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基于LCC的输变电设备不同生命阶段的决策研究

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公司运营 第23卷第2期 2O11年2月 能 源 技 东 t 衙 VOI.23 NO.2 Feb.2011 Energy Technology and Economics 文章编号:1674.8441(201 1)02.0062.05 萋子蜮翰输壅电谴备 同 生命 狡翰决策 囊 张建浩 ,宣荣生 ,王 一 ,王慧芳 (1.绍兴电力局,浙江绍兴312000;2.浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027) Decision-making Study in Different Life Phases for Transmission &Transformation Equipments Based on LCC ZHANG Jianhao ,XUAN Rongsheng ,WANG Yi ,WANG Huifang (1.ShaoxingElectric PowerBureau,Shaoxing 312000,China;2.College ofElectricalEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou 310027,China) Abstract:Power companies need to go through multiple decision—making processes in assets management.Isolated decision-making or indistinct decision—making targets will lead to unscientific decisions.Introducing life cycle cost (LCC)philosophy into management is the development trend in the future,and establishment of LCC—based decision-making targets is necessary and scientiifc.This paper first defines diferent life stages for transmission& transformation equipment,studies LCC based decision—making targets,and then builds a LCC tree and analyzes its benefit constitution.Finally,the cost and benefit constitution in diferent phases including planning&design,the operation&maintenance,and discard are elaborated,and their corresponding decision—making models are established. Keywords:transmission&transformation equipment;LCC;benefit;decision-making target 0引言 电力企业在进行资产管理中要经历多个决策过 目前电力企业在设备资产管理过程中进行相关 决策时,由于决策目标、决策模型不科学,使得决 策结果的正确性难以保证I5]。比如:在进行设备选型 程,如设备选型决策_1l、检修决策 、更换决策 等。 决策不是孤立的行为,它不仅与决策的具体背景相 决策时,在满足技术条件约束的情况下,若仅根据 设备的购买价格进行决策,事实表明这是不科学的; 又如:在设备健康状态不佳时进行检修决策,若仅 关,还与决策使用的模型、决策者关注的目标等相关。 收稿日期:2010—11—06 第2期 张建浩等:基于LCC的输变电设备不同生命阶段的决策研究 公司运营 e 根据企业本年度的检修经费多少来决策,会导致经 其成本受前面各阶段质量影响,也与该阶段的运行 费多时修旧利废少而造成浪费,而经费少时修修补 补不进行更换会增加设备安全隐患,这也是不科学的。 设备全寿命周期成本管理是一种新的管理理念 和方法,它从设备的长期效益出发,全面研究设备 从设计到报废为止的生命全过程 J。在设备生命过 程中的各类管理决策,均是以设备全寿命成本及效 益而非本阶段或本时刻的成本与效益作为关注重点, 因此决策更为科学。 本文划分了输变电设备的生命阶段,提出基于 LCC的决策目标,即成本与效益达到最佳平衡的决 策目标;建立了不同生命阶段的全寿命成本及效益 构成模型,并分别导出决策模型。需说明的是,本 文提到的检修决策研究是建立在输变电设备已开展 状态检修的基础上,设备的健康状态评价已经获得_121, 这符合状态检修实施较好的电力公司实际情况。 1输变电设备全寿命周期阶段划分 由于输变电设备的服役期都比较长,少则20年 多则50年以上,因而全寿命周期成本管理的时间跨 度非常长,且不同阶段的内容也不尽相同,因此, 需要对设备管理的全过程进行合理的阶段划分,再 分别讨论各个阶段决策的内容。根据设备在寿命周 期中所属管理主体的不同,将设备的全寿命周期划 分成以下4个阶段:规划设计阶段、获得阶段、运 行维护阶段和报废阶段。 (1)规划设计阶段。根据工程的需要确定设备 的相关参数,如设备容量、型号、技术及经济约束 等,并合理估算设备的总成本。该阶段的成本所占 设备寿命周期成本比例虽不一定很大,但决策结果 对后续阶段的成本有重要影响。 (2)获得阶段。根据规划设计要求,通过招投 标方式购买具体的设备,并进行安装和调试,在这 个过程中需控制购买、安装调试成本。该阶段成本 主要由规划设计阶段决定,成本弹性不大,但工作 完成的质量对后续阶段成本有较大影响。 (3)运行维护阶段。对设备的运行成本和检修 成本进行有效管理。相关研究表明,该阶段成本所 占全寿命周期成本比例最大,有的甚至达到76%, 检修策略相关,弹性较大。此外,运行维护阶段主 要包括运行和检修,这两部分内容虽然交织在一起, 但成本上却有区别。运行成本相对变化小,而检修 成本的变化范围大,是决策的重要对象。 (4)报废阶段。设备报废成本所占全寿命周期 成本比例~般很小,可变弹性也小。但是这一阶段 需要进行设备更新决策,主要是确定设备的更新时 问,即旧设备的使用寿命。 2基于LCC的决策目标 基于LCC的决策目标是稳定的,不同阶段实现 决策目标的过程分析会有所不同,但有一点是相同 的,即如果是在有限的备选方案中进行决策,可不 必重复比较各方案中均将等量发生的费用。例外的 情形是这些等量发生的费用在LCC中占有很高的比 例,致使各方案独有或变化的费用不能作为决策依 据,而这种情形在分析中并不常见。 基于LCC的决策目标应该是:全寿命周期成本 与效益最佳平衡,即全寿命周期成本尽可‘Ha/b,而 取得的效益尽可能大,即: r r r C =l C 且E~=』E (1) 式中:c为成本;E为效益;T为预期寿命。 以上目标可以有以下2种模型表达方式: (E—C)~ (2) 该目标函数表示的是经济效益最大,应用的前 提是成本和效益具有相同的量纲,即效益用货币来 表示,因此应用范围受限。 ( C)… (3) 该目标函数可用于成本和效益不同量纲的情形, 其含义是单位成本能够得到的效益量,其意义明确 又具有普适性,因此被广泛应用。 3输变电设备成本与效益构成分析 3.1成本构成分析 输变电设备的LCC成本分解可以按照白顶向下 I__■匝 公司运营 能 泺 技 水 锯 济 第23卷 逐层分解策略进行,形成成本树,以便于不同阶段 决策选择不同层次的成本。首先按时间或成本性质 在输变电设备的不同生命阶段,由于决策基础 与内容不同,不仅效益的构成不同,效益可估算的 把总成本分解为几个大的子成本,忽略细节,形成 较为抽象的高层成本;然后再逐层添加细节,直到 所有成本都能被清楚理解为止。成本分解没有标准 答案,而不同的分解方法及分解深度对LCC的估算 精度有较大影响,因此要尽可能地根据决策目标进 精度也不同。如在规划设计阶段由于无法得到设备 详细的运行工况,只能得到厂家提供或历史数据给 出的粗略的设备效益估算值;而在运行维护阶段可 以根据设备当前的运行工况,得到相对精确的效益 估算值。 行合理分解。 本文根据后续决策需要分解的成本树如图1所 示。层次越深,成本因子越多,成本的精度也越高。 4设备不同寿命阶段的决策模型 4.1 规划设计阶段的决策模型 4.1.1成本构成 需说明的是,以上成本都假设已考虑资金的时 间价值,即所有成本已折算到决策时刻。 3.2效益构成分析 效益是指设备投入成本后所取得的效果或者说 明任务完成到什么程度的指标。效益的常见表达方 式有2种:一种用经济效益来反映,如产量、销售 规划设计阶段是设备寿命周期的开始阶段,对 后续阶段的成本了解还比较模糊,因此适合选择较 高层次的成本,如选择1层模型展开分析,即全寿 命周期成本包括规划设计成本Cm获得成本C ,运 行维护成本C 报废成本C。 ,环境成本C:。和社会 量、利润等;另一种则把效益分成几个要素来评价, 最后再加以集中,反映出整体的效益,如可靠性、 可维修性、可用性等l13 41。本文采用后一种表达方 成本C盟。其中,C。 占设备全寿命周期总成本的比例 通常不大,且在各种决策中均将等量发生;C 很难 式,用来反映设备的总体性能指标,是一个概率值, 反映设备产生预期结果的机会。效益可以根据决策 时所关注的效益要求及可获得的效益评价的多个效 益因子组成。 进行精确估算,一般也可认为是一次性等量发生的 成本。因而在等寿命的规划设计决策时,这两者可 以不予考虑;但若各方案中设备的预期寿命差别较 大,为比较寿命周期年平均费用,还应将其计入; C 。通常每年都有,一般可假设为年均等量发生的成 假设设备效益E由n个效益因子E ,E ,…,E 组 成,则设备的效益可表示为: =本,因而不管是否等寿命,都可以不予考虑。因此 nE (4) 在规划设计阶段,考虑的设备全寿命周期成本模型 为: 图1成本树 第2期 张建浩等:基于LCC的输变电设备不同生命阶段的决策研究 公司 运营 e (1)各方案预期寿命一致,可忽略等量发生的 费用,因此模型为: C=C12+Cl3+C22 (5) 社会经济损失,常用中断供电总电量乘以供电中断 地区的每千瓦时的平均GDP贡献值来计算;C 为 其他成本,指除以上几类主要成本外的一些额外的、 少量的或偶然的成本,如外聘专家工资、现场管理 (2)各方案预期寿命有较大差别,需比较全寿 命周期年平均费用,此时模型为: C=CI1+C12+Cl3+C14+C22 (6) 4.1.2效益构成 由于在规划设计阶段无法准确预计设备运行维 护阶段的工况,因此难以得到详细精确的效益估算。 采用过多模糊的效益因子不仅会使效益计算更复杂, 准确性也难以保证,所以该阶段应选择设备最主要 且容易获得的性能指标作为效益组成因子。对电力 系统而言,可靠性是极为重要的,并可由厂家提供 或由统计资料得到。因此在设备的规划阶段,设备 效益因子采用可靠性指标。常见的输变电设施可靠 性评价指标有平均故障间隔时间、可用系数、计划 停运率、非计划停运率、强迫停运率等。 4.1.3决策模型 此阶段主要进行的是设备选型工作,一般来说, 可靠性高的设备,初期一次性投资成本大,但是运 行维护成本低、效益高。为达到全寿命周期成本和 效益之间的最佳平衡,可按式(3)表示的目标函数 进行决策,即选择设备全寿命周期单位成本获得的 可靠性最大的方案。 4.2运行维护阶段的检修决策模型 4.2.1成本构成 对运行维护阶段的检修决策来说,除检修成本 外的其他寿命周期成本都是等量的,因此可以只考 虑检修成本C 的组成,根据图1有: C=Cl32=C132l+C1322+Cl323+C1324+C1325 (7) 式中:C 为人丁成本,主要是相关检修人员的]_ 资,包括电力企业检修人员工资和辅助1二工资;C , 为材料成本,主要包括检修过程中产生的消耗性材 料费用和装置性材料费用;C ,∞为机械成本,包括检 修过程中产生的机械台班费用(主要指运输工具使 用费用,如大卡车、吊车、工程车等)和常规仪器 仪表及工具的使用费;C 为断电成本,包括直接断 电成本和间接断电成本,直接断电成本是设备停运 检修时造成的电费利润损失,常用中断供电总电量 乘以电费利润计算,而间接损失是供电中断造成的 费、专门培训费用等。 4.2.2 效益构成 设备运行维护的指导方针为“以提高设备的健 康水平、可靠性和可用率作为目标”U21,因此可定义 效益由状态健康指数、可靠性和可用性组成。设备 健康状态指数反映设备当前健康状态,同时也是设 备的先天质量、运行条件、历史维修情况、寿命等 的综合体现,它反映了设备的内在品质。可靠性和 可用性则侧重反映设备效益的外在表现,即故障概 率、可用概率。该阶段的设备效益定义为: E=E1×E2×E3 (8) 式中: 为状态健康指数;E 为可靠性;E 为可用性。 4.2.3 决策模型 该阶段的工作主要是进行最佳设备维修方式选 择。针对各种可能的维修方式,可以计算其所需的 维修成本和维修后能够提高的设备效益,通过比较 单位成本的效益提高量选择最佳维修方式。即其决 策模型为: maX( 乙| 1 (9) 式中:c为检修成本(此时需要考虑等量成本因素); △E为检修前后效益的变化量。 4.3设备更新的决策模型 4.3.1成本构成 成本用年平均使用成本来表示。先计算该设备 之前已经产生的所有成本之和,然后除以已使用时 间,即得到该年的年平均使用成本。通常年平均使 用成本函数是一个“V”型曲线,其最低点对应的年 份为设备的经济寿命。 4_3.2效益构成 效益为设备运行当前时刻的效益,与运行维护 阶段的效益构成一致。 4-3-3 决策模型 当设备运行到一定年限,若设备年平均使用成 本已较大,效益降到很低,设备甚至无法胜任当前 工作,则需要对其进行决策:进行大修后继续运行 公司运营 能 源 技 术 锯 济 第23卷 或是将其更换,决策模型如下: 的选型决策[J Jl华东电力,2004,32(11):8—13. lE<En 【 一 (10) [2]余绍峰湖文堂,陈金法,等输变电设备风险评估与维修决策[J].浙 江电力,2009,28(3):1-4 式中:E是设备当前的效益;E, 为规定的效益门槛, 若设备效益低于该门槛,表示设备的健康状态、可 [3]郭基伟,柳刚,唐国庆,等.电力设备检修策略的马尔可夫决策[J】_电 力系统及其自动化学报,2004,14(4):6—10. 靠性和可用性已很差,不适合继续使用,该条规则 是设备技术寿命的体现;T是设备的寿命; 是设备 [4]叶泽,王亚莉.有效资产管制条件下电网企业资产更换决策方法分 析[J1l长沙理工大学学报(社会科学版),2008,23(4):9—15. 的经济寿命,即设备已接近经济寿命时可以考虑更 新,该条规则是经济寿命的体现。 若设备已符合更新决策模型,但大修的效益成 本比还较高,说明设备修理后可恢复到不错的状态, 可延长使用,应选择大修;若设备还不符合更新决 策模型,但大修的效益成本比较低,说明设备已劣 化,修理意义不大,应提前进行更新。 5决策模型应用现状及展望 规划设计阶段的决策模型与检修决策模型已在 实际项目中试用,能获得较好的决策结果 6]。相信 随着决策经验的积累,对成本因子及效益因子进一 步深入研究,决策模型的应用会愈加科学。 6结语 基于LCC的输变电设备在不同生命阶段的决策 目标是稳定的,即全寿命周期成本与效益最佳平衡。 全寿命周期管理理念从全系统、全费用和全过 程角度对设备资产进行统筹管理,能够提高设备可 靠性、降低设备运行成本、延长设备使用寿命,从 而使企业获得最大的效益,避免为了获得局部、短 期的利益而导致整体、长期的利益受损。同时,应 用LCC理念须打破部门间的界限,使企业达到经济、 技术和社会环境的和谐统一。LCC在电力系统资产 管理中的应用还处于起步阶段,各项理论体系尚待 完善,本文提出的决策模型为LCC的实践应用提供 了理论基础。 参考文献: [1】朱基木,余正环,韩 天_用全寿命周期成本方法对新建机组额定参数 [5]陆军周定资产信息化管理在供电企业的实践[J].电力技术经济, 2008,20(5):59—63. 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[16]李晓慧.浅论电网企业的固定资产管N[JI电力技术经济,2004,16 (6):43-44,49. 张建浩(1977一),男,浙江新吕人,工程师,主要从事变电设备状 态检修等领域的研究工作。E—mail:zhan ̄h1977@126.com 宣荣生(1977一),男,浙江诸暨人,助理工程师,主要从事变电设 备状态检修等领域的研究工作。E—mail:xuan ̄@sina.com 王一(1985一),女,浙江新吕人,硕士,主要从事输变电设备状 态检修、设备全寿命周期理论研究。E—mail:wangyi5451@163.com (责 编/盛夏) 

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