资产全寿命周期成本与大修技改效益分析

伍谟煊

（九江供电公司，江西九江 332000）

0 引言

随着经济社会高速发展，电力已经成为了关系国家经济社会发展命脉的战略性能源。面对新的形势，国内电力企业均加大了对电网设备的建设和投资。同时设备修理费作为生产成本项目，其支出直接影响当期损益，而技改项目支出会导致固定资产价值的变动，增加折旧费用，影响企业未来的损益。如何根据自身实际情况，积极探索大修及技改项目成本管理的新途径，成为企业迫切需要解决的问题。为此，用先进的管理理念指导科学决策，是提高发展效率和经济效益，优化资产管理策略，延长设备资产使用寿命和增收节支、降本增效的必备要求。

本文将设备寿命周期成本(LifeCycleCost，LCC)引入技改修理项目决策，建立设备从初投、运行、检修、故障以及废弃整个寿命周期过程中的所有费用预测模型，针对设备在使用过程中发生费用的不确定性，对各寿命阶段成本进行分析，确定准确科学的全寿命周期成本，达到平均LCC最低的目标，使大修技改项目决策过程更加科学合理化。

1 全寿命周期成本管理

1.1 LCC基本理论

设备全寿命周期成本(LCC)是指设备在其寿命周期内研制、生产、使用以及退役所支付的所有费用之和。从设备、项目的长期经济效益出发，将设备在其寿命周期内所耗费的全部资源，通过量化计算的方式，转化为相应的货币价值，然后累加而得。此方法科学地列出了设备在寿命周期内的一切项目及其费用，再利用统计资料的方法建立费用计算关系式和费用模型，从而可按不同需要较准确地计算出设备寿命周期费用，供决策和管理之用，其最终目标即为选择出一项相对最经济的决策去执行，降低成本，提高经济效益。

设备全寿命周期成本(LCC)主要包括投入（初投）成本(C1)、运行成本(CO)、检修成本(CM)、故障成本(CF)以及废弃成本(CD)，具体可表达为：

LCC=CI+CO十CM+CF十CD(2-1)

以断路器为例，其LCC成本包括，如图1所示：

图1 电气设备全寿命周期成本分解结构图

投入成本CI(cost of investment)主要包括设备的配置费、安装调试费和运输费。其中配置包括设备费、供货商运输费，是支付给生产厂家的费用。安装调试费包含了建筑费、电气安装费、系统调试费，是指支付给建设单位员工的人工费、安装工程必须的材料费及机械费。投入成本对设备全寿命周期成本的影响主要体现为以折旧的方式转化为费用成本，与总成本及年度折旧费用成正相关关系。

运行成本CO(cost of operation)主要包括设备能耗费、巡视检查费和在线监测费。设备能耗费包括设备日常的能源消耗费用。巡视检查费主要是人工费，指工作人员巡视设备所产生的设备和材料损耗，以及培训费、工资、特殊岗位人员的补贴等。在线监测费是指在不中断供电的情况下对设备的测试和维修等所产生的费用。

维护成本CM(cost of maintenance)主要包括例行试验费用，指支付给技术工的人工费，购置维护材料的材料费，以及使用检修所需机械的机械费等。

故障成本CF(cost of failure)主要包括故障检修费、故障损失费、返厂修理费，亦称惩罚成本，是指设备出现故障后，更换设备的本体或部件所需的成本，包括支付给设备供货方材料、专家调试费和故障导致的停电期间，电网企业由于少供电造成的收入损失以及对停电用户的停电赔偿。

废弃成本CD(cost of discard)为设备退役处理费，设备残值以负数计入，即设备资产退役后拆除、运输等费用减去变电设备报废后可回收的费用，包括设备处置成本和设备净值。退役处置成本只对总成本产生影响，与设备安全运行没有直接关系。

1.2 LCC管理的特点

全寿命周期管理要求拥有最低成本的管理。也就是说在选择和采购设备时，不能仅仅考虑设备采购成本，还需要同时考虑设备购置后产生的运行维护、故障维修、报废退役等的一系列其他费用。事实上，采购价格低往往不等于全寿命周期成本最低。电网公司LCC管理的核心内容是对设备或系统的LCC进行分析计算，以量化进行决策。另外电力系统中LCC管理体现了全周期和全方位管理的“三全”的特点：

1）全系统：打破职能部门界限，统筹考虑规划、设计、基建、运行等不同阶段的成本，以企业总体效益为出发点，寻求最佳方案。

2）全费用：考虑所有可能发生的费用，将可靠性数据差异演化为成本，在合适的可用率和全费用之间寻求平衡，找出LCC最小方案。

3）全过程：考虑从规划设计到报废的整个寿命周期，避免了临时的思想，并要求从制度上来保证LCC方法的应用。

1.3 实施LCC管理的意义

资产全寿命周期管理是国家电网公司2013年重点推进的一项工作，是以公司总体发展目标为指导，运用系统工程的方法和资产评价模型，统筹协调资产在规划、设计、采购、建设、运维、改造、报废处置等全寿命周期的管理行为和技术要求，实现资产全寿命周期内安全、效能、成本的综合最优。总而言之，LCC管理的本质就是要求决策者从宏观、长期利益的角度考虑原则和方法，关注总费用，而不仅仅是年度或某些单项经费，从而避免只注重眼前短期利益的短视行为。

2 基于LCC的技改大修项目优选模型

断路器在电网公司固定资产中占有较大比重，在断路器使用寿命的中后期对其进行大修或技改的科学判断，可防止一味追求新技术、新产品而盲目更换新的断路器。在220 kV六氟化硫断路器全寿命周期成本的基础上，研究大修技改策略，有利于把握技改前后的资金投入，对断路器的技改方案做出更合理经济的决策，从而降低资产全寿命周期成本，提高其技改决策的精益化管理水平，提升公司的总体效益。因此，本文在参阅大量文献和前人相关经验的基础上，构建了220 kV六氟化硫断路器的大修技改项目决策模型。

2.1 大修技改项目决策模型

2.1.1 设备故障浴盆曲线

浴盆曲线是指产品从投入到报废的整个寿命周期内，其可靠性的变化呈现的规律。事实证明大多数设备的故障率是随时间变化的函数，而典型故障曲线又称之为失效率曲线，俗称浴盆曲线(Bathtub⁃Curve)。如果取产品的失效率作为产品的可靠性特征值，它是以使用时间t为横坐标，以失效率为纵坐标的一条曲线。因该曲线两头高、中间低，有些像浴盆，整条浴盆曲线如图2所示可分为三个阶段。

图2 浴盆曲线

第一阶段为早期失效期(1nfantMortality)：产品在开始使用时，设备质量差异主要表现在故障率高低，质量较差的设备故障率普遍高于质量较好的设备，失效率很高，但随着产品工作时间的增加，失效率迅速降低，这一阶段失效的原因大多是由于设计、原材料和制造过程中的缺陷造成的。

第二阶段为偶然失效期(RandomFailures)：在此期间，故障发生时随机的，其故障率最低，大致处于稳定状态，可近似看作常数，这一时期是产品的良好使用阶段，产品可靠性指标所表述的就是这个时期。在设备偶发故障期，设备质量差异主要表现在两个方面：一是设备偶发故障期时间的长短，二是故障率高低。质量较好的设备偶发故障期长，故障率低。在设备耗损故障期，设备质量差异主要表现在是否提前进入设备耗损故障期。

第三阶段为耗损失效期(WearOut)：在设备使用中后期，由于设备零部件的磨损、老化、腐蚀等原因，失效率随时间的延长而急速增加，故障率不断上升。质量较好的设备均是在设备寿命周期的最后阶段才进入设备耗损故障期，而质量较差的设备往往在设备寿命周期的中间阶段就进入设备耗损故障期。在耗损失效期开始，即图2的P点时，面临着对设备进行更换或者修理后继续使用的选择，也就是是否实施技改的问题，此时可利用LCC管理理论来研究大修技改策略。

2.1.2 技改策略的影响因素

在设备的更新改造阶段，也是“故障浴盆曲线”的第三阶段，即耗损失效期，研究资产全寿命周期中的LCC成本控制，与公司技术路线、资产运维策略、EVA财务策略等息息相关。概括而言，设备的更新改造原因一是出现了不可修复的缺陷，二是设备到期、超期服役，可靠性下降，三是增容改造，四是节能改造，五是改善劳动环境。

因此在进行技改决策时，一是需要考虑到设备可靠性，即设备健康水平、缺陷情况，是否允许继续提供安全稳定的供电要求。二是考虑使用寿命，即设备的实际使用寿命与设计使用寿命。三是需要考虑使用效率和在系统运行中的作用、地位。四是考虑技改成本，即包括设备残值、改造成本、改造后的预期效益、改造前的运维成本、设备损坏造成的后果成本等。

2.1.3 决策模型

对于需要大修或需要技改的设备，要根据上述的决策影响因素来制定设备的最终处置方案。设备大修，需花费较大的人、财、物，且大修后的设备运行时间又受到设备剩余年限的限制。更换新设备，一次性投入巨大，但新设备能够安全运行较长的时间。无论在哪一种处置方式，都必须以满足可靠性为前提，然后再采用全寿命周期计算出分别的成本，选择成本最低的一种决策方法。因此，应通过计算比较技改LCC年均值与大修LCC年均值，选择最低成本。

LCC年均值等于初始投资及后续使用的成本净现值之和除以剩余使用年限。其中，成本净现值是折算到当年的成本(等于“成本／(1+利率)的N次方”，N等于差异年)；剩余使用年限：大修=设计使用年限-已使用年限，技改=设计使用年限。

采用大修方式的年均费用模型：

式中：N PVAl、N PVA2分别为设备进行大修和技改两种不同方案的LCC年均值，在以后N年内的总费用，以一定的利率折算到每一年的费用年平均值。

CI1表示对设备进行大修估算的设备总投资，CI2表示用新设备更新时的总投资；CO1、2、CM1、2、CF1、2、CD1、2分别表示设备进行大修、技改两种方案的运行成本、检修维护成本、惩罚成本、在期望使用寿命期末的退役处置成本；i为银行利率；N为计算年均费用的未来某一年与所在年的差异年值：n为设备已经使用的年限。

2.2 电力设备LCC成本计算方法

电力设备的全寿命周期成本是指包括设备购置、安装、运行、检修、改造直至报废的全过程发生的费用。主要是应用式(1)的模型，LCC=CI+CO+CM+CF+CD。

3 LCC的大修技改项目计算模型的应用

3.1 算例概述

某变电站出线间隔211开关为ABB生产的220 kV六氟化硫断路器，1993年出厂并投入使用，设备原值40万，该设备故障后可完全转负荷。

根据检修导则和制造厂维护说明书要求，其大修年限为20年，目前该断路器已出现漏气症状，每年需补气一次。为了研究211开关采取哪一种措施(大修或技改)才是最经济的，根据2013年的设备状态和运行操作次数，采用全寿命周期成本进行建模计算，模拟211开关大修和技改的LCC年均值，然后对两者进行对比，为类似的大修技改决策提供参考意见。

方案一：在2013年对断路器进行大修，继续运行20年，届时运行寿命达到设计运行寿命，再进行更新；方案二：2013年更换新的断路器，然后继续运行40年。

3.2 模型应用

3.2.1 计算模型

假定两个方案的产出均一样，净现金流以NPV为依据。主要从成本方面予以计算，LCC的计算模型为LCC=CI+CO+CM+CF+CD。

3.2.1.1 投入（初投）成本CI

对于方案一来说，2013年大修发生的费用都应计入投入成本，包括修理费和调试费的人工成本、材料费用、机械费用，以及基本预备费。

方案二的初始投入成本为技术改造投入，包括安装工程费、调试单位调试费、启动试运费、断路器耐压试验费用、拆除费，以及基本预备费。

3.2.1.2 运行成本CO

运行成本包括装置运行的能源成本、人工成本和运行管理成本，这里主要指断路器的常规巡视总成本。由于不同年限的断路器的CO净现值不同，因而要方案一和方案二的运行成本不一样。

3.2.1.3 维护成本CM

维护成本是各种维修活动成本的总和，包括它们的人工费、材料费、机械费、规费及相应的利润和税费。与运行成本类似，由于两个方案断路器的年限不同，故它们的检修维护成本净现值也不一样。

3.2.1.4 故障成本CF

故障成本可分为直接成本和间接成本。直接成本是故障发生概率，故障时间和损失电能、维修更换成本的函数，计算的是由电量损失而引起的直接经济损失。间接成本是指由于故障导致停电或降低负荷，对用电客户造成的损失及其对社会的综合影响。本模型只考虑直接成本。由于大修方案的断路器运行年限为20年，技改方案是更换新模型，根据浴盆曲线，同一时期内大修方案的故障发生率更高。

3.2.1.5 废弃成本CD

指设备运行寿命或经济寿命终结时，将其拆除或因环境保护要求进行废弃处理时所发生的成本。由于两个方案断路器的年限不同，故二者的检修维护成本净现值也不一样，同时，方案二的技改LCC还包含设备的净值。

3.2.2 参数选择

通过梳理全寿命周期成本模型及计算公式，得出全寿命周期成本数据来源包括定额、公式计算和统计分析三类，针对不同的数据来源，会采用不同的数据标准：

1）定额：属于定额类型的数据有电网技术改造工程预算定额和电网检修工程预算定额。其中，人工、材料、机械的费用按照电力行业定额(造价)管理机构定额。编制年价差根据本省、市地区定额调整标准得出，实现本省、市的人工、材料、机械成本定额调差。220kV六氟化硫断路器系数按照变电站和220kV的调整系数。

2）公式计算：公式计算的数据不同地方也有不同的来源标准，各省、市公司根据本省、本市的取费标准。其中，数据标准根据本省、市的定额调整标准来计算。数据包括间接费、利润、税金和其它费。技改项目、大修项目和拆除的计算依据有差别。

3）统计分析：需要统计分析的中数据类别有采购价格，可以参考断路器及其配件的采购合同。财务信息，可以用固定资产折旧计算公式。统计故障发生概率、故障后设备检修方式概率。统计网络架构、主变运行参数、线路运行参数。

统计分析所需的取数标准有三种，分别是类比法、统计计算以及从其他部门获取。其中，类比法是取最近2次的平均值。统计计算需要采集一定范围和时间的数据进行统计计算，如故障率。从其它部门获取的数据有调度相关数据(负载率、停电时间)。

3.2.3 计算结果

从表1可以看出，大修的LCC年均值和技改项目的LCC相比节约了近15 000元，为此，对于本算例中的211开关，采用大修与技改决策相比更加经济。

表1 两个方案的LCC计算结果元

4 结束语

本文以220 kV六氟化硫断路器大修技改决策为背景，根据断路器设计使用寿命为40年为参考，阐述了大修方案和技改方案的具体情况，得出大修方案优于技改方案的结论。应用上述模型计算当六氟化硫断路器运行至26年时，大修的LCC年均值将会超过技改，也就是说在无家族性缺陷的断路器在使用寿命周期大约在65%寿命周期左右时，可以选择更换断路器，浴盆曲线的P点约在此时出现，即设备申请技改的最佳时间点。

对故障损失成本中的设备更换成本考虑了价格因素，但是故障概率未按厂家设定，此项会受生产厂家的影响，据有关资料统计电网近五年六氟化硫断路器的故障，国产设备与进口设备故障概率差异较大，应依据近国产、进口设备平均故障率设置生产厂家调整系数，对设备决策的故障损失成本做进一步的分析。因此本模型还有完善优化的空间，尽量减少生产厂家对LCC的影响。同时电网公司还应大力推动可靠性管理，为设备故障数据统计分析提供数据依据。

[1]王玲.论电网企业的资产全寿命周期管理[J].中国总会计师，2008，11：66-67.

[2]阙秀炼.基于全寿命周期成本理论的电网资产管理研究[D].华北电力大学(北京)硕士学位论文，2011.

[3]郭基伟，谢敬东，唐国庆.电力设备管理中的寿命周期费用分析[J].高电压技术，2003，19(4)：13-15.

[4]沈力，藤乐天，徐宛容.用于衡量资产管理实效的综合评价指标体系[J].华东电力，2010，38(3)：32-35.