10 kV開關(guān)柜維修和技改策略的分析與探索

肖 洋，劉旭明，黃玉忠，李 帥

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518020）

10 kV開關(guān)柜維修和技改策略的分析與探索

肖 洋，劉旭明，黃玉忠，李 帥

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518020）

介紹了電力設(shè)備全壽命周期管理理論，通過對比分析10 kV開關(guān)柜定期維修與技改的全壽命周期成本，探索出對該類設(shè)備定期開展大小修為優(yōu)選策略，為供電企業(yè)對10 kV開關(guān)柜的管理工作提供探索性的數(shù)據(jù)支持和參考。

全壽命周期；10 kV開關(guān)柜；維修；技改

0 引言

隨著我國電網(wǎng)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的資產(chǎn)管理方式暴露出越來越多的問題，供電企業(yè)往往只重視初始投入，而未能從設(shè)備整個壽命周期的角度來考慮成本，從而造成大量資金浪費。

中國南方電網(wǎng)公司近年來引入資產(chǎn)全壽命周期管理的理念，并在中長期發(fā)展戰(zhàn)略中對提升資產(chǎn)管理能力提出了新要求。某供電局根據(jù)南方電網(wǎng)公司的相關(guān)要求，對資產(chǎn)管理工作提出了明確的目標(biāo)和舉措。

1 全壽命周期理論

全壽命周期成本（Life Cycle Cost，LCC）理論將固定資產(chǎn)相關(guān)費用支出加以分析，構(gòu)建了以下模型：

式中：CI——投入成本，包括采購及建設(shè)成本（Investment Costs）；

CO——運行成本（Operation Costs）；

CM——維護成本（Maintenance Costs）；

CF——故障成本，也稱懲罰成本（Outage or Failure Costs）；

CD——廢棄成本（Disposal Costs）。

電力設(shè)備壽命周期理論（Electronic Equipment Life Cycle Concepts）是將電力設(shè)備的壽命周期劃分為購置、運行、維護、修理、更新、報廢等幾個重要階段，主張按照其壽命周期的運行規(guī)律，找到設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)運行狀態(tài)及關(guān)鍵控制點。

上述理論的研究體系較為完善，注重LCC的定量分析，強調(diào)通過建立數(shù)學(xué)模型來進行全壽命周期成本的定量分析，從而對資產(chǎn)從設(shè)計、購置、運行、維護直至退役等全過程系統(tǒng)管理，合理利用資產(chǎn)的生產(chǎn)能力，降低成本，實現(xiàn)資產(chǎn)效益最優(yōu)。

2 10 kV開關(guān)柜設(shè)備運行現(xiàn)狀

2.1 高壓開關(guān)柜的組成

高壓開關(guān)柜是由高壓斷路器、負荷開關(guān)、接觸器、高壓熔斷器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、互感器及站用變，以及控制、測量、保護、調(diào)節(jié)裝置，內(nèi)部連接件、輔件、外殼和支持件等組成的成套配電裝置，其內(nèi)的空間以空氣或復(fù)合絕緣材料作為介質(zhì)，用于接受和分配電網(wǎng)的三相電能。

2.2 10 kV開關(guān)柜數(shù)量統(tǒng)計

某供電局西部片區(qū)現(xiàn)配置10 kV開關(guān)柜的變電站有102座，10 kV開關(guān)柜數(shù)量為6 989臺。10 kV開關(guān)柜的運行年限在1-18年之間，對應(yīng)數(shù)量分布如表1所示。

2.3 10 kV開關(guān)柜缺陷率統(tǒng)計分析

通過梳理2010—2014年各運行年限10 kV開關(guān)柜缺陷數(shù)量（見表2），繪制了10 kV開關(guān)柜運行年限與缺陷率統(tǒng)計圖（見圖1）。

表1 10 kV開關(guān)柜運行年限對應(yīng)數(shù)量統(tǒng)計

表2 2010-2014年各運行年限的10 kV開關(guān)柜缺陷數(shù)量統(tǒng)計

圖1 10 kV開關(guān)柜運行年限與缺陷率統(tǒng)計

由圖1可見，運行1-4年，開關(guān)柜缺陷率較低，平均為0．394個/（百臺·年）；從第5年開始缺陷率明顯提高，運行5-9年的開關(guān)柜平均缺陷率達到3．320個/（百臺·年），是前4年的8．4倍；運行10年之后，平均缺陷率達到6．179個/（百臺·年），是5-9年平均值的近2倍。

3 10 kV開關(guān)柜維修與技改策略的對比分析

3.1 維修和技改的定義

設(shè)備維修是電力企業(yè)安全生產(chǎn)管理的重要組成部分，也是設(shè)備運行使用過程中費用的主要來源。維修的目的是消除設(shè)備經(jīng)常性的有形磨損和排除設(shè)備運行過程中的各種故障，以保持設(shè)備在其壽命期內(nèi)保持必要的性能，發(fā)揮正常的效用。維修可分為日常維修、小修和大修等幾種形式；根據(jù)維修策略的不同可分為事后維修、預(yù)防性定期維修、狀態(tài)檢修等。

技術(shù)改造是指應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成果和先進經(jīng)驗，改變現(xiàn)有設(shè)備的結(jié)構(gòu)，裝上或更換新的部件、裝置和附件，以補償設(shè)備的有形和無形磨損。通過技術(shù)改造，可以改善設(shè)備的技術(shù)性能，增加設(shè)備的功能，使設(shè)備達到或局部達到新設(shè)備的技術(shù)水平。南方電網(wǎng)公司的生產(chǎn)技術(shù)改造通常是指對滿足相關(guān)條件的設(shè)備進行整體更換。

3.2 10 kV開關(guān)柜維修和技改成本分析

根據(jù)開關(guān)柜缺陷率的統(tǒng)計并結(jié)合開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)原理分析可知：

（1） 開關(guān)柜運行5年后，主要由于電氣元件故障頻發(fā)導(dǎo)致缺陷率飆升，可通過南方電網(wǎng)公司《電力設(shè)備檢修規(guī)程》中規(guī)定的B類檢修，即通過對開關(guān)柜開展停電類的局部檢查、維修、更換和試驗工作，來提升開關(guān)柜運行穩(wěn)定性；

（2） 運行10年以后，由于機構(gòu)部件磨損、絕緣件老化以及電氣元件故障等情況加劇，缺陷率進一步提高，此時只能通過大修或技改來提升設(shè)備的可靠性。

對此，以1臺開關(guān)柜為例，綜合分析比較了其在運行10年的節(jié)點上分別選擇大修和技改策略的全壽命周期成本。

3.3 維修和技改方案費用預(yù)算

3．3．1 CI（投入費用）

（1） 開展大修。即《電力設(shè)備檢修規(guī)程》中所謂必要時開展的A修，在B修的基礎(chǔ)上增加柜體、斷路器以及機構(gòu)的解體大修等工作，1臺開關(guān)柜約需費用4萬元。

社會在發(fā)展，時代在進步，國民經(jīng)濟得到質(zhì)的提升，民眾生活水平也在不斷提高，旅游成為人們?nèi)粘Ｏ驳囊环N生活形式。消費者群體中，80后和90后是消費主體，此類旅游者對旅游服務(wù)提出了更多的要求，在此背景下，促進了旅游文化多元性和旅游文化個性化的發(fā)展。老舊式旅游管理一般情況存在信息閉塞現(xiàn)象，不能對旅游主體要求進行全面把控。大數(shù)據(jù)在各個行業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，創(chuàng)新了傳統(tǒng)旅游管理思想以及運行模式。當(dāng)前市場環(huán)境下，旅游大數(shù)據(jù)管理憑借相關(guān)信息收集和分析操作，將復(fù)雜數(shù)據(jù)簡單化，找尋規(guī)律的同時強化游客體驗感，創(chuàng)新旅行方式，而后通過高度融合與協(xié)同等，實現(xiàn)景區(qū)與管理運營二者的數(shù)字化發(fā)展與智能化發(fā)展。

（2） 進行技改更換。投入費用包括設(shè)備購置費和設(shè)計、安裝、調(diào)試及監(jiān)理等費用。以1臺4 kA進線開關(guān)柜為例，參考《南方電網(wǎng)公司電網(wǎng)工程主要設(shè)備材料信息價》，購置費用為17萬元，設(shè)計、安裝、調(diào)試及監(jiān)理等費用平均約5萬元，則投入費用總計22萬元。

3．3．2 CO（運行費用）

常規(guī)運行損耗和設(shè)備巡視等費用約0．01萬元/（臺·年）。

3．3．3 CM（檢修維護費用）

根據(jù)南方電網(wǎng)公司《電力設(shè)備檢修規(guī)程》要求，開關(guān)柜在6年時限內(nèi)須開展1次B修；根據(jù)深圳供電局缺陷率統(tǒng)計分析情況，每5年對開關(guān)柜開展B修，對斷路器室、母線室、電纜室、斷路器本體、機構(gòu)、動靜觸頭或刀閘等部件進行維護和檢測，費用約0．2萬元/臺。

3．3．4 CF（故障費用）

若每5年僅對開關(guān)柜開展B修，在前10年，開關(guān)柜缺陷率可保持在1-4年的平均水平，即約0．004個/（臺·年），相應(yīng)的費用為0．004×0．736= 0．002 944萬元/（臺·年）。運行10年后，由于B修僅能有效解決電氣元件和普通機械故障，即B修可降低缺陷率為0．033 2-0．003 94=0．029 26個/（臺·年），則相應(yīng)缺陷率為0．061 79-0．029 26= 0．032 53個/（臺·年），費用為0．032 53×0．736≈ 0．023 94萬元/（臺·年）。另據(jù)統(tǒng)計，開關(guān)柜運行10年后平均每年因絕緣老化、觸頭磨損等缺陷和隱患導(dǎo)致炸柜燒損故障所產(chǎn)生的費用約150萬元，每臺開關(guān)柜由于故障產(chǎn)生的費用為150/6 989=0．021 46萬元。則故障費用總計為0．023 94+0．021 46=0．045 40萬元。

若按照5年B修，10年A修對開關(guān)柜開展運維，缺陷率可以維持在1-4年的平均水平，即約0．004個/（臺·年），則產(chǎn)生的費用為0．004×0．736=0．002 944萬元/（臺·年）。由于定期開展A修，可有效解決絕緣老化、主回路活動導(dǎo)體磨損等問題，開關(guān)柜基本不會發(fā)生炸柜燒損等故障。

3．3．5 CD（廢棄費用）

深圳供電局規(guī)定開關(guān)柜設(shè)備折舊年限為12年，期間等價折舊；滿12年后，殘值率始終為5 %。

開關(guān)柜10年前初始購置費用為15萬元，運行10年時殘值率為20．83 %，則設(shè)備剩余價值為15×20．83 %=3．125萬元；運行12年后設(shè)備殘值回收費用為15×5 %=0．75萬元。

技改更換的新開關(guān)柜初始購置費用為17萬元，運行12年后設(shè)備殘值回收費用為17×5 %=0．85萬元。

3．3．6 維修和技改方案成本計算分析

根據(jù)南方電網(wǎng)公司《主網(wǎng)技改項目準(zhǔn)入及預(yù)算標(biāo)準(zhǔn)》的指導(dǎo)意見，開關(guān)柜使用壽命為30年。開關(guān)柜在運行10年時若開展大修，則剩余壽命為20年；若進行技改，則更換后的開關(guān)柜壽命為30年。

（1） 維修方案下，在5年節(jié)點開展B修，10年節(jié)點開展A修，初始投資表示為：維修方案初始投資=維修過程費用+設(shè)備剩余價值。設(shè)備剩余壽命周期的各部分費用如表3所示。

（2） 技改方案下，每5年需開展B修，設(shè)備壽命周期各部分費用如表4所示。

（3） 各方案年均成本比較如表5所示。

對比可見，對開關(guān)柜定期進行A，B修年均成本最低，為0．551萬元，較技改方案年均成本節(jié)省28．8 %。

4 結(jié)論

（1） 對于10 kV開關(guān)柜采取維修策略，在5年節(jié)點開展B修，10年節(jié)點開展A修，相應(yīng)的LCC成本和設(shè)備運行狀態(tài)均優(yōu)于技改策略。

（2） 對于不同期望壽命的設(shè)備的LCC成本計算，應(yīng)該比較各方案在決策年以后的期望壽命內(nèi)的年均成本的大小，這樣較為合理、客觀。

表3 維修方案下設(shè)備壽命周期費用 萬元

表4 技改方案下設(shè)備壽命期費用 萬元

年數(shù)　CI年值CO年值CM年值CF年值CD年值　　合計15　0　0．01　0．2　0．038　0　0．248 16　0　0．01　0　0．038　0　0．048 17　0　0．01　0　0．038　0　0．048 18　0　0．01　0　0．038　0　0．048 19　0　0．01　0　0．038　0　0．048 20　0　0．01　0．2　0．038　0　0．248 21　0　0．01　0　0．038　0　0．048 22　0　0．01　0　0．038　0　0．048 23　0　0．01　0　0．038　0　0．048 24　0　0．01　0　0．038　0　0．048 25　0　0．01　0．2　0．038　0　0．248 26　0　0．01　0　0．038　0　0．048 27　0　0．01　0　0．038　0　0．048 28　0　0．01　0　0．038　0　0．048 29　0　0．01　0　0．038　0　0．048 30　0　0．01　0　0．038　-0．85　-0．802總計　22　0．3　1　0．78　-0．85　23．23

表5 開關(guān)柜維修技改方案下的年均成本

1 趙 宏．基于LCC的輸變電設(shè)備維修與技改綜合優(yōu)化的研究［D］．北京：華北電力大學(xué)，2009．

2 Takata S， Yamada A， Inoue Y． Life cycle cost［C］．Proceedings of First International Symposium on Environmentally Conscious Design and Inverse Manufacturing，Tokyo， Japan，1999．

3 Pecht M G， Das D． Electronic part life cycle［J］．IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies，2000，23（1）：190-192．

4 張引弘．電網(wǎng)企業(yè)固定資產(chǎn)全壽命周期管理研究［D］．北京：華北電力大學(xué)，2009．

5 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會．DL/T404—2007 3．6 kV-40．5 kV交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備［S］．北京：中國電力出版社，2008．

6 傅家驥，仝允桓．工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟學(xué)［M］．北京：清華大學(xué)出版社，1996．

7 束洪春．電力系統(tǒng)以可靠性為中心的維修［M］．北京：機械工業(yè)出版社，2009．

2015-11-26；

2016-04-08。

肖 洋（1986-），男，工程師，主要從事全壽命周期理論的變電設(shè)備運維策略的研究、變電設(shè)備改造策略及典型缺陷分析工作，email：396198660@163．com。

劉旭明（1970-），男，高級工程師，主要從事變電設(shè)備運維及大修技改策略、變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用和研究工作。

黃玉忠（1975-），男，工程師，主要從事變電設(shè)備運行維護策略以及基于全壽命周期理論的大修技改策略的研究工作。

李 帥（1984-），男，高級工程師，主要從事變電一次設(shè)備大修技改策略以及基于全壽命周期理論運維策略的研究工作。