增长以及运行经济性的需求，进而引发老旧设备的技术改造需求急剧增加.为了确保每台老旧设备技术造后设备的LCC最低，急需在技改工程中引入LCC方法比选；同时充分应用实物“ID”、大数据、视频识别技术和物联网等智能技术，建立一套变电站运行维护成本类项目单体设备智能归集方法，将标准成本管理和作业管理应用到变电站资产管理中，分析财务标准成本测算与专业实际业务需求之间的差异、人资标准定员与专业实际业务需求之间的差异，加强数据的收集和整理工作，为推广LCC分析奠定基础。

b.设备质量管理提升的要求

新一轮电改要求电力企业在加快电网建设的同时，对物资设备采购质量提出了更高的要求，支撑全息招标深化应用，结合设备实物ID多码贯通数据清理成果,扩大设备LCC分析范围，提升设备LCC分析精准度，开展物资分类与供应商的设备成本分析。针对配电网物资采购，继续推进基于LCC方法的招标采购应用。

c.输配电电价改革及有效资产核定的要求

通过设备LCC模型研究，不仅可以为其他重要设备改造提供经验，还可以将该方法应用于变电站整体改造的经济评价，实现资源最佳配置。同时可借助LCC分析成果，进一步拓展深化应用，强化单台设备资产投入产出分析以及资产成本分析应用，为有效资产核定及输配电电价改革打下坚实基础。

3 LCC方法实践应用

3.1 LCC方法应用概述

近年来，电力企业越来越重视电力设备资产的投入产出效益和增值能力，引入LCC方法对电力资产进行管理，实现“强电网、优资产”的发展目标。按照《电力资产全寿命周期管理体系规范》要求，在工程可行性研究、初步设计等阶段，基于LCC方法在基建、技改、大修等过程中开展方法比选、设备选型和布置方案选择，落实风险控制措施[6]。

某变电站于1937年投运，运行时间长，220 kV设备及结构支架老旧设备非常多，其中运行超过25年的隔离开关和电流互感器老旧严重，问题较多。220 kV隔离开关经常出现发热、操作卡涩等问题；220 kV电流互感器二次绕组数量不能满足保护要求。该变电站改造工程对老旧情况严重的设备进行更换，包括更换220 kV隔离开关43组、电流互感器10台。利用LCC方法计算、优先级排序、方法比选和优化等技术方法，将风险管理、成本管理贯穿规划计划、采购建设、运维检修和退役处置各环节，实现安全、效能、成本的动态平衡优化的量化评价。

LCC管理具有系统全、费用全、流程全的特点。系统全是指打破部门职能界限，综合考虑资产管理各环节工作，以资产整体利益为出发点，寻求资产全寿命周期的最佳方案；流程全是指从计划、立项、设计到报废的资产全寿命周期，通过各个阶段实现整体的最优化；费用全是指从计划设计到废炉的全寿命周期产生的费用[7]。

3.2 变电设备LCC计算

LCC计算方法为

LCC=CI+CO+CM+CF+CD

(1)

式中：CI为初始投入成本；CO为运维成本；CM为检修成本；CF为故障处置成本；CD为退役处置成本。

a.初始投入成本

初始投入成本CI依据电网技改工程预算定额编制。CI等于设备购置费+建筑安装工程费+其他费用。设备购置费为设备实际购价、运费、投标采购过程中发生的相关费用的合计；建筑安装工程费为施工、安装与项目相关的基础设施、工艺系统、附属系统，使其具备生产功能花费的费用；其他费用为完成建设工程所需的不属于设备购置费、建筑安装工程费的费用。

b.运维成本

运维成本CO主要采用资产原值占比分摊法进行计算，按照变电运维专业近5年内的所有自营成本(包括日常维护材料成本、人力成本、机械台班成本、日常管理费用等)和外包成本的平均值计算。

CO等于计算周期(年)×平均年度运维日常费用。

c.检修成本

检修成本CM主要以作业定额测算法和历史数据推演法相结合的方式进行计算，按照变电检修专业近5年内的设备综合检修、消缺、带电检测、红外测温等工作的所有工作票、操作票、事故抢修单等记录，计算相应设备检修和故障处置成本的平均值。CM等于计算周期内维修费用的总和。主要包括设备检修相应的A、B、C类维护和试验的费用。

d.故障处置成本

故障处置成本CF等于计算周期(年)×平均故障率(年)×故障费用成本。故障费用成本为计算周期内故障成本的总和。故障处置成本已计入检修成本，本次不单独计算。

e.退役处置成本

退役处置成本CD等于设备拆除成本-设备处置收入。设备拆除成本为电网拆除工程预算定额估算；设备处置收入为同类设备最近的销售单价。

3.3 LCC方法比选

按照LCC计算方法说明，组织各方专家根据变电站现场实际情况，优选出不同设备型号的设备组合方案。2个方案不同造价的LCC方法比选，如表1所示。

表1 设备全寿命周期成本对比

由表1可知，方案1的年度平均成本为45.76万元，比方案2更合理，因此选择方案1进行改造。

4 实践应用评价

a.安全运行评价

某变电站大力营造安全生产氛围，提高人员安全生产意识。重点抓好生产现场安全生产工作责任制的贯彻落实，强化安全防范措施，结合现场实际制定设备运行、消防治安保卫、有毒有害气体防范方面的应急预案。定期组织运行人员进行设备隐患排查，每天进行设备红外线测温、标准化巡视及设备维护工作，做到问题早发现、早处理，把安全隐患消灭在萌芽状态。重大节日期间组织运行人员拉网式安全大检查，确保安全生产正常运行，营造人人讲安全、人人求安全、人人知安全的氛围。根据《变电站管理制度》要求，规定电气设备的运行巡视、操作和异常事故处理的基本要求和原则，保障了变电站设备日常运行维护。某变电站的工作票、操作票合格率均为100%。

某变电站改造后，生产运行稳定，安全形势良好，未发生因设备及运行问题导致的停电事故。运行多年已严重老化的电流互感器、隔离开关更换后，新设备运行状况正常良好。投运后220 kV隔离开关绝缘爬电比距和爬电系数、回路电阻、分合闸操作、电动机运行、防误装置及机械闭锁等状况正常良好，无振动声响及放电等异常情况。投运后220 kV电流互感器电流比、外绝缘防污闪水平、末屏绝缘、本体温升、密封性、油位等状况正常良好，无异常声响等情况，满足保护要求。该变电站运行安全可靠稳定，消除了安全运行的重大隐患。

b.社会经济效益评价

某变电站进行过多次局部改造，设备运行状况参差不齐，构架新旧不一，接线方式极为复杂。此次大规模改造是在边生产、边改造情况下进行，具有工作量大、作业繁杂、涉及专业多、系统运行方式薄弱等特点，工程施工难度大、安全风险高、跨度时间长。在无任何经验可以借鉴的情况下，安全有序、高质量、高标准地完成了此次更新改造重要任务，圆满实现了“零违章施工”、“零缺陷移交”、“零故障投运”、“工程质量创国网优质”的安全和质量目标。该变电站改造意义重大，通过对变电站老旧设备进行更换，以全面满足广大用电客户负荷日益增长为要求，更好地服务地方经济建设，为用电客户提供安全、可靠的供电质量。为经济发展和居民生活水平提高做出了重要贡献，创造了巨大的社会经济效益。

c.环境影响评价

加强施工管理，努力提高施工人员的环境保护意识，杜绝对施工人员流动管理不规范和作业方式不合理而造成植被和土地资源的人为破坏；避免施工人员对植被随意踩踏、焚烧；避免机械、车辆操作人员超出工作范围造成植被覆盖；避免施工材料、固体废物随意堆放掩埋植被等问题。

施工期间，按要求划定作业区域界限，在保证工程顺利开展的前提下，严格控制作业人员和机械的工作范围，尽量缩小作业面，减少破土面积。作业期间人员、机械、营区等严格按照设计集中在限定范围内，严禁乱划范围，尽量减少对植被的影响。

在设计中按照因地制宜的原则，配合绿化工程建设，在变电站建筑物的周围、道路两旁，配合建筑物的环境，采用点、线、面相结合的方式布置树丛、广场和草坪等；对所有可以绿化的地方进行绿化，种植树木和草坪，防止泥土外露，防止项目地区水土流失，改善周边生态环境，不仅美化环境，而且可以起到调温、吸尘和降噪等作用。

d.设备退役再利用评价

某变电站从安全、效能、周期成本等对设备进行全面分析。39组隔离开关运行均达到了25年使用寿命，4组隔离开关运行达到22年接近设计寿命，经常出现设备操作不灵活、卡滞，影响隔离开关正常操作，且运行中存在过热缺陷和备品备件难以购买造成配件短缺的问题，因此43组隔离开关无法再利用；10台电流互感器已运行23年，二次绕组不满足二次保护及反事故措施要求，同时存在无0.2s级绕组的情况，设备老旧，缺陷、故障率明显增多，维修成本偏高，安全隐患较大，已经无法再利用。该变电站退役的隔离开关和电流互感器已无再利用价值和意义，全部进行报废处理。

e.工程后评价

工程后评价工作在主管及有关部门的主持和领导下，在大量的现场调研、收集资料的准备工作及组织实施工作的基础上，通过对大量数据定量分析，本着“客观、公正、科学、实用”的原则，将实际发生的情况与原规划的方案进行一一对比，将法制性、公正性、独立性、可信性、实用性贯穿于后评价工作的全过程。尽可能全面总结改造过程的成功经验和失误教训，对成功经验进行提炼，对不足的方面分析其形成原因并提出有益的意见，为今后工程项目的决策和管理水平提供有效指导和借鉴。

5 LCC方法推广应用前景

本文对LCC管理进行初步探索，在未来研究中仍然存在很多需要解决的难题。首先，LCC方法具有影响因素多、不确定性大以及寿命周期长等特点，针对问题的主要影响因素，收集和统计相关参量的数据进行深入分析，是LCC管理研究的关键；其次，在动态维护成本的检修优化策略中，如可靠性和维修成本的数学模型还可以对一些随机因素进一步研究；最后，本文仅对单台设备的LCC方法进行研究，而结合变电站的布局分析并优化变电站整体设备的LCC方法是在未来的研究中需要解决的问题。