伍謨煊

（九江供電公司，江西九江 332000）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會高速發(fā)展，電力已經(jīng)成為了關(guān)系國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展命脈的戰(zhàn)略性能源。面對新的形勢，國內(nèi)電力企業(yè)均加大了對電網(wǎng)設(shè)備的建設(shè)和投資。同時(shí)設(shè)備修理費(fèi)作為生產(chǎn)成本項(xiàng)目，其支出直接影響當(dāng)期損益，而技改項(xiàng)目支出會導(dǎo)致固定資產(chǎn)價(jià)值的變動(dòng)，增加折舊費(fèi)用，影響企業(yè)未來的損益。如何根據(jù)自身實(shí)際情況，積極探索大修及技改項(xiàng)目成本管理的新途徑，成為企業(yè)迫切需要解決的問題。為此，用先進(jìn)的管理理念指導(dǎo)科學(xué)決策，是提高發(fā)展效率和經(jīng)濟(jì)效益，優(yōu)化資產(chǎn)管理策略，延長設(shè)備資產(chǎn)使用壽命和增收節(jié)支、降本增效的必備要求。

本文將設(shè)備壽命周期成本(LifeCycleCost，LCC)引入技改修理項(xiàng)目決策，建立設(shè)備從初投、運(yùn)行、檢修、故障以及廢棄整個(gè)壽命周期過程中的所有費(fèi)用預(yù)測模型，針對設(shè)備在使用過程中發(fā)生費(fèi)用的不確定性，對各壽命階段成本進(jìn)行分析，確定準(zhǔn)確科學(xué)的全壽命周期成本，達(dá)到平均LCC最低的目標(biāo)，使大修技改項(xiàng)目決策過程更加科學(xué)合理化。

1 全壽命周期成本管理

1.1 LCC基本理論

設(shè)備全壽命周期成本(LCC)是指設(shè)備在其壽命周期內(nèi)研制、生產(chǎn)、使用以及退役所支付的所有費(fèi)用之和。從設(shè)備、項(xiàng)目的長期經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，將設(shè)備在其壽命周期內(nèi)所耗費(fèi)的全部資源，通過量化計(jì)算的方式，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的貨幣價(jià)值，然后累加而得。此方法科學(xué)地列出了設(shè)備在壽命周期內(nèi)的一切項(xiàng)目及其費(fèi)用，再利用統(tǒng)計(jì)資料的方法建立費(fèi)用計(jì)算關(guān)系式和費(fèi)用模型，從而可按不同需要較準(zhǔn)確地計(jì)算出設(shè)備壽命周期費(fèi)用，供決策和管理之用，其最終目標(biāo)即為選擇出一項(xiàng)相對最經(jīng)濟(jì)的決策去執(zhí)行，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

設(shè)備全壽命周期成本(LCC)主要包括投入（初投）成本(C1)、運(yùn)行成本(CO)、檢修成本(CM)、故障成本(CF)以及廢棄成本(CD)，具體可表達(dá)為：

LCC=CI+CO十CM+CF十CD(2-1)

以斷路器為例，其LCC成本包括，如圖1所示：

圖1 電氣設(shè)備全壽命周期成本分解結(jié)構(gòu)圖

投入成本CI(cost of investment)主要包括設(shè)備的配置費(fèi)、安裝調(diào)試費(fèi)和運(yùn)輸費(fèi)。其中配置包括設(shè)備費(fèi)、供貨商運(yùn)輸費(fèi)，是支付給生產(chǎn)廠家的費(fèi)用。安裝調(diào)試費(fèi)包含了建筑費(fèi)、電氣安裝費(fèi)、系統(tǒng)調(diào)試費(fèi)，是指支付給建設(shè)單位員工的人工費(fèi)、安裝工程必須的材料費(fèi)及機(jī)械費(fèi)。投入成本對設(shè)備全壽命周期成本的影響主要體現(xiàn)為以折舊的方式轉(zhuǎn)化為費(fèi)用成本，與總成本及年度折舊費(fèi)用成正相關(guān)關(guān)系。

運(yùn)行成本CO(cost of operation)主要包括設(shè)備能耗費(fèi)、巡視檢查費(fèi)和在線監(jiān)測費(fèi)。設(shè)備能耗費(fèi)包括設(shè)備日常的能源消耗費(fèi)用。巡視檢查費(fèi)主要是人工費(fèi)，指工作人員巡視設(shè)備所產(chǎn)生的設(shè)備和材料損耗，以及培訓(xùn)費(fèi)、工資、特殊崗位人員的補(bǔ)貼等。在線監(jiān)測費(fèi)是指在不中斷供電的情況下對設(shè)備的測試和維修等所產(chǎn)生的費(fèi)用。

維護(hù)成本CM(cost of maintenance)主要包括例行試驗(yàn)費(fèi)用，指支付給技術(shù)工的人工費(fèi)，購置維護(hù)材料的材料費(fèi)，以及使用檢修所需機(jī)械的機(jī)械費(fèi)等。

故障成本CF(cost of failure)主要包括故障檢修費(fèi)、故障損失費(fèi)、返廠修理費(fèi)，亦稱懲罰成本，是指設(shè)備出現(xiàn)故障后，更換設(shè)備的本體或部件所需的成本，包括支付給設(shè)備供貨方材料、專家調(diào)試費(fèi)和故障導(dǎo)致的停電期間，電網(wǎng)企業(yè)由于少供電造成的收入損失以及對停電用戶的停電賠償。

廢棄成本CD(cost of discard)為設(shè)備退役處理費(fèi)，設(shè)備殘值以負(fù)數(shù)計(jì)入，即設(shè)備資產(chǎn)退役后拆除、運(yùn)輸?shù)荣M(fèi)用減去變電設(shè)備報(bào)廢后可回收的費(fèi)用，包括設(shè)備處置成本和設(shè)備凈值。退役處置成本只對總成本產(chǎn)生影響，與設(shè)備安全運(yùn)行沒有直接關(guān)系。

1.2 LCC管理的特點(diǎn)

全壽命周期管理要求擁有最低成本的管理。也就是說在選擇和采購設(shè)備時(shí)，不能僅僅考慮設(shè)備采購成本，還需要同時(shí)考慮設(shè)備購置后產(chǎn)生的運(yùn)行維護(hù)、故障維修、報(bào)廢退役等的一系列其他費(fèi)用。事實(shí)上，采購價(jià)格低往往不等于全壽命周期成本最低。電網(wǎng)公司LCC管理的核心內(nèi)容是對設(shè)備或系統(tǒng)的LCC進(jìn)行分析計(jì)算，以量化進(jìn)行決策。另外電力系統(tǒng)中LCC管理體現(xiàn)了全周期和全方位管理的“三全”的特點(diǎn)：

1）全系統(tǒng)：打破職能部門界限，統(tǒng)籌考慮規(guī)劃、設(shè)計(jì)、基建、運(yùn)行等不同階段的成本，以企業(yè)總體效益為出發(fā)點(diǎn)，尋求最佳方案。

2）全費(fèi)用：考慮所有可能發(fā)生的費(fèi)用，將可靠性數(shù)據(jù)差異演化為成本，在合適的可用率和全費(fèi)用之間尋求平衡，找出LCC最小方案。

3）全過程：考慮從規(guī)劃設(shè)計(jì)到報(bào)廢的整個(gè)壽命周期，避免了臨時(shí)的思想，并要求從制度上來保證LCC方法的應(yīng)用。

1.3 實(shí)施LCC管理的意義

資產(chǎn)全壽命周期管理是國家電網(wǎng)公司2013年重點(diǎn)推進(jìn)的一項(xiàng)工作，是以公司總體發(fā)展目標(biāo)為指導(dǎo)，運(yùn)用系統(tǒng)工程的方法和資產(chǎn)評價(jià)模型，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)資產(chǎn)在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、采購、建設(shè)、運(yùn)維、改造、報(bào)廢處置等全壽命周期的管理行為和技術(shù)要求，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)全壽命周期內(nèi)安全、效能、成本的綜合最優(yōu)?？偠灾琇CC管理的本質(zhì)就是要求決策者從宏觀、長期利益的角度考慮原則和方法，關(guān)注總費(fèi)用，而不僅僅是年度或某些單項(xiàng)經(jīng)費(fèi)，從而避免只注重眼前短期利益的短視行為。

2 基于LCC的技改大修項(xiàng)目優(yōu)選模型

斷路器在電網(wǎng)公司固定資產(chǎn)中占有較大比重，在斷路器使用壽命的中后期對其進(jìn)行大修或技改的科學(xué)判斷，可防止一味追求新技術(shù)、新產(chǎn)品而盲目更換新的斷路器。在220 kV六氟化硫斷路器全壽命周期成本的基礎(chǔ)上，研究大修技改策略，有利于把握技改前后的資金投入，對斷路器的技改方案做出更合理經(jīng)濟(jì)的決策，從而降低資產(chǎn)全壽命周期成本，提高其技改決策的精益化管理水平，提升公司的總體效益。因此，本文在參閱大量文獻(xiàn)和前人相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了220 kV六氟化硫斷路器的大修技改項(xiàng)目決策模型。

2.1 大修技改項(xiàng)目決策模型

2.1.1 設(shè)備故障浴盆曲線

浴盆曲線是指產(chǎn)品從投入到報(bào)廢的整個(gè)壽命周期內(nèi)，其可靠性的變化呈現(xiàn)的規(guī)律。事實(shí)證明大多數(shù)設(shè)備的故障率是隨時(shí)間變化的函數(shù)，而典型故障曲線又稱之為失效率曲線，俗稱浴盆曲線(Bathtub?Curve)。如果取產(chǎn)品的失效率作為產(chǎn)品的可靠性特征值，它是以使用時(shí)間t為橫坐標(biāo)，以失效率為縱坐標(biāo)的一條曲線。因該曲線兩頭高、中間低，有些像浴盆，整條浴盆曲線如圖2所示可分為三個(gè)階段。

圖2 浴盆曲線

第一階段為早期失效期(1nfantMortality)：產(chǎn)品在開始使用時(shí)，設(shè)備質(zhì)量差異主要表現(xiàn)在故障率高低，質(zhì)量較差的設(shè)備故障率普遍高于質(zhì)量較好的設(shè)備，失效率很高，但隨著產(chǎn)品工作時(shí)間的增加，失效率迅速降低，這一階段失效的原因大多是由于設(shè)計(jì)、原材料和制造過程中的缺陷造成的。

第二階段為偶然失效期(RandomFailures)：在此期間，故障發(fā)生時(shí)隨機(jī)的，其故障率最低，大致處于穩(wěn)定狀態(tài)，可近似看作常數(shù)，這一時(shí)期是產(chǎn)品的良好使用階段，產(chǎn)品可靠性指標(biāo)所表述的就是這個(gè)時(shí)期。在設(shè)備偶發(fā)故障期，設(shè)備質(zhì)量差異主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是設(shè)備偶發(fā)故障期時(shí)間的長短，二是故障率高低。質(zhì)量較好的設(shè)備偶發(fā)故障期長，故障率低。在設(shè)備耗損故障期，設(shè)備質(zhì)量差異主要表現(xiàn)在是否提前進(jìn)入設(shè)備耗損故障期。

第三階段為耗損失效期(WearOut)：在設(shè)備使用中后期，由于設(shè)備零部件的磨損、老化、腐蝕等原因，失效率隨時(shí)間的延長而急速增加，故障率不斷上升。質(zhì)量較好的設(shè)備均是在設(shè)備壽命周期的最后階段才進(jìn)入設(shè)備耗損故障期，而質(zhì)量較差的設(shè)備往往在設(shè)備壽命周期的中間階段就進(jìn)入設(shè)備耗損故障期。在耗損失效期開始，即圖2的P點(diǎn)時(shí)，面臨著對設(shè)備進(jìn)行更換或者修理后繼續(xù)使用的選擇，也就是是否實(shí)施技改的問題，此時(shí)可利用LCC管理理論來研究大修技改策略。

2.1.2 技改策略的影響因素

在設(shè)備的更新改造階段，也是“故障浴盆曲線”的第三階段，即耗損失效期，研究資產(chǎn)全壽命周期中的LCC成本控制，與公司技術(shù)路線、資產(chǎn)運(yùn)維策略、EVA財(cái)務(wù)策略等息息相關(guān)。概括而言，設(shè)備的更新改造原因一是出現(xiàn)了不可修復(fù)的缺陷，二是設(shè)備到期、超期服役，可靠性下降，三是增容改造，四是節(jié)能改造，五是改善勞動(dòng)環(huán)境。

因此在進(jìn)行技改決策時(shí)，一是需要考慮到設(shè)備可靠性，即設(shè)備健康水平、缺陷情況，是否允許繼續(xù)提供安全穩(wěn)定的供電要求。二是考慮使用壽命，即設(shè)備的實(shí)際使用壽命與設(shè)計(jì)使用壽命。三是需要考慮使用效率和在系統(tǒng)運(yùn)行中的作用、地位。四是考慮技改成本，即包括設(shè)備殘值、改造成本、改造后的預(yù)期效益、改造前的運(yùn)維成本、設(shè)備損壞造成的后果成本等。

2.1.3 決策模型

對于需要大修或需要技改的設(shè)備，要根據(jù)上述的決策影響因素來制定設(shè)備的最終處置方案。設(shè)備大修，需花費(fèi)較大的人、財(cái)、物，且大修后的設(shè)備運(yùn)行時(shí)間又受到設(shè)備剩余年限的限制。更換新設(shè)備，一次性投入巨大，但新設(shè)備能夠安全運(yùn)行較長的時(shí)間。無論在哪一種處置方式，都必須以滿足可靠性為前提，然后再采用全壽命周期計(jì)算出分別的成本，選擇成本最低的一種決策方法。因此，應(yīng)通過計(jì)算比較技改LCC年均值與大修LCC年均值，選擇最低成本。

LCC年均值等于初始投資及后續(xù)使用的成本凈現(xiàn)值之和除以剩余使用年限。其中，成本凈現(xiàn)值是折算到當(dāng)年的成本(等于“成本／(1+利率)的N次方”，N等于差異年)；剩余使用年限：大修=設(shè)計(jì)使用年限-已使用年限，技改=設(shè)計(jì)使用年限。

采用大修方式的年均費(fèi)用模型：

式中：N PVAl、N PVA2分別為設(shè)備進(jìn)行大修和技改兩種不同方案的LCC年均值，在以后N年內(nèi)的總費(fèi)用，以一定的利率折算到每一年的費(fèi)用年平均值。

CI1表示對設(shè)備進(jìn)行大修估算的設(shè)備總投資，CI2表示用新設(shè)備更新時(shí)的總投資；CO1、2、CM1、2、CF1、2、CD1、2分別表示設(shè)備進(jìn)行大修、技改兩種方案的運(yùn)行成本、檢修維護(hù)成本、懲罰成本、在期望使用壽命期末的退役處置成本；i為銀行利率；N為計(jì)算年均費(fèi)用的未來某一年與所在年的差異年值：n為設(shè)備已經(jīng)使用的年限。

2.2 電力設(shè)備LCC成本計(jì)算方法

電力設(shè)備的全壽命周期成本是指包括設(shè)備購置、安裝、運(yùn)行、檢修、改造直至報(bào)廢的全過程發(fā)生的費(fèi)用。主要是應(yīng)用式(1)的模型，LCC=CI+CO+CM+CF+CD。

3 LCC的大修技改項(xiàng)目計(jì)算模型的應(yīng)用

3.1 算例概述

某變電站出線間隔211開關(guān)為ABB生產(chǎn)的220 kV六氟化硫斷路器，1993年出廠并投入使用，設(shè)備原值40萬，該設(shè)備故障后可完全轉(zhuǎn)負(fù)荷。

根據(jù)檢修導(dǎo)則和制造廠維護(hù)說明書要求，其大修年限為20年，目前該斷路器已出現(xiàn)漏氣癥狀，每年需補(bǔ)氣一次。為了研究211開關(guān)采取哪一種措施(大修或技改)才是最經(jīng)濟(jì)的，根據(jù)2013年的設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)行操作次數(shù)，采用全壽命周期成本進(jìn)行建模計(jì)算，模擬211開關(guān)大修和技改的LCC年均值，然后對兩者進(jìn)行對比，為類似的大修技改決策提供參考意見。

方案一：在2013年對斷路器進(jìn)行大修，繼續(xù)運(yùn)行20年，屆時(shí)運(yùn)行壽命達(dá)到設(shè)計(jì)運(yùn)行壽命，再進(jìn)行更新；方案二：2013年更換新的斷路器，然后繼續(xù)運(yùn)行40年。

3.2 模型應(yīng)用

3.2.1 計(jì)算模型

假定兩個(gè)方案的產(chǎn)出均一樣，凈現(xiàn)金流以NPV為依據(jù)。主要從成本方面予以計(jì)算，LCC的計(jì)算模型為LCC=CI+CO+CM+CF+CD。

3.2.1.1 投入（初投）成本CI

對于方案一來說，2013年大修發(fā)生的費(fèi)用都應(yīng)計(jì)入投入成本，包括修理費(fèi)和調(diào)試費(fèi)的人工成本、材料費(fèi)用、機(jī)械費(fèi)用，以及基本預(yù)備費(fèi)。

方案二的初始投入成本為技術(shù)改造投入，包括安裝工程費(fèi)、調(diào)試單位調(diào)試費(fèi)、啟動(dòng)試運(yùn)費(fèi)、斷路器耐壓試驗(yàn)費(fèi)用、拆除費(fèi)，以及基本預(yù)備費(fèi)。

3.2.1.2 運(yùn)行成本CO

運(yùn)行成本包括裝置運(yùn)行的能源成本、人工成本和運(yùn)行管理成本，這里主要指斷路器的常規(guī)巡視總成本。由于不同年限的斷路器的CO凈現(xiàn)值不同，因而要方案一和方案二的運(yùn)行成本不一樣。

3.2.1.3 維護(hù)成本CM

維護(hù)成本是各種維修活動(dòng)成本的總和，包括它們的人工費(fèi)、材料費(fèi)、機(jī)械費(fèi)、規(guī)費(fèi)及相應(yīng)的利潤和稅費(fèi)。與運(yùn)行成本類似，由于兩個(gè)方案斷路器的年限不同，故它們的檢修維護(hù)成本凈現(xiàn)值也不一樣。

3.2.1.4 故障成本CF

故障成本可分為直接成本和間接成本。直接成本是故障發(fā)生概率，故障時(shí)間和損失電能、維修更換成本的函數(shù)，計(jì)算的是由電量損失而引起的直接經(jīng)濟(jì)損失。間接成本是指由于故障導(dǎo)致停電或降低負(fù)荷，對用電客戶造成的損失及其對社會的綜合影響。本模型只考慮直接成本。由于大修方案的斷路器運(yùn)行年限為20年，技改方案是更換新模型，根據(jù)浴盆曲線，同一時(shí)期內(nèi)大修方案的故障發(fā)生率更高。

3.2.1.5 廢棄成本CD

指設(shè)備運(yùn)行壽命或經(jīng)濟(jì)壽命終結(jié)時(shí)，將其拆除或因環(huán)境保護(hù)要求進(jìn)行廢棄處理時(shí)所發(fā)生的成本。由于兩個(gè)方案斷路器的年限不同，故二者的檢修維護(hù)成本凈現(xiàn)值也不一樣，同時(shí)，方案二的技改LCC還包含設(shè)備的凈值。

3.2.2 參數(shù)選擇

通過梳理全壽命周期成本模型及計(jì)算公式，得出全壽命周期成本數(shù)據(jù)來源包括定額、公式計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析三類，針對不同的數(shù)據(jù)來源，會采用不同的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：

1）定額：屬于定額類型的數(shù)據(jù)有電網(wǎng)技術(shù)改造工程預(yù)算定額和電網(wǎng)檢修工程預(yù)算定額。其中，人工、材料、機(jī)械的費(fèi)用按照電力行業(yè)定額(造價(jià))管理機(jī)構(gòu)定額。編制年價(jià)差根據(jù)本省、市地區(qū)定額調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)得出，實(shí)現(xiàn)本省、市的人工、材料、機(jī)械成本定額調(diào)差。220kV六氟化硫斷路器系數(shù)按照變電站和220kV的調(diào)整系數(shù)。

2）公式計(jì)算：公式計(jì)算的數(shù)據(jù)不同地方也有不同的來源標(biāo)準(zhǔn)，各省、市公司根據(jù)本省、本市的取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。其中，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)本省、市的定額調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算。數(shù)據(jù)包括間接費(fèi)、利潤、稅金和其它費(fèi)。技改項(xiàng)目、大修項(xiàng)目和拆除的計(jì)算依據(jù)有差別。

3）統(tǒng)計(jì)分析：需要統(tǒng)計(jì)分析的中數(shù)據(jù)類別有采購價(jià)格，可以參考斷路器及其配件的采購合同。財(cái)務(wù)信息，可以用固定資產(chǎn)折舊計(jì)算公式。統(tǒng)計(jì)故障發(fā)生概率、故障后設(shè)備檢修方式概率。統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、主變運(yùn)行參數(shù)、線路運(yùn)行參數(shù)。

統(tǒng)計(jì)分析所需的取數(shù)標(biāo)準(zhǔn)有三種，分別是類比法、統(tǒng)計(jì)計(jì)算以及從其他部門獲取。其中，類比法是取最近2次的平均值。統(tǒng)計(jì)計(jì)算需要采集一定范圍和時(shí)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，如故障率。從其它部門獲取的數(shù)據(jù)有調(diào)度相關(guān)數(shù)據(jù)(負(fù)載率、停電時(shí)間)。

3.2.3 計(jì)算結(jié)果

從表1可以看出，大修的LCC年均值和技改項(xiàng)目的LCC相比節(jié)約了近15 000元，為此，對于本算例中的211開關(guān)，采用大修與技改決策相比更加經(jīng)濟(jì)。

表1 兩個(gè)方案的LCC計(jì)算結(jié)果元

4 結(jié)束語

本文以220 kV六氟化硫斷路器大修技改決策為背景，根據(jù)斷路器設(shè)計(jì)使用壽命為40年為參考，闡述了大修方案和技改方案的具體情況，得出大修方案優(yōu)于技改方案的結(jié)論。應(yīng)用上述模型計(jì)算當(dāng)六氟化硫斷路器運(yùn)行至26年時(shí)，大修的LCC年均值將會超過技改，也就是說在無家族性缺陷的斷路器在使用壽命周期大約在65%壽命周期左右時(shí)，可以選擇更換斷路器，浴盆曲線的P點(diǎn)約在此時(shí)出現(xiàn)，即設(shè)備申請技改的最佳時(shí)間點(diǎn)。

對故障損失成本中的設(shè)備更換成本考慮了價(jià)格因素，但是故障概率未按廠家設(shè)定，此項(xiàng)會受生產(chǎn)廠家的影響，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)電網(wǎng)近五年六氟化硫斷路器的故障，國產(chǎn)設(shè)備與進(jìn)口設(shè)備故障概率差異較大，應(yīng)依據(jù)近國產(chǎn)、進(jìn)口設(shè)備平均故障率設(shè)置生產(chǎn)廠家調(diào)整系數(shù)，對設(shè)備決策的故障損失成本做進(jìn)一步的分析。因此本模型還有完善優(yōu)化的空間，盡量減少生產(chǎn)廠家對LCC的影響。同時(shí)電網(wǎng)公司還應(yīng)大力推動(dòng)可靠性管理，為設(shè)備故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

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