基于設(shè)備LCC的技改大修策略優(yōu)化研究

趙陽，何秋月，張偉國，王虎

（1.國網(wǎng)吉林供電公司運(yùn)維檢修部；2.國網(wǎng)吉林省電力有限公司設(shè)備部，吉林 吉林 132001；3.南京南瑞信息通信科技有限公司咨詢服務(wù)部，江蘇 南京 211102）

1 研究背景及意義

電網(wǎng)企業(yè)作為資金技術(shù)密集型企業(yè)，具有資產(chǎn)量級(jí)大、資產(chǎn)覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，固定資產(chǎn)管理是企業(yè)管理的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，而技術(shù)改造支出、大修費(fèi)用又是固定資產(chǎn)使用過程中重要的兩項(xiàng)后續(xù)支出。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(huì)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。

結(jié)合設(shè)備經(jīng)濟(jì)技術(shù)壽命分析結(jié)果，開展技改大修策略優(yōu)化研究，對(duì)比多種方案分析項(xiàng)目投資的必要性、經(jīng)濟(jì)性，研究確定項(xiàng)目最優(yōu)投入方式及資金，輔助電網(wǎng)生產(chǎn)技改大修項(xiàng)目立項(xiàng)，做好項(xiàng)目儲(chǔ)備。

2 研究內(nèi)容及做法

2.1 全壽命周期成本模型研究

2.1.1 全壽命周期成本模型研究原則

（1）成本分解范圍。全面考慮其規(guī)劃、設(shè)計(jì)、購置、安裝、運(yùn)行、故障維修、改造、更新、報(bào)廢的全過程內(nèi)成本輸出與輸入。

（2）成本結(jié)構(gòu)分解。需按照五個(gè)階段劃分，分為投資成本、運(yùn)行成本、檢修維護(hù)成本、故障成本、退役處置成本。

（3）成本類型的選擇。初始投資成本是指取得投資時(shí)實(shí)際支付的全部價(jià)款，其成本結(jié)構(gòu)分解時(shí)必需考慮初始投入設(shè)備購買費(fèi)用，其他費(fèi)用可按照實(shí)際情況估算。

運(yùn)行成本是設(shè)備在正常運(yùn)行或非正常運(yùn)行情況下本體內(nèi)部損耗或流失的費(fèi)用，其成本結(jié)構(gòu)分解時(shí)必須考慮設(shè)備能耗費(fèi)，其他費(fèi)用可按照實(shí)際情況估算。

檢修成本可保證設(shè)備持續(xù)正常運(yùn)行，減少故障時(shí)的損失費(fèi)用，其成本結(jié)構(gòu)分解時(shí)需考慮周期大修及小修費(fèi)用。

故障處置成本是設(shè)備故障后產(chǎn)生的費(fèi)用，必須考慮故障檢修及故障可能損失費(fèi)用以及對(duì)重要用戶的賠償。

退役處置成本包括設(shè)備報(bào)廢后可回收利用價(jià)值及處置設(shè)備可能花費(fèi)的支出成本，是全壽命周期過程中必須考慮的費(fèi)用成本。

2.1.2 構(gòu)建單體設(shè)備全壽命周期成本模型

（1）初始成本。初始投入成本，指設(shè)備投運(yùn)前所發(fā)生的成本，主要包括設(shè)備的購置成本、安裝調(diào)試成本、保險(xiǎn)費(fèi)用。

購置成本主要由設(shè)備購置成本、監(jiān)控裝置購置成本、現(xiàn)場服務(wù)成本、設(shè)備運(yùn)輸成本等組成; 安裝調(diào)試成本主要由設(shè)備安裝工時(shí)成本、運(yùn)行人員的培訓(xùn)費(fèi)用、試運(yùn)行階段的成本等組成。這部分成本可以通過收集設(shè)備投建時(shí)期資金支出的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得到，不考慮資金的時(shí)間價(jià)值，把單體設(shè)備的資產(chǎn)原值按照設(shè)備運(yùn)行年限分?jǐn)偟矫磕?，其主要體現(xiàn)是年度折舊費(fèi)用。折舊費(fèi)是將資產(chǎn)原值采用雙倍余額折舊法按運(yùn)行年限分?jǐn)偟矫磕?。以全壽命周?0年為例，該種方法第1年資產(chǎn)原值為總資產(chǎn)原值按20年均攤后再乘以2倍，即為總原值的10%；第2年為第1年的9/10，最后兩年為總資產(chǎn)原值減去5%的總資產(chǎn)原值，再減去前面18年的資產(chǎn)總值，公式如下：

式中，A為總資產(chǎn)原值，Cn為分?jǐn)偟降趎年的資產(chǎn)原值。

保險(xiǎn)費(fèi)為每年一保，財(cái)產(chǎn)一切、機(jī)器損壞險(xiǎn)為資產(chǎn)原值乘以費(fèi)率，供電責(zé)任險(xiǎn)、公眾責(zé)任險(xiǎn)為保額乘以費(fèi)率，保額為需要進(jìn)行分?jǐn)?，分?jǐn)傇瓌t為單間隔設(shè)備除以輸變配總資產(chǎn)原值。公式如下：

（2）運(yùn)維成本。設(shè)備的運(yùn)維成本指設(shè)備投運(yùn)后，為保證其安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，必須對(duì)其進(jìn)行維護(hù)，維護(hù)過程中所消耗的費(fèi)用稱為運(yùn)行成本。設(shè)備運(yùn)維成本包括設(shè)備能耗費(fèi)用、日常巡視費(fèi)用、操作費(fèi)用、檢測費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用、環(huán)保費(fèi)用。其中，設(shè)備能耗費(fèi)用及環(huán)保費(fèi)用比重較小且顆粒度無法對(duì)應(yīng)單體，故不做統(tǒng)計(jì)。

運(yùn)維成本各成本項(xiàng)均為自營成本，設(shè)備某作業(yè)類型成本的計(jì)算規(guī)則是作業(yè)次數(shù)乘以對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)成本庫中作業(yè)類型定額，公式如下：

式中，n為作業(yè)類型數(shù)量；Pi為第i類作業(yè)類型數(shù)量；Qi為第i類作業(yè)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)成本庫中作業(yè)類型定額。

（3）檢修成本。檢修是指對(duì)已投運(yùn)的變電和線路設(shè)施進(jìn)行的預(yù)防性試驗(yàn)、計(jì)劃檢修等活動(dòng)。檢修成本主要包括設(shè)備大修費(fèi)用、例行檢修費(fèi)用、消缺費(fèi)用和試驗(yàn)費(fèi)用等。

檢修成本中例行檢修費(fèi)用、消缺費(fèi)用、試驗(yàn)費(fèi)用各成本項(xiàng)均為自營成本，設(shè)備某作業(yè)類型成本的計(jì)算規(guī)則是作業(yè)次數(shù)乘以對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)成本庫中作業(yè)類型定額，公式如下：

式中,n為作業(yè)類型數(shù)量；Pi為第i類作業(yè)類型數(shù)量；Qi為第i類作業(yè)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)成本庫中作業(yè)類型定額。

大修費(fèi)用為項(xiàng)目化費(fèi)用，立項(xiàng)時(shí)要求掛接大修對(duì)象，將項(xiàng)目費(fèi)用歸集到主件大修、附件大修、消防大修。針對(duì)同樣的作業(yè)類型，采用平均的方式分?jǐn)偟絾误w設(shè)備，公式如下：

式中，n為設(shè)備對(duì)應(yīng)的大修項(xiàng)目數(shù)量；Ei為第i個(gè)大修項(xiàng)目的項(xiàng)目費(fèi)用；Qi為第i個(gè)大修項(xiàng)目的項(xiàng)目掛接的設(shè)備數(shù)量。

（4）故障處置成本。故障處置成本主要指因故障導(dǎo)致停電或緊急停運(yùn)，需要立即恢復(fù)運(yùn)行狀態(tài)而發(fā)生的一系列費(fèi)用，主要包括故障搶修費(fèi)、故障損失費(fèi)（停電損失費(fèi)、社會(huì)負(fù)面影響、重要用戶賠償?shù)龋?/p>

注：目前ERP系統(tǒng)中通過大修項(xiàng)目記錄成本，沒有專門的搶修項(xiàng)目類型，與大修項(xiàng)目無法區(qū)分，所以并入大修費(fèi)用合并計(jì)算。

重要用戶賠償需要按照供用電合同的約定條款支付賠償金，獲取難度過大，本次計(jì)算暫不考慮。社會(huì)負(fù)面影響，由于并未發(fā)生實(shí)際成本或者實(shí)際成本無法合理估計(jì)，故暫不歸集。

故障損失費(fèi)用以故障停電時(shí)間及損失電量為基礎(chǔ)，主要考慮停電導(dǎo)致的售電量損失，公式如下：

式中，T為變壓器每年故障對(duì)外停電時(shí)間；W為的變壓器壽命期內(nèi)平均負(fù)荷；J為平均電價(jià)，單位需要換算為萬元。

（5）退役處置成本。退役處置成主要指設(shè)備在壽命周期結(jié)束后拆解、回收、廢棄物排放等處理成本，包括報(bào)廢處置費(fèi)用（拆除人工費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)、環(huán)保費(fèi)）以及設(shè)備退役殘值。報(bào)廢處置費(fèi)用因無法精確到單體，通過清理費(fèi)費(fèi)率乘以安裝費(fèi)用計(jì)入，設(shè)備退役殘值為設(shè)備資產(chǎn)原值的5%，公式如下：

式中，a為設(shè)備清理費(fèi)費(fèi)率，參考《電力企業(yè)資產(chǎn)全壽命周期管理理論、方法及應(yīng)用》，取值32%；E為設(shè)備資產(chǎn)原值；C為設(shè)備購置成本；b為殘值率，取值5%。

2.2 測算運(yùn)維檢修標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)成本

針對(duì)運(yùn)維檢修階段成本難以歸集至單體資產(chǎn)的問題，引入運(yùn)維檢修標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)庫。將運(yùn)維檢修標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)庫作為運(yùn)維檢修成本分?jǐn)倸w集的基礎(chǔ)。首先明確標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)類型，再明確各項(xiàng)作業(yè)如人工、材料和折舊等其他費(fèi)用相關(guān)作業(yè)的定額，進(jìn)而開展人工、材料和折舊等作業(yè)定額的測算，建立標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)成本。通過運(yùn)維檢修作業(yè)量與標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)成本關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維檢修成本歸集至單體資產(chǎn)。

2.3 設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命分析

經(jīng)濟(jì)壽命是根據(jù)設(shè)備全壽命周期成本分析結(jié)果，研究使用成本最低的運(yùn)行年限，在設(shè)備使用過程中因充分考慮設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命，對(duì)設(shè)備維修、維護(hù)、更換有著重要意義，同時(shí)也能保證企業(yè)投資利潤最大化。

根據(jù)設(shè)備LCC成本結(jié)構(gòu)及發(fā)生情況，設(shè)備年度總成本包括設(shè)備年度投資成本和設(shè)備年度使用成本兩部分。由于設(shè)備的初始投入成本（CI）實(shí)際上是設(shè)備投運(yùn)前的一次性投入成本，年度投資成本隨著使用年限的增大被攤薄而減小。設(shè)備年度使用成本是一個(gè)長期的投入過程，涉及不定期的維護(hù)和停電損失事件，隨著使用年份的增加,設(shè)備的生產(chǎn)效率、工作精度將下降，材料、動(dòng)力消耗增加，導(dǎo)致設(shè)備年度使用成本增大。

在整個(gè)變化過程中，設(shè)備年度總成本是時(shí)間的函數(shù)，因此可以找到某個(gè)時(shí)間平衡點(diǎn)，在該時(shí)間平衡點(diǎn)上，設(shè)備的年度總成本可以達(dá)到最小，這個(gè)時(shí)間平衡點(diǎn)就是設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命。

圖1 設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命曲線示意圖

2.4 技改大修策略應(yīng)用

2.4.1 優(yōu)化思路

本課題以每一臺(tái)設(shè)備全壽命周期成本最優(yōu)為目標(biāo)，若單體設(shè)備的數(shù)據(jù)或記錄不全，則以同類型設(shè)備投入、運(yùn)行、檢修、報(bào)廢數(shù)據(jù)為樣本，應(yīng)用最小二乘法擬合LCC曲線，預(yù)測LCC發(fā)展趨勢(shì)，測算設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命，并以年均成本最優(yōu)作為設(shè)備技改、大修的輔助參考因子，對(duì)比技改、大修項(xiàng)目的必要性和經(jīng)濟(jì)性，為存量資產(chǎn)的技改、大修方案以及項(xiàng)目儲(chǔ)備開展經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，給出維修后繼續(xù)使用或直接更換的建議，確保設(shè)備運(yùn)行維護(hù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)，從而確定項(xiàng)目最優(yōu)執(zhí)行方式及資金需求，做好項(xiàng)目儲(chǔ)備。設(shè)備技改大修方案研判思路如圖2所示。

圖2 設(shè)備技改大修方案研判思路

（1）對(duì)電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)，如果評(píng)價(jià)結(jié)果為正常狀態(tài)，該設(shè)備不做進(jìn)一步評(píng)判；如果評(píng)價(jià)結(jié)果為非正常狀態(tài)（注意、異常、嚴(yán)重），則進(jìn)行下一步評(píng)判：可修復(fù)判斷。

（2）經(jīng)可修復(fù)判斷，缺陷不能通過檢修進(jìn)行修復(fù)的設(shè)備，給出技術(shù)改造的建議；缺陷能通過檢修進(jìn)行修復(fù)的設(shè)備，則進(jìn)行下一步評(píng)判：經(jīng)濟(jì)壽命判斷。

（3）經(jīng)濟(jì)壽命判斷，根據(jù)主設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命和當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行年限之間的關(guān)系，判斷采取技改或大修方案。當(dāng)運(yùn)行年限大于經(jīng)濟(jì)壽命時(shí)，說明后續(xù)年份的年均LCC成本會(huì)逐年升高，可考慮選擇技改方案；小于經(jīng)濟(jì)壽命時(shí)，可考慮選擇技改方案或大修方案。

（4）針對(duì)運(yùn)行年限小于經(jīng)濟(jì)壽命的設(shè)備，計(jì)算設(shè)備技改和大修兩種方案的年均LCC成本，當(dāng)技改方案的年均LCC成本大于大修時(shí)選擇大修，小于大修時(shí)選擇技改。

2.4.2 數(shù)據(jù)收集

以LCC模型為基礎(chǔ)，選取220kV主變壓器作為測算對(duì)象，收集、測算近五年設(shè)備初始投入成本、設(shè)備檢修運(yùn)維成本、設(shè)備退役處置成本等數(shù)據(jù)。考慮到預(yù)測結(jié)果的精準(zhǔn)度與數(shù)據(jù)樣本量直接相關(guān)，需要覆蓋所有的使用年限，共選定42臺(tái)設(shè)備。收集PMS設(shè)備臺(tái)賬、巡視記錄、運(yùn)行記錄、操作票、工作票，ERP資產(chǎn)卡片等信息。

2.4.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理的主要目的是從收集的運(yùn)檢工作記錄中獲取工作設(shè)備和與標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)成本庫對(duì)應(yīng)的作業(yè)類型。對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段所采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行去除重復(fù)數(shù)據(jù)、去除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)等操作。

2.4.4 運(yùn)維檢修成本預(yù)測

設(shè)備運(yùn)維檢修階段各項(xiàng)費(fèi)用存在一定程度的線性關(guān)系，考慮當(dāng)前的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，在測算過程中可能出現(xiàn)因數(shù)據(jù)不足導(dǎo)致年度成本缺失的情況，需基于發(fā)生成本的實(shí)際統(tǒng)計(jì)進(jìn)行曲線擬合，并設(shè)置科學(xué)計(jì)算模型對(duì)缺失年份進(jìn)行補(bǔ)全，對(duì)未來成本發(fā)生趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測。

在曲線擬合的準(zhǔn)確度方面，主要考慮數(shù)據(jù)樣本量和擬合值差，需對(duì)比預(yù)測曲線函數(shù)的觀察值與實(shí)際值差，擬合曲線的R2越大，值差越小，代表準(zhǔn)確度越高。本課題采用拋物線函數(shù)y=ax2+bx+c，以42臺(tái)在運(yùn)220kV變壓器以及收集的近五年大修/應(yīng)急項(xiàng)目成本、日常運(yùn)維成本、日常維修成本等數(shù)據(jù)作為測算對(duì)象，進(jìn)行曲線擬合，并對(duì)高年齡段檢修成本進(jìn)行預(yù)測，依據(jù)成本趨勢(shì)及歷史經(jīng)驗(yàn)給定相關(guān)年份的運(yùn)維檢修成本，如圖3所示。

圖3 運(yùn)維檢修成本擬合曲線

2.4.5 設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命測算

基于單體LCC模型和最優(yōu)經(jīng)濟(jì)壽命模型，以42臺(tái)在運(yùn)220kV變壓器作為統(tǒng)計(jì)對(duì)象，采用拋物線函數(shù)對(duì)年度成本總和（LCC）進(jìn)行再次擬合處理，計(jì)算220kV變壓器的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)壽命，得出模擬值后形成平滑曲線，其年均成本最低點(diǎn)記為最優(yōu)經(jīng)濟(jì)壽命，即220kV變壓器的經(jīng)濟(jì)壽命為21年，如圖4所示。

3 研究成果及應(yīng)用成效

（1）開展設(shè)備全壽命成本（LCC）模型研究，分解LCC模型成本項(xiàng)，明確對(duì)應(yīng)成本數(shù)據(jù)的獲取方式及來源；以LCC模型為基礎(chǔ)構(gòu)建單體設(shè)備最優(yōu)年均成本和最優(yōu)經(jīng)濟(jì)壽命評(píng)價(jià)模型。

圖4 設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命測算曲線

（2）以資產(chǎn)全壽命周期理論為依據(jù)，結(jié)合其它兄弟網(wǎng)省的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，引入運(yùn)維檢修標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)庫作為標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)成本歸集與分?jǐn)偟幕A(chǔ)。根據(jù)人工、材料、折舊不同成本構(gòu)成的計(jì)算方法及計(jì)算口徑，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)定額、影響因子，最終確定所有標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)成本、影響因子及因子系數(shù)。共梳理測算220kV主變壓器標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)65項(xiàng)。

（3）基于單體LCC模型和最優(yōu)經(jīng)濟(jì)壽命模型,選取42臺(tái)220kV變壓器，共梳理大修項(xiàng)目、巡視、缺陷、試驗(yàn)、檢測、操作等記錄34000余項(xiàng)，并根據(jù)構(gòu)建模型完成測算，依據(jù)測算結(jié)果完成技改大修策略應(yīng)用的研究工作。