浅议全寿命管理在变电站设计过程中的应用

穆弘 刘群

摘 要：电力工程的全寿命周期成本管理是一种在可靠性及寿命管理的基础上，其经济效益最终归纳为财务成本及产出的管理方法，即工程从可研论证、采购、安装、运行、检修直至报废停止使用这个长过程中的总费用。它包括设备可研论证成本、采购成本、安装成本、运行成本、检修成本、回收报废成本等全寿命周期成本的总和。本文主要分析了全寿命管理在变电站设计过程中的应用，并对设备在经济全寿命周期内的管理现状进行评价，以确定其管理决策是否合理有效。

关键词：全寿命周期；变电站；设计

1 设备因素对变电站全寿命周期的影响

设备因素对变电站全寿命周期的影响十分巨大，其在变电站投资的比例可由下表进行分析。

国网公司瓷柱式断路器典设基本组合方案参考造价

建筑工程费 设备购置费 安装工程费 其他费用 合计

15% 55% 9% 21% 100%

可以看出设备费用约占变电站工程总投资的50%以上。在500kV安庆变电设备购置费中，变压器系统约占47%；断路器的设备购置费约占11%。因此对变电站主变进行全寿命周期费用分析尤为重要。

2 变电站主要设备全寿命周期费用（LCC）分析

2.1 电力变压器的全寿命周期费用（LCC）分析

LCC是指变压器设备在全寿命周期内的总费用。

其计算模型如下：LCC=CI+CO+CE+CM+CR+CF+CD（CI是指设备初次投入费用；CO是指设备正常运行费用；CM是指设备正常检修维护费用；CR是指设备非正常检修费用；CF是指故障费用；CE是指设备环保费；CD是指设备退役处置费用）

设定利率为i，LCC的计算年数为n（对大型变压器n=30），年份变量为a年，a在0～30间变化。现值指第0年度末的当年值，终值指计算年份终结的当年值。

（1）变压器初始投入费用CI

CI=设备的购置费+安装费+调试费+其他费用 （1）

其中：购置费=设备费+专用工具及初次备品备件费+现场服务费+供货商运输费

利用公式（1），将各项费用相加，得出购置设备年（即第0年度）的当年值，也就是CI现值。

得到现值后，求终值。终值=现值×（1+i）n

（2）变压器运行费用CO

a为计算年份，在0～30间变化。

β为变压器年负载率，在0～100%间变化。通常：安装二台（组）变压器的变电站50%×70%=35%；安装三台（组）变压器的變电站67%×70%=47%；安装四台（组）变压器的变电站75%×70%=52.5%。

第a年CO=第a年变压器设备能耗费用+第a年巡检费用

3相总第a年变压器能耗费用=第a年变压器空载损耗费用+第a年有载损耗费用。

第a年变压器空载（负载）损耗费用=空载（负载）损耗值×年运行小时×输电成本电价×（1+电价增长率）a

第a年的巡检费用=第a年的巡视人工、设备、工具费用=巡检人工年费用初值*（1+工资增长率）a

巡检人工年费用初值=年工资/（8*365）×次数×巡检小时数。

将第a年的CO（当年值），以第a年的CO×（1+i）-a折算到第0年度末的现值。

得到现值后，求终值：现值×（1+i）n=终值

分别加上各年度的CO的现值和终值，累加得LCC计算期内的CO的现值和终值。

（3）环保费用CE

第a年CE=第a年治理费用+第a年环保惩罚费用

第a年的环保费用依据设备特性来确定。具体的，若当噪音超标，则需增加治理费用，还可能有环保惩罚费用，如计入当年环保费用；若没发生则该项为0。

（4）正常检修维护费用CM

第a年的变压器正常检修维护费用CM=第a年周期性维护费用+第a年需停电维护时风险费+第a年另一台变压器所承担的额外能耗费用

其中：第a年的周期性维护费用=第a年的维护人工、设备、工具费用=维护费用初值×（1+工资增长率）a

第a年需停电维护时风险费，如有。

第a年另一台变压器所承担的额外能耗费用=3×负载损耗值×停运小时数×负荷率2×输电成本电价×（1+电价增长率）a

（5）非正常检修费用CR

第a年的变压器非正常检修费用CR=第a年的障碍率×（现场检修费用+需停电检修时风险费和另一台变压器所承担的额外能耗费用障损失费+其他费用）

其中：第a年的障碍率为年平均障碍概率。

第a年需停电检修时风险费，如有。

第a年另一台变压器所承担的额外能耗费用=3×负载损耗值×停运小时数×负荷率2×输电成本电价×（1+电价增长率）a

将当年度的CF以（1+i）-n折算到第0年度末的现值。累加各年CR，得到LCC计算期内的CR值（现值）。

得到现值后，求终值：终值=现值×（1+i）n

（6）变压器故障费用CF

第a年发生的故障费用CF=第a年的故障率×（故障现场检修费用+故障损失费+其他费用）

其中：第a年的故障率为由输入的年平均故障概率。

故障现场检修费用=拆迁故障设备费用+运输一台变压器费用×2+安装新设备费用

故障损失费用=停电损失费用+新设备购置费

停电损失费用=停电损失负荷×停电时间×供电电价×（1+电价增长率）a

将当年度的CF以（1+i）-n折算到第0年度末的现值。累加各年CF，得到LCC计算期内的CF值（现值）。

得到现值后，求终值：终值=现值×（1+i）n

（7）变压器退役处置费用CD（设备退役时的残值是按卖废品处理。设备退役时的残值=变压器总重量*平均回收价）

退役处置费用CD=设备退役处理费-变压器设备退役时的残值（或者是设备折旧后余值）+其他费用 （2）

①设备退役处理费

设备退役处理费=拆迁系数（缺省是46.8%，说明）×安装直接工程费

②设备退役时的残值

设备退役时的残值=变压器总重量*平均回收价

再以公式2计算，得出设备在计算终結当年的退役处置费用CD（当年值），并以公式：现值=退役处置费用CD（当年值）×（1+i）-n

折算到第0年度末的现值。

得到现值后，求终值：终值=现值×（1+i）n

将前述所有的CI+CO+CE+CM+CR+CF+CD的现值相加，得到该设备的全寿命成本。

下表为采用状态检修时，500kV某变电站的主变压器的LCC数值：（其中电价取0.3元/度，年运行小时取5000小时，损耗取382×3kW，寿命取30年，停电时的负荷考虑由系统转移不计费用）

（现值）（万元）

由上表可以看出，对变压器而言变压器设备能耗费用较设备初始投入费用要高，降低其耗费对降低工程全寿命费用意义重大；其次，若停电时的负荷能由系统转移则仅需考虑系统损失的可靠性投资，若停电时的负荷无法由系统转移，或者部分转移，由于停电时间较长其电价损失将极其巨大。

2.2 变压器事故统计及其事故分析

1999～2004年国家电网（力）公司500kV变压器按事故部位统计

变压器事故主要由产品设计方面和产品制造质量方面的原因产生，因此我们可以在设备招标时有的放矢，科学设计技术评分表格，用全寿命成本的观点来评判设备的优劣，选择出理想的产品。

2.3 其他事故统计及其事故分析

1999～2004年国家电网（力）公司隔离开关故障分类统计

由以上统计和国网公司的事故分析可以看出，隔离开关的故障时有发生，未经完善化改造的隔离开关故障较多。

1999～2004国家电网（力）公司电流互感器故障分类统计

根据以上统计资料我们可以用全寿命成本的观点对生产厂家提出改进的要求，并在订货合同中体现。

3 运行费用对变电站全寿命周期的影响

变电站每年运行维护费用约在450万元左右，以变电站30年的寿命来计算，其费用十分巨大。因此我们一方面可以采用状态检修等模式适当减少维护检修的工作量；另一方面可以选择出少维护、免维护的产品，如设备绝缘采用在线监测装置、变压器采用油色谱分析装置，断路器采用弹簧机构、蓄电池采用免维护型等。

4 结束语

要做到全寿命周期总费用最小，需要积累大量的基础数据，建立庞大的仿真系统，就目前的情况来看，还做不到这一点，尤其是对于事故这样的随机事件，必须要有大量的数据作为支持，通过概率分析和全寿命周期费用管理，确定合理的事故率，需要电力管理、运行、事故、设计共同努力才能全面地、准确地得到完整的全寿命周期费用。当前变电工程的全寿命周期费用管理分析还不完全准确。

在设计阶段，影响变电站造价因素是非常多的，如出线走廊规划、主控楼位置、主接线方案、配电装置选择、主设备选型、导体选择、绝缘配合、防雷和接地、场地情况、建设标准、环保等，这些因素相互牵制，有些因素互为因果不能独立考虑。在设计阶段进行全寿命周期考虑，就是要将这些因素放在全寿命周期这一平台上进行综合考虑，作出最优的组合方案，保证工程建设的功能、安全、稳定和经济。

设计过程通过设计方案的优化可以达到降低工程造价的目的，在优化工程方案，降低工程造价的同时，还需要保证变电站的安全运行，减少运行过程中的消缺、事故及大修等费用和停电时间，并应对可能的系统情况变化造成的变电站输送容量的限制。

参考文献

[1]姜益民，马骏.变压器的全寿命周期成本分析[J].变压器，2004，43（3）：30-35.

[2]冯根尧.产品全寿命周期工程设计的实现技术[J].工业工程，2003，6（2）：33-36.