变压器的全寿命周期成本分析与管理

江苏中联电气股份有限公司 丁鸿远

全寿命周期成本（life cost cycle，LCC）是指在有效的产品使用周期内与产品发生所有关联的全部支出成本，不仅包含设备配置购买时所支付的成本，同时也包含设备安装、运行、管理、维护等过程所需要支付的各种费用，因此全寿命周期成本管理贯穿于设备从购置到运行直至报废的全部过程。引用全周期管理模式有助于企业的定价决策同时促进管理者更加关注长期收益和潜在收益，并以此为基础对所处大环境、行业特点以及竞争对手进行分析，深度促进企业的可持续发展。

我国电网建设投资如火如荼规模逐渐扩大，电力设备投资建设成为电力企业持续发展中的焦点，但长期以来电力企业在系统整体目标上的管理比较匮乏，相关设备生命周期成本分析比较薄弱。在电力企业发展过程中变压器是核心基础设备，对其进行全寿命周期成本进行分析可保证以最低的寿命周期成本实现最高的功能价值，同时对于配电网改造实现思路的明确，提升配电网的建设投资管理的资金利用率也有十分积极的意义。

1 变压器的特点

1.1 变压器的原理以及分类

电网运行过程中离不开变压器完成交流电压、电流及阻抗的交换，变压器是整个电力系统电压电流升高或降低的基本保障，其主要组成是磁芯和线圈，原理在于利用电磁感应产生交流磁通，进而由磁圈感应电压、电流并完成转换。变压器种类较多，可根据不同的构成形式和不同功能原理进行划分，其中调压变压器、中频变压器、三相变压器及密封式变压器等最为常见，在电网建设过程中可根据不同的需求进行选择。伴随着城乡电网的不断改造，变压器装备得以升级，与之相对应的全寿命周期成本格局也在悄然改变[1]。

1.2 变压器基本特点

1.2.1 技术柔性比例高

变压器的制造过程以手工为主、因此柔性技术占比较大，在对其进行试验的过程中常规手段难以保证技术标准，未能真实反映变压器的基本性能指标，所以通常会引用诸多手段来辅助完成试验弥补来保障试验标准和出厂投运的根本指标，但过程中弹性因素较大，众多的试验成本和手工技术操作导致整体的运行以及安装成本大大提升。对于变压器来讲，制造成本的升高提升了安全裕度，但相应的运行成本也随之越低；反之，制造成本的降低导致相关安全裕度变小，后期的运营成本难免会有所增加[2]。

1.2.2 运行成本突出

相关调查研究显示，以30年的寿命周期为计算，变压器运行使用过程中所产生的运行维护成本是整个制造成本的7～8倍，运行过程中产生的检修维护费用及能源消耗的费用占据整个变压器原始价值的20%左右。以能源消耗为例，变压器是整个输变电网设备中能源消耗大户，其运行过程中的消耗占电网总发电量占比3～5%，大量能源消耗违背了节约用电的初衷，降低变压器的能源消耗迫在眉睫。

另外，在变压器运行中相关噪声治理及技术改造等额外费用突出。变压器工作运行期间产生噪音较大，随着环保意识、法律意识的提升，对运行过程中的变压器进行环保制约成为必然。变压器产品标准与当今环保标准规定具备较大差异，因此须采取相关措施对其进行噪声治理，通常通过设备改造和辅助设备的增加完成，常见措施包含减震、降噪及隔音等，都会导致巨大的环保成本支出。更为重要的是，变压器的工作运行所需承担的安全保障不容忽视，尤其对于城市中心及重要场所的变电站来讲，一旦变压器运行期间发生事故后果不可估量。

1.2.3 报废残值高

设备在完成用周期的使命后都会接受报废措施，在电网系统中变压器的报废产值较高，变压器制造成本较为突出，相应的制造材料也较密集，其主材主要为市场贬值有限、回收价格较为突出的钢硅片、铜金属材料及变压器油等，且整个变压器在使用过程中不会产生过多磨损，因此在其报废后进行拆解所旧材料的回收利用率高达100%。因此变压器的报废残值异常明显，这也对整个生命周期的成本管理产生了深远影响[3]。

2 变压器全寿命周期成本分析

2.1 变压器全生命周期成本管理LCC模型的建立

对变压器进行全寿命周期成本管理的根本目标在于保证其安全性、可靠性的同时在寿命周期内全部成本的集合，最终出发点就是设备成本最低但工作效率最佳。根据当前电力电网建设运行的基本特征，整个变压器全寿命周期成本模型的构成应包含初始化建设成本、运行维护成本、供电中断损失处罚成本以及设备报废残值。变压器全生命周期的初始化建设成本，包含电站基础工程建设和变压器选型以及安装成本；而运行维护成本最为复杂，包含所有变压器运行过程当中涉及到能源消耗成本、运行人员和维修人员的费用、设备故障检修费用以及设备改造优化等过程中所产生的技术成本及改造成本。

2.2 变压器全寿命周期成本分析

2.2.1 初始化建设成本

变压器的初始化建设成本包含变电站的规划设计及变压器的选型和安装，不过各个变电站的改造设计较为频繁，所以在设备迁移及选购上造成了巨大的成本提升。只有充分考虑最初投资成本，才能够推进变电站建设的安全、经济、稳固、可靠、先进、统一的发展。实际上在变压器始化建设的过程中的成本支出属于一次性投入，但整个过程当中影响因素众多，应当进行全面综合的考虑。

以变压器选型为例，当前的变压器有诸多型号配置，在选择过程中应综合考虑其冷却方式、调压方式及绝缘介质等技术指标，同时对出现方式进行规划。如当前变压器的配置有全容量配置、分级容量配置及自耦方式三种配置，其优缺点各异、适用范围不同，因此选型时须结合变电站实际需求进行选择；变压器设备的安装方式有室外安装、室内安装及地下安装三种选择，通常室外安装占地面积大、土地费用支出较多，室内安装尽管占地面积小但相应的建设费用支出较大，地下安装并不常见、不仅安装成本高且运营维护困难。整个变电站的建设应以周期短、见效快为基本原则，同时进行合理的建设周期，具备超前的选型规划意识，最大限度地避免日后改造及使用过程所造成的成本支出。

2.2.2 运营维护成本

在变压器的全生命周期中，运行维护过程有着时间跨度大、组成结构复杂、管理要求高的特点，所以也是整个成本分析中最为重要的一环。该过程的支出主要包括人员费用的支出、设备费用的支出及运行过程中的能源消耗和其他支出，能源消耗是整个变压器工作运行的基础，在全新的能源节约和环境保护的前提下，节约能源、合理配置能源已成为必然的发展趋势。在变压器的运行维护期间所产生的人工费用也较复杂，包含管理层也包含基层，既包含安装调试费用，同时也包含日常的抢修检测及巡检等所有过程中需要的人工报酬，整个报酬支出包含技术报酬也包含劳动力。实际上在变压器运行维护期间各种故障的产生在所难免，需消耗的配件设备成本也是重要组成。另外在变压器全寿命周期内其他支出占比整体投资也不容忽视，其中包括变压器投保的费用、造成污染所产生的环境管理费用等。

2.2.3 故障惩罚成本及报废残值价值

故障处罚成本主要是因一些特殊情况造成供电中断而产生的损失，在变压器运行过程中导致供电中断的原因，主要有负荷增大导致变压器容量不足而产生的跳闸损坏而引发的停电事故，另外相关设备的自然老化引发的故障停电也是主要停电原因。电力供给是整个民生保障的重要组成，无论是工业用电还是民用电都要具备较高的可靠性和安全性，伴随着用电敏感护的逐渐增多，一旦产生停电现象，不仅供电部门的售电收入有所影响，对众多用户造成的影响也是难以估量的。尽管供电的中断不需对用户进行经济补偿，但相关影响也是十分不利的。

变压器的报废残值价值构成比较简单就是指其报废退役时产生的可回收的价值，整个回收的价值根据市场实际情况进行评估，因为变压器属于密集型材料产品其报废后的残值相对于其他设备报废占有一定的优势。

3 全寿命周期成本理论基础上的变压器成本优化策略

3.1 加强成本控制，保证基础建设成本最优化

成本的控制主要构成是基础建设的控制、设备选型的控制及安装成本的控制。整个控制过程中应结合实际电建设需求，在保证基础建设最优化的同时完成投资优化策略的制定。在变电站基础建设时应综合考虑实际运维情况进行站址的选择，同时结合周边用户需求制定合理的建设计划，在有效解决电网可靠性、安全性问题的基础上保证经济指标。变电站建设直接关系着整个电网的运行效益和企业效益，所以最根本的要求就是保证变电站的长时间稳定，防止重复改造迁移，在统一技术和管理的条件下制定符合实际的规划方案。

在设备选型上应综合考虑多种元素，即便成本控制是重中之重也不应盲目追求成本控制而忽略了质量提升。因此在对变压器的选择过程中首先应遵循的原则就是坚持技术成熟、稳定性良好、不良率低的设备选择；其次结合变压器的布置方式、绝缘介质的构成、冷却方式以及调压方式、出线方式等综合指标进行选购，结合实际用电需求，综合对比各类型、各功能变压器优势和劣势，绘制出一张全面的设备选择要点框架，经调查研究试验完成最后选择方案的敲定。变电站经济容量与供电半径主要由变压器决定，而变电站供电半径将影响变电站进线长度和下级配电站的数目，所以在考虑本变电站与出线的经济参数的同时，还应综合上下级网络的相关经济参数进行考量。在对变压器进行采购或安装过程中须严格按照国家标准及行业规定进行操作，保证技术规范、保证质量评价、保证招标施工质量，防止偷工减料，粗制滥造的现象产生。

3.2 加强运行管理，保证运行维护成本最低化

实际上在变压器的全生命周期中最大的成本体现在运行管理过程，变压器的运行管理过程较复杂，既包含设备本身也包含周边衍生。随着电网建设的扩大加快，运营维护成本也越来越大，在管理过程中应以LCC最小目标为根本，建立日常维护费用模型，从多方面入手保证运行维护成本的最低化。另外，整个运行过程中变压器的故障产生具有随机性和不确定性，因此首先经科学手段对变压器运行过程中可能产生的故障进行预判，对变压器的失效过程进行充分了解并能对潜在的故障进行分析，同时建立严格的监督管理机制，采取预防性维护、可靠性维修的技术促使变压器发挥出最大的经济价值和综合效益。

另外采取一些外部措施，通过对设备运行要求的改善具备一定的经济效益，如通过加装消弧线圈实现变压器短路电流的降低；经隔音装置的加装善设备噪声产生的巨大影响实现环境管理成本的降低。通常这些措施的采取对运行成本影响较小，但对变压器品质的提升并没有作用。

3.3 加强整体管控，保证故障停电损失最小化

停电故障具备突发性和偶然性，除用电需求的增大，对电网系统本身有着较高的依赖性。如很多老旧变压器性能差、可靠性低、故障率高，运行过程中常引发停电故障，另外一些突发事件如火灾发生等也会造成大范围地停电。实际上很多问题不是一蹴而就的，很多变压器轻微的故障不至于立即造成停电事故，但如任其发展长期积累的故障必然会造成重大损失。想要有效避免该种问题，应集中进行管理，综合多种元素根据用户实际需求探究用电负荷发展以及波动特性，加强巡检进行故障排除，将更高的供电可靠性提供给用户。

综上，变压器全寿命周期成本包含众多影响因素，但最重要的是变压器本身质量，想实现很好的控制还应从设备选择入手，使其优势得以最大发挥，尽可能地避免或降低故障发生概率，从而促进整个电网的稳定运营。而想要实现全寿命周期内成本最低的管理，应从技术、经济等方面全面进行优化，以变压器的选型、维护为最佳策略，注重管理过程中的信息反馈，结合实际情况采取积极的预防措施。