以全壽命周期成本LCC理念進行可靠性管理

以全壽命周期成本LCC理念進行可靠性管理1概述全壽命周期成本(LifeCycleCost)管理是從設(shè)備、項目的長期經(jīng)濟效益出發(fā)，全面考慮設(shè)備、項目或系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、制造、購置、安裝、運行、維修、改造、更新，直至報廢的全過程，傀CC最小的一種管理理念和方法。LCC管理的核心內(nèi)容是從一開始就把工作做好，對設(shè)備項目或系統(tǒng)進行LCC分析，并進行決策。LCC概念起源于瑞典鐵路系統(tǒng)，1965年美國國防部研究實^CC技術(shù)并普及全軍，之后，英國、德國、法國、挪威等軍隊普遍運用LCC技術(shù)。1999年6月，美國總統(tǒng)克林頓簽署政府命令，各州所需的裝備及工程項目，要求必須用CC報告。沒用CC估算、評價，一律不準簽約。同年，以英國、挪威為首組建人“國際組織，由50個國家、地區(qū)參加。該組織為保護參加國購置裝備的經(jīng)濟利益，要求設(shè)備、工程中間商、推銷商為買方提VWLCC估算。U^LCC技術(shù)運用于電力系統(tǒng)僅有少數(shù)幾個發(fā)達國家，較集中的是美國和瑞典，該項技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用在國際上是前瞻的。美國將LCC管理的方法首先應(yīng)用于核電站，因為核電站建設(shè)是以可靠作為優(yōu)先考慮因素，因而在可靠性的基礎(chǔ)進行LCC管理，更具必要性和緊迫性。在此基礎(chǔ)上，再將該項技術(shù)推向了發(fā)電機、大型變壓器、勵磁機、低壓輸配電系統(tǒng)、儀用空氣系統(tǒng)。加拿大和歐洲一些國家將1(2(2管理和可持續(xù)性發(fā)展結(jié)合起來，偏向于電力系統(tǒng)中的綠色能源，在計算成本時考慮了環(huán)境的影響。來自制造廠的專家也提出LCC管理方法在高壓開關(guān)、變電站方面的應(yīng)用，因而，LCC管理方法在電力系統(tǒng)中有逐漸推廣應(yīng)用之勢。在電力系統(tǒng)推廣應(yīng)用LCC管理有其特點，對系統(tǒng)的可靠性和部件失效的分析，以及失效引起的損失的評定，是開展該項工作必不可少的步驟。對于新建設(shè)設(shè)備，以新建一個變電站為例，LCC管理主要包含以下工作：根據(jù)技術(shù)要求，確定不同的布局，以多個備選方案作比較；不同方案下的LCC；不同方案下的可用率；不同方案下的風險；確定預期的各種變電站擴展計劃或更新計劃；在滿意的可用率和可接受的成本之間，找到最佳平衡點。上述過程可以用圖表示。圖錯誤!文檔中沒有指定樣式的文字。-1新建變電站的LCC管理工作過程對于已投入運行的設(shè)備，要進行LCC管理，就要采集運行數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)庫，故障時間和檢修后恢復時間都要進行記錄，包括故障原因、計算檢修成本，而這時的LCC決策演化為對現(xiàn)有設(shè)備的維護、更新或改造及優(yōu)化的方案取選，衡量的基本方法也是以可用率和LCC為依據(jù)，而輔助工具包括專家和經(jīng)驗估計、運行中的事故記錄報告、事故的統(tǒng)計數(shù)據(jù)、事故模型等。2以LCC理念進行可靠性管理的探討全壽命周期成本（LCC）管理是在滿足可靠性要求的基礎(chǔ)上，使設(shè)備和系統(tǒng)壽命擁有成本最低的管理。電力系統(tǒng)的LCC管理是一種在可靠性及壽命管理的基礎(chǔ)上，其經(jīng)濟效益最終歸納為財務(wù)成本及產(chǎn)出的管理方法。設(shè)備的全壽命周期成本在設(shè)備的選型及設(shè)計階段已大部分確定（70%以上），而對電力系統(tǒng)的設(shè)備來說，設(shè)備故障引起的損失占成本中較大的部分，因而，在設(shè)備設(shè)計選型時就考慮可靠性因素，把可靠性管理前移到設(shè)備的起始階段。可靠性管理的重點提前到設(shè)備或系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計和基建采購階段，科學地從設(shè)備壽命的整個周期內(nèi)來考慮可靠性對整個壽命周期內(nèi)成本的影響，從一開始就把可靠性管理工作做好，必然大大推動可靠性預計技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用，也必須促使設(shè)備制造商加強對其產(chǎn)品可靠性的跟蹤與反饋，在產(chǎn)品設(shè)計制造過程中更進一步提高可靠性。這項工作無論是對在市場化條件下企業(yè)的長期發(fā)展及整個社會資源的合理科學配置與應(yīng)用，都具有積極的意義。尤其是當前，提供科學發(fā)展觀，提倡可持續(xù)發(fā)展，更是為以LCC理念進行設(shè)備可靠性管理奠定了理論基礎(chǔ)。3以LCC理念進行可靠性管理的實踐上海市電力公司領(lǐng)導對開展設(shè)備LCC管理十分重視，組建了以公司主要領(lǐng)導為研究項目負責人的項目領(lǐng)導小組，并指出為確保公司可持續(xù)發(fā)展，強化以可靠性為中心的設(shè)備管理，降低綜合成本，提高公司整體效益，引入國際先進理念與方法，開展全壽命周期管理工作的研究。為了探索LCC管理及上海電力系統(tǒng)應(yīng)用方法，公司選擇了泰和變電站220kVGIS設(shè)備的工程決策（大修、改造或更新）實例作為項目研究的試點，公司組織了LCC試點項目《泰和變電站220kVGIS設(shè)備的LCC模型和計算》的技術(shù)攻關(guān)，由生技部牽頭，和日本三菱公司進行了多次有關(guān)大修和擴容改進方案的詢價及技術(shù)探討，召集有關(guān)部門、超高壓公司、設(shè)計院和電力研究所各專業(yè)人員進行了多次專題討論，完成了《泰和變電站220kVGIS設(shè)備的LCC模型和計算》的技術(shù)報告，對三種方案在風險成本、一次投入、運行維護成本、故障率和6￡的運行壽命等各方面進行了分析，并引用了部分國際上GIS的運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)為GIS的LCC計算建立模型得出三種方案的全壽命周期費用，為最終決策提供了科學依據(jù)。泰和站220kVGIS設(shè)備系日本三菱公司產(chǎn)品，包括9個間隔（進線6回、母聯(lián)1回、壓變避雷器2回、斷路器型號為：200SFLT32A，額定開斷電流31.5kA。母線閘刀：200GR，線刀：200GR，接地閘刀：200GRE。該設(shè)備1978年出廠，1982年投用，運行至今操作200多次，均為正常電流切斷操作，根據(jù)制造廠維護說明書要求，大修年限為2年。由于該型設(shè)備運行情況較好，加上制造廠原規(guī)定大修年限為12年，在當時也缺乏統(tǒng)計依據(jù)，因而在該設(shè)備運行年限滿12年之后，有關(guān)檢修和運行各方曾對此設(shè)備是否要大修進行過專門討論。根據(jù)當時的設(shè)備狀態(tài)和運行操作次數(shù)，再考慮到大修對設(shè)備的風險及費用，最終結(jié)論是不對該設(shè)備進行大修。由于系統(tǒng)容量的擴展要求及GIS本身狀態(tài)評估要求，需要對這一已運行20多年但尚未大修過的設(shè)備作出決策，到底是大修、改造擴容還是更新，在滿足可靠性的基礎(chǔ)上使LCC最小。大修、技術(shù)改造或更新備選方案的選擇，需考慮設(shè)備容量發(fā)展要求、設(shè)備制造商維護說明要求及設(shè)備本身狀態(tài)情況等因素，據(jù)此進行綜合分析比較。從LCC管理角度講，設(shè)備維護更新費用的節(jié)省與否與電網(wǎng)本身的安全可靠程度有緊密聯(lián)系，在此，必須引入“懲罰成本”（即故障停運成本）的概念?！皯土P成本”包括停運產(chǎn)生的直接經(jīng)濟損失和間接經(jīng)濟損失，對于電力系統(tǒng)的LCC來說，懲罰成本往往大大高于維護成本，因而，各種備選方案都應(yīng)計入懲罰成本的影響。停用成本的確定成為將LCC理念與可靠性管理結(jié)合起來的關(guān)鍵。停運成本可分為直接成本和間接成本。直接成本是停運概率、停運持續(xù)時間和平均停用功率、停運后維修成本的函數(shù)，它計算的是由電量損失而引起的直接經(jīng)濟損失。停用成本不但與本身的停用有關(guān)，還與其它分支的停用有關(guān)，所以影響停用成本的因素包括網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造形狀、網(wǎng)絡(luò)組成部分的可靠性、開關(guān)的位置和可靠性等有關(guān)。我們注意到，在有冗余設(shè)備的線路中，停用損失可以為0，單點設(shè)備故障可快速隔離，其供電負荷可由另一冗余設(shè)備來提供。為確定三種方案的可靠性變化而引起的故障成本的變化，引進了國際大電網(wǎng)會議（CIGRE）的資料，其中有關(guān)GIS的故障率統(tǒng)計曲線為故障率的確定提供了參照依據(jù)，故這里的故障成本計算，參照全樣本數(shù)的曲線，如下圖所示。假定該GIS的浴盆曲線形態(tài)，滿足全樣本曲線的規(guī)律，只是在拐點處向后移到30年處，則可從計算曲線下面積著手，算出在超統(tǒng)計壽命期內(nèi)的故障率變化。Totaly=0.0046x2-0.0659x+0.7171Age(years)圖錯誤!文檔中沒有指定樣式的文字。-2GIS全樣本數(shù)的故障曲線由圖中曲線可得y=0.0046x20.0659x+0.7171算式，并從故障曲線可以看到，拐點出現(xiàn)在第10年處，在第10年后曲線開始向上彎曲，但彎曲的程度非常小，整個曲線在10~15年內(nèi)還是落在1.00范圍內(nèi)。亦即，即使GIS過了30年的壽命期，其故障率的變化還是相當平緩的，將上述曲線用二次方程進行回歸后求得曲線方程，再從第30~35年內(nèi)曲線下面積增量為AS=16.97次/(102x倉)，折算到每年每倉為0.034次，假定每倉故障都引起停電，則按直接停用成本方式計算：ACF=0.035x5x9x11.72=17.93萬kW-h。由此，建立了可靠性和成本之間的量化關(guān)系。在本例中，我們可發(fā)現(xiàn)，當設(shè)備的可靠性或系統(tǒng)的可靠性是和投入成本成正比時，建立可靠性和成本的量化關(guān)系可以為設(shè)備或系統(tǒng)的投資決策提供依據(jù)，因而以LCC理念進行可靠性管理另一個附加好處就是提供了量化依據(jù)。我們會很自然地得到結(jié)論，對于位置重要，停電后影響面廣，故障成本大的設(shè)備其可靠性要求必定要高，但到底做何種投入才是最有效的呢，在此時，可靠性和成本之間在量化方面的平衡就顯得極為重要。在實際成本計算中涉及許多其它因素，因而對三種方案中進行了多重敏感性分析，包括：設(shè)備價格變化靈敏度分析、人民幣利率變化靈敏度分析、規(guī)劃變化靈敏度分析、外匯匯率變化靈敏度分析等等。經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)，最終得出的結(jié)論為采用改造擴容方案在可靠性，規(guī)劃風險等方面有利，為工程的實際決策提供了依據(jù)。該工作的另一個重要之處是為上海電力公司開展LCC管理研究提供了一個參照樣板。4結(jié)語（1）以LCC理念進行可靠性管理是我國電力體制改革后一種新的電力可靠性管理的模式和方法，這種方法雖然在電力系統(tǒng)處于嘗試性階段