基于經(jīng)濟壽命模型的架空線路設(shè)備更換分析

黃道友 李建青 張征凱 康健 李新磊 張云云

（1.安徽省電力有限公司，安徽合肥 230602；2.國網(wǎng)安徽經(jīng)研院，安徽合肥 230602；3.中國能源建設(shè)集團安徽省電力設(shè)計院有限公司，安徽合肥 230602）

1 引言

設(shè)備的經(jīng)濟壽命：依據(jù)經(jīng)濟學原理，結(jié)合LCC等分析，通過設(shè)備的原始價值、運維成本、檢修成本、故障成本等可以理論計算出設(shè)備退役更換綜合成本最優(yōu)的時間，也就是指設(shè)備從全新狀態(tài)安裝投入使用之日起，到其綜合成本最低而退出運行為止的時間。

設(shè)備投運后，使用的年數(shù)越多，每年分攤的投資越少；而設(shè)備缺陷、故障會不斷增多，設(shè)備的維護檢修費用會逐步增加。通過設(shè)備投資費用曲線和使用費用曲線，可以找到設(shè)備綜合成本最低的時點，也即是設(shè)備的經(jīng)濟壽命。設(shè)備如能在經(jīng)濟壽命附近進行報廢更換，并按此優(yōu)化電網(wǎng)企業(yè)的技改大修策略，就能逐步實現(xiàn)綜合成本最優(yōu)化及效益的最大化。經(jīng)濟壽命模型曲線如圖1所示。

2 經(jīng)濟壽命模型構(gòu)建

2.1 經(jīng)濟壽命模型維度

根據(jù)設(shè)備從規(guī)劃設(shè)計到退役處置的全壽命周期流程，從以電網(wǎng)實物資產(chǎn)管理為基礎(chǔ)的生產(chǎn)業(yè)務流角度出發(fā)，進行設(shè)備壽命周期成本劃分。以往資產(chǎn)評價報告中的經(jīng)濟壽命計算的費用包括大修費用、運維成本、搶修費用、單臺資產(chǎn)原值、資產(chǎn)殘值，存在費用組成較粗、沒有組成框架、費用類型待補充、取數(shù)規(guī)則不明確等問題，結(jié)合資產(chǎn)全壽命周期成本LCC，考慮管理的方便性，構(gòu)建設(shè)備經(jīng)濟壽命周期成本框架。主要的改進點為：一是將設(shè)備經(jīng)濟壽命周期成本分為獲得（C1）、持有（C2）和退出（C3）三個階段，即C=C1+C2+C3，C1與采購建設(shè)階段匹配，側(cè)重由項目管理部門進行管理，C2與運行維護階段匹配，側(cè)重由運維檢修部門進行管理，C3與退役處置階段匹配，側(cè)重由物資和財務部門管理；二是對每部分的成本組成進一步細化；三是考慮到備品備件和再利用設(shè)備在庫期間的成本支出，在持有（C2）階段增加了閑置成本（C24）；四是對每項成本按照生產(chǎn)業(yè)務實際進行專業(yè)描述。各項成本組成如圖2-1所示。

2.2 經(jīng)濟模型公式設(shè)計

圖1 經(jīng)濟壽命曲線圖

表3-1 某220kV架空線路經(jīng)濟壽命周期成本（單位/萬元）

投運年份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 C 1 85 85 85 85 85 85 105 105 105 105 105 105 C 21 3.7 3.7 3.7 3.7 3.7 3.7 4.7 4.7 4.7 4.7 5.2 5.2 C 22 0 0 5.4 0 0 0 6.3 0 0 0 6.5 0 C 23 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C 24 0 0 0 0 0 0 0.2 0 0 0 0 0 C 31 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C 32 0 0 0 0 0 0 0.2 0 0 0 0 0 C 33 0 0 0 0 0 0 4.6 0 0 0 0 0投運年份 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 C 1 105 105 105 105 141 141 141 572 572 572 572 594 C 21 5.2 5.2 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 6.2 6.2 6.2 6.2 6.2 C 22 0 0 0 0 6.9 0 0 7.6 8.8 24.7 18.6 12.5 C 23 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C 24 0 0 0 0 0.3 0 0 1.3 0 0 0 0.1 C 31 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C 32 0 0 0 0 0.2 0 0 0.4 0 0 0 0 C 33 0 0 0 0 5.8 0 0 10.7 0 0 0 0

表3-2 某220kV架空線路年平均總費用（單位/萬元）

投運年份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12年均資產(chǎn)平均值 85.0 42.5 28.3 21.3 17.0 14.2 14.3 13.1 11.7 10.5 9.5 8.8年均運維檢修費 3.7 3.7 5.5 5.1 4.8 4.6 5.6 5.5 5.4 5.3 5.9 5.8年平均總費用 88.7 46.2 33.8 26.3 21.8 18.8 19.9 18.6 17.0 15.8 15.4 14.6投運年份 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24年均資產(chǎn)平均值 8.1 7.5 7.0 6.6 8.0 7.8 7.4 28.1 27.2 26.0 24.9 24.8年均運維檢修費 5.8 5.7 5.7 5.7 6.2 6.1 6.1 6.6 7.0 8.1 8.8 9.2年平均總費用 13.9 13.2 12.7 12.3 14.1 14.0 13.5 34.7 34.2 34.1 33.7 34.0

圖2-1 設(shè)備經(jīng)濟壽命周期成本組成

基于以上設(shè)備經(jīng)濟壽命周期成本組成分析，與LCC全壽命周期研究的經(jīng)濟壽命模型差異在于，設(shè)備成本在壽命周期內(nèi)除處置收入外，均為其損耗費用，因此采用C1-C33作為損耗成本基值，運維檢修費Pt應包含整個壽命周期內(nèi)的運維成本、檢修成本、故障處置成本和閑置成本、提前退出成本、處理成本。

經(jīng)濟壽命模型（Economic Life Model）,在不考慮資金時間價值的基礎(chǔ)上計算設(shè)備年均總費用C n，使Cn為最小值對應的 Min(Cn)就是設(shè)備的經(jīng)濟壽命。其計算式為：

式中：

n=1,2,3，…，n

Min(Cn)——N年內(nèi)設(shè)備的年平均總費用最小值。

C1——獲得成本

Pt——至第N年的設(shè)備運維檢修費。

C33——處置收入

Pt= C21+C22+C23+C24 +C31+C32[A2]。

其中：

（1）C1獲得成本主要指期初投入(資產(chǎn)原值)，包括基建、技改兩種形式。期初投入由項目前期費用、項目設(shè)計費、土建費用、設(shè)備購置費、安裝費用、投產(chǎn)費用和其他費用等組成。（2）C21運維成本包括日常巡視成本、倒閘操作成本、運維消缺成本、設(shè)備維護成本、帶電檢測成本等。（3）C22 檢修成本包括維修成本、消缺成本、專業(yè)巡視成本等。（4）C23故障處置成本包括故障恢復成本（搶修費、保險賠償費等）、故障損失成本（停電損失費、社會負面影響成本等）等。（5）C24閑置成本包括倉儲維護成本（維護費、倉儲費等）、其他成本等。（6）C31為提前退出成本。（7）C32為處理成本（招標費、拆卸費、運輸費、倉儲費等）。（8）C33為處置收入（調(diào)撥或報廢收入）。

圖3-1 某220kV架空線路經(jīng)濟壽命曲線

模型樣本采集說明：可采用包含多臺運行年限超過設(shè)計壽命的主變等主設(shè)備取平均值。

3 經(jīng)濟壽命計算

以某220kV架空線路為研究對象，其經(jīng)濟壽命計算數(shù)據(jù)如表3-1所示。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)及公式，可以計算出年均資產(chǎn)平均值和年均運維檢修費用，進而計算出年平均總費用，具體數(shù)據(jù)如表3-2所示。

由此可以得到某220kV架空線路經(jīng)濟壽命曲線，如圖3-1所示，其經(jīng)濟壽命為16年。

4 經(jīng)濟壽命模型應用

通過經(jīng)濟壽命模型，我們可以更加科學地、合理地進行電網(wǎng)的規(guī)劃工作，本節(jié)針對經(jīng)濟壽命模型，具體提出了如下應用場景：

4.1 基于經(jīng)濟壽命模型的設(shè)備更換分析

通過經(jīng)濟壽命模型，計算出設(shè)備的經(jīng)濟壽命，可以在設(shè)備到達經(jīng)濟壽命前，便進行更換設(shè)備的相關(guān)準備工作，從而使得設(shè)備的年均總費用最低的同時，使得整體工作進行地更加高效，具有較強的針對性。

4.2 延長設(shè)備經(jīng)濟壽命的方法

通過經(jīng)濟壽命模型，我們可以得知，影響經(jīng)濟壽命的主要因素有：獲得成本、運維成本、檢修成本、故障處置成本、閑置成本、提前退出成本、處理成本和處置收入，針對上述因素，我們可以在控制成本和增加收入兩方面，從而進一步增加設(shè)備的經(jīng)濟壽命。

4.3 經(jīng)濟壽命模型的改進

資金具有時間價值，但上文中的經(jīng)濟壽命模型卻并未進行考量，因此，考慮資金的時間價值（可參考銀行同期利率）后，上述經(jīng)濟壽命模型計算出來的經(jīng)濟壽命才會更加精確；進一步地，為了使得經(jīng)濟模型更加準確，我國的通貨膨脹因素也要在經(jīng)濟模型中有所考量和體現(xiàn)。

4.4 經(jīng)濟壽命模型的進一步發(fā)展

經(jīng)濟壽命僅在費用（包括成本和收入）這一項有所考量，為了使得電網(wǎng)的規(guī)劃與建設(shè)更加科學，我們可將價值工程這一概念引入到電網(wǎng)的規(guī)劃與建設(shè)中。

價值=功能/成本

其中，功能指產(chǎn)品或勞務的性能或用途，即所承擔的職能，其實質(zhì)是產(chǎn)品的使用價值。其中，成本指產(chǎn)品或勞務在全壽命周期內(nèi)所花費的全部費用，是生產(chǎn)費用與使用費用之和。

引入價值的概念后，我們不但可以從成本的角度考慮設(shè)備的經(jīng)濟壽命，還可以從價值的角度考慮設(shè)備的更換等。