變壓器的全壽命周期成本分析與管理

江蘇中聯(lián)電氣股份有限公司 丁鴻遠(yuǎn)

全壽命周期成本（life cost cycle，LCC）是指在有效的產(chǎn)品使用周期內(nèi)與產(chǎn)品發(fā)生所有關(guān)聯(lián)的全部支出成本，不僅包含設(shè)備配置購買時所支付的成本，同時也包含設(shè)備安裝、運(yùn)行、管理、維護(hù)等過程所需要支付的各種費(fèi)用，因此全壽命周期成本管理貫穿于設(shè)備從購置到運(yùn)行直至報廢的全部過程。引用全周期管理模式有助于企業(yè)的定價決策同時促進(jìn)管理者更加關(guān)注長期收益和潛在收益，并以此為基礎(chǔ)對所處大環(huán)境、行業(yè)特點(diǎn)以及競爭對手進(jìn)行分析，深度促進(jìn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

我國電網(wǎng)建設(shè)投資如火如荼規(guī)模逐漸擴(kuò)大，電力設(shè)備投資建設(shè)成為電力企業(yè)持續(xù)發(fā)展中的焦點(diǎn)，但長期以來電力企業(yè)在系統(tǒng)整體目標(biāo)上的管理比較匱乏，相關(guān)設(shè)備生命周期成本分析比較薄弱。在電力企業(yè)發(fā)展過程中變壓器是核心基礎(chǔ)設(shè)備，對其進(jìn)行全壽命周期成本進(jìn)行分析可保證以最低的壽命周期成本實現(xiàn)最高的功能價值，同時對于配電網(wǎng)改造實現(xiàn)思路的明確，提升配電網(wǎng)的建設(shè)投資管理的資金利用率也有十分積極的意義。

1 變壓器的特點(diǎn)

1.1 變壓器的原理以及分類

電網(wǎng)運(yùn)行過程中離不開變壓器完成交流電壓、電流及阻抗的交換，變壓器是整個電力系統(tǒng)電壓電流升高或降低的基本保障，其主要組成是磁芯和線圈，原理在于利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生交流磁通，進(jìn)而由磁圈感應(yīng)電壓、電流并完成轉(zhuǎn)換。變壓器種類較多，可根據(jù)不同的構(gòu)成形式和不同功能原理進(jìn)行劃分，其中調(diào)壓變壓器、中頻變壓器、三相變壓器及密封式變壓器等最為常見，在電網(wǎng)建設(shè)過程中可根據(jù)不同的需求進(jìn)行選擇。伴隨著城鄉(xiāng)電網(wǎng)的不斷改造，變壓器裝備得以升級，與之相對應(yīng)的全壽命周期成本格局也在悄然改變[1]。

1.2 變壓器基本特點(diǎn)

1.2.1 技術(shù)柔性比例高

變壓器的制造過程以手工為主、因此柔性技術(shù)占比較大，在對其進(jìn)行試驗的過程中常規(guī)手段難以保證技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，未能真實反映變壓器的基本性能指標(biāo)，所以通常會引用諸多手段來輔助完成試驗彌補(bǔ)來保障試驗標(biāo)準(zhǔn)和出廠投運(yùn)的根本指標(biāo)，但過程中彈性因素較大，眾多的試驗成本和手工技術(shù)操作導(dǎo)致整體的運(yùn)行以及安裝成本大大提升。對于變壓器來講，制造成本的升高提升了安全裕度，但相應(yīng)的運(yùn)行成本也隨之越低；反之，制造成本的降低導(dǎo)致相關(guān)安全裕度變小，后期的運(yùn)營成本難免會有所增加[2]。

1.2.2 運(yùn)行成本突出

相關(guān)調(diào)查研究顯示，以30年的壽命周期為計算，變壓器運(yùn)行使用過程中所產(chǎn)生的運(yùn)行維護(hù)成本是整個制造成本的7～8倍，運(yùn)行過程中產(chǎn)生的檢修維護(hù)費(fèi)用及能源消耗的費(fèi)用占據(jù)整個變壓器原始價值的20%左右。以能源消耗為例，變壓器是整個輸變電網(wǎng)設(shè)備中能源消耗大戶，其運(yùn)行過程中的消耗占電網(wǎng)總發(fā)電量占比3～5%，大量能源消耗違背了節(jié)約用電的初衷，降低變壓器的能源消耗迫在眉睫。

另外，在變壓器運(yùn)行中相關(guān)噪聲治理及技術(shù)改造等額外費(fèi)用突出。變壓器工作運(yùn)行期間產(chǎn)生噪音較大，隨著環(huán)保意識、法律意識的提升，對運(yùn)行過程中的變壓器進(jìn)行環(huán)保制約成為必然。變壓器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與當(dāng)今環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定具備較大差異，因此須采取相關(guān)措施對其進(jìn)行噪聲治理，通常通過設(shè)備改造和輔助設(shè)備的增加完成，常見措施包含減震、降噪及隔音等，都會導(dǎo)致巨大的環(huán)保成本支出。更為重要的是，變壓器的工作運(yùn)行所需承擔(dān)的安全保障不容忽視，尤其對于城市中心及重要場所的變電站來講，一旦變壓器運(yùn)行期間發(fā)生事故后果不可估量。

1.2.3 報廢殘值高

設(shè)備在完成用周期的使命后都會接受報廢措施，在電網(wǎng)系統(tǒng)中變壓器的報廢產(chǎn)值較高，變壓器制造成本較為突出，相應(yīng)的制造材料也較密集，其主材主要為市場貶值有限、回收價格較為突出的鋼硅片、銅金屬材料及變壓器油等，且整個變壓器在使用過程中不會產(chǎn)生過多磨損，因此在其報廢后進(jìn)行拆解所舊材料的回收利用率高達(dá)100%。因此變壓器的報廢殘值異常明顯，這也對整個生命周期的成本管理產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響[3]。

2 變壓器全壽命周期成本分析

2.1 變壓器全生命周期成本管理LCC模型的建立

對變壓器進(jìn)行全壽命周期成本管理的根本目標(biāo)在于保證其安全性、可靠性的同時在壽命周期內(nèi)全部成本的集合，最終出發(fā)點(diǎn)就是設(shè)備成本最低但工作效率最佳。根據(jù)當(dāng)前電力電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)行的基本特征，整個變壓器全壽命周期成本模型的構(gòu)成應(yīng)包含初始化建設(shè)成本、運(yùn)行維護(hù)成本、供電中斷損失處罰成本以及設(shè)備報廢殘值。變壓器全生命周期的初始化建設(shè)成本，包含電站基礎(chǔ)工程建設(shè)和變壓器選型以及安裝成本；而運(yùn)行維護(hù)成本最為復(fù)雜，包含所有變壓器運(yùn)行過程當(dāng)中涉及到能源消耗成本、運(yùn)行人員和維修人員的費(fèi)用、設(shè)備故障檢修費(fèi)用以及設(shè)備改造優(yōu)化等過程中所產(chǎn)生的技術(shù)成本及改造成本。

2.2 變壓器全壽命周期成本分析

2.2.1 初始化建設(shè)成本

變壓器的初始化建設(shè)成本包含變電站的規(guī)劃設(shè)計及變壓器的選型和安裝，不過各個變電站的改造設(shè)計較為頻繁，所以在設(shè)備遷移及選購上造成了巨大的成本提升。只有充分考慮最初投資成本，才能夠推進(jìn)變電站建設(shè)的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)固、可靠、先進(jìn)、統(tǒng)一的發(fā)展。實際上在變壓器始化建設(shè)的過程中的成本支出屬于一次性投入，但整個過程當(dāng)中影響因素眾多，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行全面綜合的考慮。

以變壓器選型為例，當(dāng)前的變壓器有諸多型號配置，在選擇過程中應(yīng)綜合考慮其冷卻方式、調(diào)壓方式及絕緣介質(zhì)等技術(shù)指標(biāo)，同時對出現(xiàn)方式進(jìn)行規(guī)劃。如當(dāng)前變壓器的配置有全容量配置、分級容量配置及自耦方式三種配置，其優(yōu)缺點(diǎn)各異、適用范圍不同，因此選型時須結(jié)合變電站實際需求進(jìn)行選擇；變壓器設(shè)備的安裝方式有室外安裝、室內(nèi)安裝及地下安裝三種選擇，通常室外安裝占地面積大、土地費(fèi)用支出較多，室內(nèi)安裝盡管占地面積小但相應(yīng)的建設(shè)費(fèi)用支出較大，地下安裝并不常見、不僅安裝成本高且運(yùn)營維護(hù)困難。整個變電站的建設(shè)應(yīng)以周期短、見效快為基本原則，同時進(jìn)行合理的建設(shè)周期，具備超前的選型規(guī)劃意識，最大限度地避免日后改造及使用過程所造成的成本支出。

2.2.2 運(yùn)營維護(hù)成本

在變壓器的全生命周期中，運(yùn)行維護(hù)過程有著時間跨度大、組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、管理要求高的特點(diǎn)，所以也是整個成本分析中最為重要的一環(huán)。該過程的支出主要包括人員費(fèi)用的支出、設(shè)備費(fèi)用的支出及運(yùn)行過程中的能源消耗和其他支出，能源消耗是整個變壓器工作運(yùn)行的基礎(chǔ)，在全新的能源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)的前提下，節(jié)約能源、合理配置能源已成為必然的發(fā)展趨勢。在變壓器的運(yùn)行維護(hù)期間所產(chǎn)生的人工費(fèi)用也較復(fù)雜，包含管理層也包含基層，既包含安裝調(diào)試費(fèi)用，同時也包含日常的搶修檢測及巡檢等所有過程中需要的人工報酬，整個報酬支出包含技術(shù)報酬也包含勞動力。實際上在變壓器運(yùn)行維護(hù)期間各種故障的產(chǎn)生在所難免，需消耗的配件設(shè)備成本也是重要組成。另外在變壓器全壽命周期內(nèi)其他支出占比整體投資也不容忽視，其中包括變壓器投保的費(fèi)用、造成污染所產(chǎn)生的環(huán)境管理費(fèi)用等。

2.2.3 故障懲罰成本及報廢殘值價值

故障處罰成本主要是因一些特殊情況造成供電中斷而產(chǎn)生的損失，在變壓器運(yùn)行過程中導(dǎo)致供電中斷的原因，主要有負(fù)荷增大導(dǎo)致變壓器容量不足而產(chǎn)生的跳閘損壞而引發(fā)的停電事故，另外相關(guān)設(shè)備的自然老化引發(fā)的故障停電也是主要停電原因。電力供給是整個民生保障的重要組成，無論是工業(yè)用電還是民用電都要具備較高的可靠性和安全性，伴隨著用電敏感護(hù)的逐漸增多，一旦產(chǎn)生停電現(xiàn)象，不僅供電部門的售電收入有所影響，對眾多用戶造成的影響也是難以估量的。盡管供電的中斷不需對用戶進(jìn)行經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，但相關(guān)影響也是十分不利的。

變壓器的報廢殘值價值構(gòu)成比較簡單就是指其報廢退役時產(chǎn)生的可回收的價值，整個回收的價值根據(jù)市場實際情況進(jìn)行評估，因為變壓器屬于密集型材料產(chǎn)品其報廢后的殘值相對于其他設(shè)備報廢占有一定的優(yōu)勢。

3 全壽命周期成本理論基礎(chǔ)上的變壓器成本優(yōu)化策略

3.1 加強(qiáng)成本控制，保證基礎(chǔ)建設(shè)成本最優(yōu)化

成本的控制主要構(gòu)成是基礎(chǔ)建設(shè)的控制、設(shè)備選型的控制及安裝成本的控制。整個控制過程中應(yīng)結(jié)合實際電建設(shè)需求，在保證基礎(chǔ)建設(shè)最優(yōu)化的同時完成投資優(yōu)化策略的制定。在變電站基礎(chǔ)建設(shè)時應(yīng)綜合考慮實際運(yùn)維情況進(jìn)行站址的選擇，同時結(jié)合周邊用戶需求制定合理的建設(shè)計劃，在有效解決電網(wǎng)可靠性、安全性問題的基礎(chǔ)上保證經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。變電站建設(shè)直接關(guān)系著整個電網(wǎng)的運(yùn)行效益和企業(yè)效益，所以最根本的要求就是保證變電站的長時間穩(wěn)定，防止重復(fù)改造遷移，在統(tǒng)一技術(shù)和管理的條件下制定符合實際的規(guī)劃方案。

在設(shè)備選型上應(yīng)綜合考慮多種元素，即便成本控制是重中之重也不應(yīng)盲目追求成本控制而忽略了質(zhì)量提升。因此在對變壓器的選擇過程中首先應(yīng)遵循的原則就是堅持技術(shù)成熟、穩(wěn)定性良好、不良率低的設(shè)備選擇；其次結(jié)合變壓器的布置方式、絕緣介質(zhì)的構(gòu)成、冷卻方式以及調(diào)壓方式、出線方式等綜合指標(biāo)進(jìn)行選購，結(jié)合實際用電需求，綜合對比各類型、各功能變壓器優(yōu)勢和劣勢，繪制出一張全面的設(shè)備選擇要點(diǎn)框架，經(jīng)調(diào)查研究試驗完成最后選擇方案的敲定。變電站經(jīng)濟(jì)容量與供電半徑主要由變壓器決定，而變電站供電半徑將影響變電站進(jìn)線長度和下級配電站的數(shù)目，所以在考慮本變電站與出線的經(jīng)濟(jì)參數(shù)的同時，還應(yīng)綜合上下級網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)經(jīng)濟(jì)參數(shù)進(jìn)行考量。在對變壓器進(jìn)行采購或安裝過程中須嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)規(guī)定進(jìn)行操作，保證技術(shù)規(guī)范、保證質(zhì)量評價、保證招標(biāo)施工質(zhì)量，防止偷工減料，粗制濫造的現(xiàn)象產(chǎn)生。

3.2 加強(qiáng)運(yùn)行管理，保證運(yùn)行維護(hù)成本最低化

實際上在變壓器的全生命周期中最大的成本體現(xiàn)在運(yùn)行管理過程，變壓器的運(yùn)行管理過程較復(fù)雜，既包含設(shè)備本身也包含周邊衍生。隨著電網(wǎng)建設(shè)的擴(kuò)大加快，運(yùn)營維護(hù)成本也越來越大，在管理過程中應(yīng)以LCC最小目標(biāo)為根本，建立日常維護(hù)費(fèi)用模型，從多方面入手保證運(yùn)行維護(hù)成本的最低化。另外，整個運(yùn)行過程中變壓器的故障產(chǎn)生具有隨機(jī)性和不確定性，因此首先經(jīng)科學(xué)手段對變壓器運(yùn)行過程中可能產(chǎn)生的故障進(jìn)行預(yù)判，對變壓器的失效過程進(jìn)行充分了解并能對潛在的故障進(jìn)行分析，同時建立嚴(yán)格的監(jiān)督管理機(jī)制，采取預(yù)防性維護(hù)、可靠性維修的技術(shù)促使變壓器發(fā)揮出最大的經(jīng)濟(jì)價值和綜合效益。

另外采取一些外部措施，通過對設(shè)備運(yùn)行要求的改善具備一定的經(jīng)濟(jì)效益，如通過加裝消弧線圈實現(xiàn)變壓器短路電流的降低；經(jīng)隔音裝置的加裝善設(shè)備噪聲產(chǎn)生的巨大影響實現(xiàn)環(huán)境管理成本的降低。通常這些措施的采取對運(yùn)行成本影響較小，但對變壓器品質(zhì)的提升并沒有作用。

3.3 加強(qiáng)整體管控，保證故障停電損失最小化

停電故障具備突發(fā)性和偶然性，除用電需求的增大，對電網(wǎng)系統(tǒng)本身有著較高的依賴性。如很多老舊變壓器性能差、可靠性低、故障率高，運(yùn)行過程中常引發(fā)停電故障，另外一些突發(fā)事件如火災(zāi)發(fā)生等也會造成大范圍地停電。實際上很多問題不是一蹴而就的，很多變壓器輕微的故障不至于立即造成停電事故，但如任其發(fā)展長期積累的故障必然會造成重大損失。想要有效避免該種問題，應(yīng)集中進(jìn)行管理，綜合多種元素根據(jù)用戶實際需求探究用電負(fù)荷發(fā)展以及波動特性，加強(qiáng)巡檢進(jìn)行故障排除，將更高的供電可靠性提供給用戶。

綜上，變壓器全壽命周期成本包含眾多影響因素，但最重要的是變壓器本身質(zhì)量，想實現(xiàn)很好的控制還應(yīng)從設(shè)備選擇入手，使其優(yōu)勢得以最大發(fā)揮，盡可能地避免或降低故障發(fā)生概率，從而促進(jìn)整個電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)營。而想要實現(xiàn)全壽命周期內(nèi)成本最低的管理，應(yīng)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面全面進(jìn)行優(yōu)化，以變壓器的選型、維護(hù)為最佳策略，注重管理過程中的信息反饋，結(jié)合實際情況采取積極的預(yù)防措施。