基于資產(chǎn)全壽命周期管理的電網(wǎng)公司電力設(shè)備的可靠性研究

劉洋

摘 要：本文將資產(chǎn)全壽命周期管理理念正確應(yīng)用到輸變電設(shè)備可靠性管理中，將輸變電設(shè)備全壽命周期內(nèi)各階段發(fā)生的成本與設(shè)備運(yùn)行后可靠性水平相對應(yīng)，詳細(xì)分析了資產(chǎn)全壽命周期成本與可靠性之間的關(guān)系，建立了基于壽命周期管理的輸變電設(shè)備可靠性評價(jià)方法，最終實(shí)現(xiàn)了輸變電設(shè)備可靠性管理的深化應(yīng)用，在一定程度上拓寬了我國資產(chǎn)全壽命周期管理的研究領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：資產(chǎn)全壽命周期管理；可靠性；電網(wǎng)企業(yè)；電力設(shè)備

1 電網(wǎng)企業(yè)電力設(shè)備全壽命周期成本通用計(jì)算模型

本文將規(guī)劃計(jì)劃、采購建設(shè)、運(yùn)維檢修、退役處置等不同階段成本統(tǒng)籌考慮，將電網(wǎng)企業(yè)電力設(shè)備各階段成本進(jìn)行分解，從而得到電網(wǎng)企業(yè)電力設(shè)備PLCC通用計(jì)算公式（1）[3]所示：

PLCC=CI+CO+CD=CI+ECC+CM+CF+CD （1）

式中：PLCC-電力設(shè)備全壽命周期成本；CI-投入成本；ECC-能耗成本；CM-維護(hù)成本；CF-故障成本；CD-退役報(bào)廢成本。

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)研究表明：一套復(fù)雜的電力設(shè)備在運(yùn)維檢修階段發(fā)生的成本占總成本的76%，而規(guī)劃計(jì)劃、采購建設(shè)階段的成本僅占總成本的20%，剩余的4%為設(shè)備報(bào)廢回收殘值。

2 電網(wǎng)企業(yè)電力設(shè)備全壽命周期成本與可靠性

2.1 電力設(shè)備全壽命周期各階段成本與可靠性關(guān)系的分析

根據(jù)電網(wǎng)企業(yè)電力設(shè)備PLCC成本通用計(jì)算模型，分析電網(wǎng)企業(yè)電力設(shè)備PLCC各階段成本與可靠性之間的關(guān)系。

（1）投入成本階段

整個(gè)投入成本階段按工程法又可細(xì)分為4個(gè)小階段。

a.規(guī)劃計(jì)劃階段。在規(guī)劃階段，規(guī)劃成本直接影響投入成本，間接影響運(yùn)維成本，電力可靠性與運(yùn)維成本存在關(guān)聯(lián)，因此規(guī)劃計(jì)劃成本與電力設(shè)備可靠性存在間接關(guān)聯(lián)。

b.設(shè)計(jì)階段。在這一階段，與電力設(shè)備可靠性最直接相關(guān)的就是設(shè)備選型，選擇可靠性高的設(shè)備，雖然會增加前期的投入成本，但后期的運(yùn)維成本必然會下降，發(fā)生故障成本的可能性也會明顯降低。整個(gè)設(shè)計(jì)階段的PLCC分析就演變成為各種設(shè)計(jì)方案比選的PLCC優(yōu)化問題。

c.招投標(biāo)階段。電網(wǎng)企業(yè)電力設(shè)備的招投標(biāo)階段，是保證設(shè)計(jì)階段所選擇的最優(yōu)PLCC設(shè)計(jì)方案得到有效控制的必備條件。對于同一類型設(shè)備，招標(biāo)方需要處理好設(shè)備價(jià)格和可靠性、設(shè)備選型和設(shè)備維修方式之間的平衡，綜合選擇性價(jià)比高的電力設(shè)備，從而確保投運(yùn)后設(shè)備的可靠性。

d.基建（運(yùn)輸、安裝）階段。在這一階段發(fā)生的直接成本包括設(shè)備購置費(fèi)、建筑工程費(fèi)、安裝調(diào)試費(fèi)三大部分，基建質(zhì)量高低直接影響投運(yùn)后設(shè)備故障成本的高低。

（2）運(yùn)行維護(hù)成本階段

運(yùn)維成本的高低一般與電力設(shè)備容量、電壓等級及規(guī)模有關(guān)。而對于新投運(yùn)電力設(shè)備的運(yùn)維成本和可靠性的關(guān)系，可將同類型電力設(shè)備的歷史紀(jì)錄與新投運(yùn)設(shè)備的一些特征參數(shù)進(jìn)行比較，用類比法進(jìn)行估算，其計(jì)算模型如公式（2）所示[2]：

CO=ECC+CM+CF （2）

式中：ECC-能耗費(fèi)，ECC=（CI-CO）/Ti，Ti是i類設(shè)備的平均使用壽命；CM-維護(hù)成本，包括人工費(fèi)、設(shè)備費(fèi)等；CF-故障成本。

（3）退役處置成本階段

退役處置成本是電網(wǎng)企業(yè)電力設(shè)備全壽命周期成本中的一部分。一般來說，可靠性水平高的電力設(shè)備性能各項(xiàng)性能參數(shù)較高，退役時(shí)間就晚，退役后的處置成本也相對較高；可靠性水平低的電力設(shè)備，各項(xiàng)性能參數(shù)相對較低，退役時(shí)間就早，退役后的處置成本也相對較低。

2.2 電力設(shè)備全壽命周期成本與可靠性的權(quán)衡分析

在電網(wǎng)企業(yè)電力設(shè)備全壽命周期成本計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，依據(jù)可靠性理論，得到電力設(shè)備全壽命周期內(nèi)的可靠性評價(jià)指標(biāo)。同時(shí)，綜合分析典型可靠性增長模型，建立全壽命周期成本與可靠性的兩種權(quán)衡模型，并確定電力設(shè)備成本與可靠性的權(quán)重關(guān)系，從而得到最優(yōu)決策方案。

（1）建立電力設(shè)備全壽命周期內(nèi)的可靠性評價(jià)指標(biāo)

度量可靠性有以下幾個(gè)常用的指標(biāo)：

a.可靠度R（t）

可靠性的最基本描述是可靠度，設(shè)T為電力設(shè)備的使用壽命，T為隨機(jī)變量，電力設(shè)備的可靠度R（t）為：

R（t）=P{T>t}（3）

b.失效率λ（t）

衡量電力設(shè)備可靠性的另一個(gè)重要指標(biāo)是失效率：電力設(shè)備工作到t時(shí)刻尚未失效，但在時(shí)刻t后發(fā)生失效的概率，稱為設(shè)備在時(shí)刻t的失效率，即失效函數(shù)，記為λ（t）。

c.故障前平均時(shí)間

故障前平均時(shí)間是指設(shè)備從開始使用到失效前工作時(shí)間的平均值。對于不可修復(fù)部件，故障前平均時(shí)間是指部件發(fā)生失效前的工作時(shí)間，記為MTTF。

d.可用度

可用度屬于可修設(shè)備重要的可用性度量指標(biāo)之一。在實(shí)際應(yīng)用中，穩(wěn)態(tài)可用度是最重要的可靠性度量指標(biāo)，它表示電力設(shè)備經(jīng)長期運(yùn)轉(zhuǎn)，處在正常狀態(tài)的時(shí)間比例，記為A（t）。

e.時(shí)間內(nèi)設(shè)備故障次數(shù)的分布（0，t）

可修設(shè)備隨時(shí)間的進(jìn)程是正常和故障交替出現(xiàn)的過程。因此，對t>0，設(shè)備在（0，t）時(shí)間內(nèi)故障次數(shù)N（t）是一個(gè)取非負(fù)整數(shù)值的隨機(jī)變量，設(shè)備在時(shí)間內(nèi)故障次數(shù)的分布為：

Pk（t）=p{N（t）=k} k=0，1，2，…… （4）

衡量可靠性的指標(biāo)還有很多，除失效率、可靠度、平均壽命之外，還有有效度、維修度及平均修復(fù)時(shí)間等，分別用來衡量不同設(shè)備的可靠性。

（2）電力設(shè)備全壽命周期成本與可靠性的權(quán)衡分析

a.全壽命周期成本與可靠性關(guān)系模型Ⅰ

全壽命周期成本=一次性成本+重復(fù)性成本，進(jìn)一步可劃分為規(guī)劃成本+采購成本+使用成本+維修成本+退役處置成本。因此，可以確定電力設(shè)備的全壽命周期成本計(jì)算如下：

LCC=CP+Co+Cm+Cd（5）

式中：Cp-電力設(shè)備的購置成本；Co-電力設(shè)備的運(yùn)行成本；Cm-電力設(shè)備的維護(hù)成本；Cd-電力設(shè)備的退役處理成本。

b.全壽命周期成本與可靠性關(guān)系模型Ⅱ

針對電網(wǎng)企業(yè)電力設(shè)備的特點(diǎn)，在設(shè)備的采購、運(yùn)行、維修和退役的全壽命周期過程中，只有采用可靠性增長的各項(xiàng)技術(shù)來進(jìn)行分析和完善，才能在保證設(shè)備可靠性的基礎(chǔ)上，有效降低全壽命周期成本。基于Duane模型的假設(shè)，假設(shè)電力設(shè)備全壽命成本與可靠性權(quán)衡的總目標(biāo)為：

其中：R表示電力設(shè)備資產(chǎn)的可靠性；LCC表示全壽命周期成本。

式（6）體現(xiàn)了在資產(chǎn)全壽命周期可靠性和全壽命周期成本約束下，尋求電力設(shè)備資產(chǎn)全壽命周期內(nèi)可靠性與全壽命周期成本的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。實(shí)際上，針對電力設(shè)備資產(chǎn)的全壽命周期可靠性與全壽命周期成本的權(quán)衡決策中，更多的應(yīng)從設(shè)備資產(chǎn)全壽命周期的戰(zhàn)略角度來看，在有限的資源和最低可靠性約束要求下，保障設(shè)備資產(chǎn)全壽命周期成本達(dá)到最優(yōu)值，即設(shè)備資產(chǎn)全壽命周期運(yùn)行成本達(dá)到最??；或者針對設(shè)備資產(chǎn)的種類要求，更加注重可靠性，尤其是電網(wǎng)企業(yè)的電力設(shè)備資產(chǎn)，對可靠性的注重程度更大。

3 基于全壽命周期成本的電網(wǎng)企業(yè)電力設(shè)備可靠性評價(jià)方法

3.1 建立電力設(shè)備成本與可靠性評價(jià)結(jié)構(gòu)

本文分目標(biāo)層、成本層及指標(biāo)層等三層建立電力設(shè)備成本與可靠性評價(jià)關(guān)系結(jié)構(gòu)模型：第一層是目標(biāo)層，即綜合最優(yōu)的電力設(shè)備成本；第二層是成本層，即電力設(shè)備各階段發(fā)生的成本；第三層是指標(biāo)層，即能反映電力設(shè)備階段成本的可靠性評價(jià)的具體指標(biāo)。

3.2 制定電力設(shè)備可靠性管理控制關(guān)鍵點(diǎn)

為了獲得電力設(shè)備最優(yōu)全壽命周期PLCC和最佳可靠性，本文分階段制定電力設(shè)備可靠性管理控制關(guān)鍵點(diǎn)：

（1）規(guī)劃階段

將歷年電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)據(jù)和各種預(yù)測方法有機(jī)結(jié)合，綜合考慮由于電網(wǎng)規(guī)劃調(diào)整而造成的可靠性指標(biāo)裕度范圍內(nèi)設(shè)備成本的變化范圍，按照不同供電區(qū)域和負(fù)荷性質(zhì)分類管理供需數(shù)據(jù)，從而高效地進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃。并且，在科學(xué)的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，進(jìn)行電力系統(tǒng)可靠性分析和科學(xué)預(yù)測，以此提高電網(wǎng)規(guī)劃水平。

（2）設(shè)計(jì)階段

將資產(chǎn)全壽命周期管理管理理念引入到電力設(shè)備的可靠性管理中，并將可靠性管理延伸到電力設(shè)備的設(shè)計(jì)階段，從源頭上控制質(zhì)量和成本，從而滿足電力設(shè)備可靠性管理要求。

（3）招投標(biāo)階段

為了獲得最佳的可靠性和PLCC，在評標(biāo)環(huán)節(jié)中增加相同設(shè)備不同投標(biāo)廠商歷史可靠性數(shù)據(jù)對比，例如：增加各廠商電力設(shè)備故障率的統(tǒng)計(jì)評價(jià)，增加子部件更換維修成本對比分析，以降低設(shè)備投運(yùn)后發(fā)生故障成本的概率。

（4）基建階段

加強(qiáng)電力設(shè)備監(jiān)造管理，通過制定標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)收卡，加強(qiáng)現(xiàn)場作業(yè)安全和質(zhì)量，減少因生產(chǎn)、運(yùn)輸及安裝導(dǎo)致的設(shè)備缺陷，并減少設(shè)備投運(yùn)一年內(nèi)的停電次數(shù)。

（5）運(yùn)維階段

狀態(tài)檢修能夠體現(xiàn)電力設(shè)備資產(chǎn)全壽命周期管理思想，綜合成本優(yōu)化管理，并對電力設(shè)備檢修策略的制定進(jìn)行指導(dǎo)。因此，改變定周期檢修策略，推行狀態(tài)檢修，增加設(shè)備在線監(jiān)測方式，擴(kuò)大在線監(jiān)測裝置覆蓋范圍，完善狀態(tài)檢修策略，是減少設(shè)備運(yùn)維成本及提高其可靠性的關(guān)鍵。

3.3 建立電網(wǎng)企業(yè)電力設(shè)備可靠性管理績效考核指標(biāo)體系

本文選取以下幾個(gè)方面的指標(biāo)：電力設(shè)備維護(hù)性指標(biāo)、可靠性評價(jià)績效指標(biāo)、支持性指標(biāo)、財(cái)務(wù)指標(biāo)及質(zhì)量指標(biāo)等。并且，綜合以上五個(gè)方面，建立電力設(shè)備可靠性管理的完整績效考核體系，該考核體系不僅對指標(biāo)進(jìn)行量化，更增加資產(chǎn)全壽命管理等相關(guān)指標(biāo)的考核，能夠更好的反映全壽命周期管理與電力設(shè)備可靠性的關(guān)系。

同時(shí)，需要有明確的考核細(xì)則與之相對應(yīng)，通過具體的指標(biāo)描述和指標(biāo)考核辦法，對指標(biāo)進(jìn)行打分評價(jià)，并根據(jù)每年的檢修計(jì)劃進(jìn)行半年度滾動修訂調(diào)整，從而形成一套完整的電網(wǎng)企業(yè)電力設(shè)備可靠性管理績效考核體系。

4 結(jié)論

本文將資產(chǎn)全壽命周期管理理念正確應(yīng)用到電網(wǎng)企業(yè)電力設(shè)備可靠性管理中，將電網(wǎng)企業(yè)電力設(shè)備全壽命周期內(nèi)各階段發(fā)生的成本與設(shè)備運(yùn)行后可靠性水平相對應(yīng)，詳細(xì)分析了電力設(shè)備全壽命周期成本與可靠性之間的關(guān)系。同時(shí)，綜合分析電力設(shè)備全壽命周期成本與可靠性之間的權(quán)衡關(guān)系，分別從電力設(shè)備全壽命周期成本效益比的角度和可靠性增長試驗(yàn)的角度出發(fā)，建立兩類電力設(shè)備全壽命周期成本與可靠性權(quán)衡模型，建立了基于資產(chǎn)全壽命周期管理的電網(wǎng)企業(yè)電力設(shè)備可靠性評價(jià)方法，從而根據(jù)統(tǒng)計(jì)評價(jià)結(jié)果制定不同的投資和檢修策略。最終，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)企業(yè)電力設(shè)備可靠性管理的深化應(yīng)用，在一定程度上拓寬了電網(wǎng)企業(yè)資產(chǎn)全壽命周期管理的研究領(lǐng)域，為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)企業(yè)電力設(shè)備的安全、效能、成本綜合最優(yōu)提供了一定的理論和現(xiàn)實(shí)依據(jù)。

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