基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

  本文关键词：基于全寿命周期成本理论的变电设备管理，由笔耕文化传播整理发布。

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硕士学位论文
论文题目： 羹王全壹金围期盛奎鳘堡地 垩皂设置缝蝗迭墓巫宝

作者姓名整整监 指导教师
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学科专业————互煎篮型———一
所在学院————篓星堂蓝———一

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浙江工业大学硕士学位论文

基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

摘

要

电网企业属于基础服务性行业和公用事业，是关系国计民生的重要基础产

业，肩负着重大的政治责任和社会责任。变电设备承担着电能传输、分配以及电 网安全稳定运行任务，其成本在整个电力系统投资中占相当大的比例，是供电企 业的重要资产，与企业的成本及效益息息相关。随着网内大量早期投运变电站变
电设备的日趋老化，可靠性逐年降低，维修频次随之增加，维持成本越来越高，

改善维修（技术改造）广泛开展。如何从系统整体目标出发，统筹考虑变电设备 改善维修（技术改造）中的规划、设计、采购、建设、运行、检修、技改、报废
全过程，在满足安全、效能的前提下追求设备全寿命周期成本最低，实现系统最

优是值得研究和应用的一个重大课题，必将对国有资产保值增值产生深远影响。
本文主要研究工作包括： （１）结合变电站各阶段费用的特点，应用全寿命周期成本管理（１ｉｆｅ
ｃｙｃｌｅ ｃｏｓｔ，

ＬＣＣ）的理念和方法，分析了变电站ＬＣＣ各费用组成部分的内容和特点，确定变 电站ＬＣＣ的费用估算关系式，并提出了基于运行年限、市场平均筹资成本的ＬＣＣ
修正方法。

（２）以已投运变电站变电设备维修（更新）决策为切入点，按照经济寿命估
算了采用ＡＩＳ（Ａｉｒ 的各阶段费用。
Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ

Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ）和ＧＩＳ（Ｇａｓ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ）设备

（３）研究费用一效益分析方法，通过分析变电站ＬＣＣ与可靠性的关系，提出
了在变电站维修（更新）、建设中应用费用一效益分析法的具体模型。

（４）应用ＬＣＣ分析方法，对已投运１１０ｋＶ变电站１１０ｋＶ配电装置三种维修 （更新）方案：合资ＡＩＳ（方案Ａ）／国产ＧＩＳ（方案Ｂ）／合资ＧＩＳ（方案Ｃ） 进行计算、分析、比较、评估和决策。

关键词：全寿命周期成本管理变电设备可靠性

费用一效益分析维修决策

Ｒｅｓｅａｒｃｈ

ｏｎ

ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｄｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ
Ｏｉｌ

ｂａｓｅｄ

ｌｉｆｅ ｃｙｃｌｅ ｃｏｓｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ

Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ ｂｅｌｏｎｇｓ ｔｏ ｂａｓｉｃ ｓｅｒｖｉｃｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ａｎｄ ｐｕｂｌｉｃ ｕｔｉｌｉｔｉｅｓ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｌｉｖｅｌｉｈｏｏｄ
ａｌｌ

ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｂａｓｉｃ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｆｆｅｃｔｔｉｎｇ ｎａｔｉｏｎａｌ ｗｅｌｆａｒｅ ａｎｄ ｐｅｏｐｌｅｔＳ
ｂｅａｒｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐｏｌｉｔｉｃａｌ

ａｎｄ

ａｎｄ

ｓｏｃｉａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｉｂｉｌｉｔｉｅｓ．Ｔｈｅ ｔａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ

ｅｑｍｐｍｅｎｔｓ ｕｎｄｅｒｔａｋｅ ｔｈｅ ｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｓａｆｅ ａｎｄ
ｓｔａｂｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｐｒｏｐｏｒａｔｉｏｎ
ｉｎ

ｇｒｉｄｓ．Ｔｈｅ

ｃｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅｓｅ

ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ
ａｒｅ

ａｃｃｏｕｎｔｅｓ ｆｏｒ ａ ｌａｒｇｅ

ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ’Ｓ ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ．Ｔｈｅｙ

ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ａｓｓｅｔｓ ｏｆ ｐｏｗｅｒ
ａ

ｓｕｐｐｌｙ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ，ｗｈｉｃｈ ａｌｓｏ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｃｏｓｔ

ａｎｄ

ｂｅｎｅｆｉｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ．Ａｓ

ｌａｒｇｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｔａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ａｇｉｎｇ，ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｙｅａｒ ｂｙ ｙｅａｒ，

ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｒｅｐａｉｒｉｎｇ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ
ｓｏ

ｃｏｓｔ ｉｓ ｇｅｔｔｉｎｇ ｈｉｇｈｅｒ

ａｎｄ ｈｉｇｈｅｒ，
ｏｖｅｒａｌｌ

ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ

ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ（ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）ｉＳ ｉｍｐｅｒａｔｉｖｅ．Ｈｏｗ ｔｏ

ｃｏｎｓｉｄｅｒ ｔｈｅ ｔａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ’Ｓ ｗｈｏｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｐｌａｎｎｉｎｇ，ｄｅｓｉｇｎ，

ｐｒｏｃｕｒｅｍｅｎｔ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ ａｎｄ ｓｃｒａｐ，ｔｏ

ｐｕｒｓｕｅ ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ
ｏｆ ｓｅｃｕｒｉｔｙ

ｌｉｆｅ ｃｙｃｌｅ ｃｏｓｔ
ａ

ａｎｄ ａｃｈｉｅｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ

ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｐｒｅｍｉｓｅ

ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｉｓ
ａ

ｍａｊｏｒ
ｏｎ

ｉｓｓｕｅ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｗｏｒｔｈｙ ｏｆ ｓｔｕｄｙ

ａｎｄ

ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ

ａｎｄ

ｗｉｌｌ ｈａｓ

ｐｒｏｆｏｕｎｄ

ｉｍｐａｃｔ

ｖａｌｕｅ ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ

ａｎｄ

ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｔａｔｅ．ｏｗｎｅｄ

ａｓｓｅｔｓ．
Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｒｅｓｅａｒｃｈ ｗｏｒｋ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ：

（１）Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｎｇ ｌｉｆｅ ｃｙｃｌｅ ｃｏｓｔ

ｏｆ ｔｈｅ ｖａｒｉｏｕｓ ｓｔａｇｅｓ ｃｙｃｌｅ

ｏｆ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ

ｃｏｓｔ．

ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ（１ｉｆｅ
ｆｅａｔｕｒｅｓ

ｃｏｓｔ，Ｌｅｅ）ｃｏｎｃｅｐｔｓ
ｏｆ

ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ， ＬＣＣ，

ａｎａｌｙｚｅｓ

ｔｈｅ

ｃｏｎｔｅｎｔ ｃｏｓｔ

ａｎｄ

ｏｆ ｔｈｅ

ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ
ａ

ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ’Ｓ

ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓ ＬＣＣ’Ｓ ｂａｓｅｄ
ｏｎ

ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｕｌａ，ａｎｄ ｐｒｏｐｏｓｅｓ

ＬＣＣ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ

ｍｅ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｙｅａｒｓ ａｎｄ ａｖｅｒａｇｅ ｆｕｎｄｉｎｇ ｃｏｓｔ．
ｄｅｃｉｓｉｏｎ ｆｏｒ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｗｈｉｃｈ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｐｕｔ
ｕｓｅ

（２）Ｔａｋｉｎｇ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ

ｉｎｔｏ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｓ ｔｈｅ ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ ｐｏｉｎｔ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ

ｏｆ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｌｉｆｅ，

ｅｓｔｉｍａｔｅｓ ＡＩＳ（Ａｉｒ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ）ａｎｄ ＧＩＳ（Ｇａｓ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ） ｅｑｉｐｍｅｎｔｓ’Ｓ
ｃｏｓｔ ｉｎ ａｌｌ

ｓｔａｇｅｓ．

（３）Ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ
ｂｅｔｗｅｅｎ ＬＣＣ

ｃｏｓｔ—ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｐｒｏｐｏｓｅｓ
ａ

ａｎａｌｙｓｉｓ

ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｃｏｓｔ－ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ

ａｎｄ

ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｆｏｒｍｕｌａ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．

ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ’Ｓ

ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ（ｕｐｄａｔｅ）ａｎｄ
ⅡＩ

浙江工业大学硕士学位论文

基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

（４）Ａｐｐｌｙｉｎｇ

ＬＣＣ

ａｎａｌｙｓｉｓ，ｃａｒｒｉｅｓ

ｏｕｔ

ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ａｎａｌｙｓｉｓ，ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ，
ｆｏｒ １ １ ０ ｋＶ

ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｃｉｓｉｏｎ?ｍａｋｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｒｅｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｍｓ ｔｈａｔ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｉｎ

ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ（ｕｐｄａｔｅ）ｐｌａｎｓ ｏｐｅｒｔａｔｉｏｎ：ｊｏｉｎｔ
ｖｅｎｔｕｒｅ

ＡＩＳ（ｐｌａｎ Ａ）／

ｄｏｍｅｓｔｉｃ ＧＩＳ（ｐｌａｎ

Ｂ）／ｊｏｉｎｔ ｖｅｎｔｕｒｅ ＧＩＳ（ｐｌａｎ Ｃ）．

Ｋｅｙ

Ｗｏｒｄｓ：ｌｉｆｅ

ｃｙｃｌｅ ｃｏｓｔ

ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ｔａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｃｏｓｔ—ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ

ａｎａｌｙｓｉｓ，ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｄｅｃｉｓｉｏｎ－ｍａｋｉｎｇ．

ＩＶ

浙江工业大学 学位论文原创性声明
本人郑莺声明：所提交的学位论文是本人在导师臼指导下，独立进行 研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果ｊ也不含为获得浙江 工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料，对本文的研究作出
重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人承担本声明的 法律责任。

作者签名硼＆

日期扮了年，月＆７日

学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意
学校保留并向围家有关部门或机构送交论文的复印件知电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存
相｝Ｌ编本学位论文。 本学位论文属于 １、保密口，仨

年解密后适用本授权＊。

２、不保密瓯
（请在以上相应方框内打“√”）

作者签名： 导师签名：

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浙江工业大学硕上学位论文

基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

１绪论
１．１

ＬＣＣ概述
全寿命周期成本（１ｉｆｅ
ｃｙｃｌｅ

ｃｏｓｔ，ＬＣＣ）是指设备在预期的寿命周期内，为其

论证、研制、生产与保障以及退役处置所支付的所有费用之和（陈玉波，张柳和 曲长征，２００５；安书明，梁工谦，２０００），它由设备一生所消耗的一切资源量化 为货币值后累加而得，明确地指出了为拥有一个设备或项目在其一生要花多少 钱，因而是一个极其重要的经济性参数量值，并已成为现代质量观念中的内涵和 要素（罗云，张俊迈和吴奕亮，１９９２；陆海松，冯柯和鲁东林，２０００）。ＬＣＣ管 理是从固定资产的长期经济效益出发，全面考虑固定资产的规划、设计、制造、 购置、安装、运行、维修、改造、更新直至报废的全过程，使生命周期相对成本
最小的一种管理理念和方法（Ｂｒｅｉｄｅｎｂａｃｈ，１９８９）。ＬＣＣ管理的核心内容就是

从一开始就把工作做好，对设备项目或系统进行ＬＣＣ分析，并进行决策（腾乐 天，李力和韩天祥，２００５）。是一种可以具体操作的能对电力设备全寿命周期成 本有效优化的管理决策模型，是重要的投资评估和技术经济分析方法。
全寿命周期成本在基于价值链和结合可靠性的基础上进行比较，这样就可对 设备在经济全寿命周期内的管理现状进行评价，以确定其管理决策是否合理有效

（Ｄａｌｔｏｎ，２００４）。传统的方法主要侧重设备投资的前期投入，而全寿命周期成 本管理侧重的是基于价值链的全寿命周期，初始投资成本高低并不能完全决定设 备管理决策是否有效。例如购买三台不同型号的开关（Ａ、Ｂ、Ｃ），假定其使用 效率相同（以ａ为单价值），使用哪一台最经济？三台设备的评价见表１．１：

表１．１：Ａ、Ｂ、Ｃ设备评价表 设备方案
Ａ Ｂ Ｃ

购买成本
ａ

安装成本
Ｏ．１ａ Ｏ．１１ａ ０．１５ａ

运维成本
０．８ａ ０．４ａ ０．２ａ

全寿命周期成本
１．９ａ １．６ｌａ １．５５ａ

ａ＋１０％ａ ａ＋２０％ａ

表中可见，Ａ方案的初始投资成本即购买成本较低，但其运行检修成本较高， 导致其全寿命周期成本最高；而方案Ｃ的初始投资成本即购买成本最高，但其
运行和检修成本最低，所以其最终的全寿命周期成本最小，最终的结果应该选用

Ｃ方案。由此可见，设备管理并非完全决定于全寿命周期的初始投资成本，应该 对其进行综合评价。因此，全寿命周期成本管理方法是一个综合评价指标体系， 它可以把电力系统管理的总成本进行全面系统的比较，作出经济评价，其中也间 接地反映了技术特性的比较，从而选择最优方案，为企业选择技术性、经济性、

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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

综合性最佳的设备管理模式提供决策（董涛，２００７）。

ＬＣＣ管理具有全系统、全费用、全过程３个特点。全系统是指打破部门界 限，将规划、基建、运维等不同阶段的成本统筹考虑，以企业总体效益为出发点 寻求最佳方案。全费用是指考虑所有会发生的费用，在合适的可用率和全费用之
间寻求平衡，找出ＬＣＣ最小的方案。全过程是指考虑从规划设计到报废的整个

寿命周期，避免短期成本行为，并从制度上保证ＬＣＣ方法的应用（李涛，马薇
和黄晓蓓，２００８）。

ＬＣＣ技术一般认为包括ＬＣＣ估算、ＬＣＣ分析、ＬＣＣ评价和ＬＣＣ管理等内 容，它们既相互关联又各具特色和应用目的。
（１）ＬＣＣ估算

指把产品在其寿命周期内消耗的一切资源全部量化为金额累加得出总费用
的过程。它是ＬＣＣ技术中的基本和基础部分（Ｂｒｏｏｋｓ，１９９６），估算准不准确显

然对分析和评价有本质的影响。估算一般是在费用发生之前进行，为此必须进行 费用分解结构、建立费用估算模型、选择费用估算方法，以便利用现有的信息估
算未来的费用。 （２）ＬＣＣ分析

指对产品的ＬＣＣ及各费用单元的估算值进行结构性研究，旨在确定费用主
宰项目（即高费用项目）及影响因素、费用风险项目以及费用效能的影响因素等的 一种系统分析方法。它是进行ＬＣＣ管理的先决条件。

（３）ＬＣＣ评价 指以ＬＣＣ为准则，对不同的待选方案进行权衡抉择的系统分析方法。它可 以为产品设计、开发、使用、维修、更新、改造等活动中所作的涉及到未来费用 的决策提供有效的信息。
（４）ＬＣＣ管理 指以追求ＬＣＣ最小为目标，对产品寿命周期各阶段必须实施的ＬＣＣ技术进

行的计划、组织、监督、协调以及对ＬＣＣ控制的活动。 电力系统的ＬＣＣ管理主要涉及两大范畴：工程范畴和财务范畴。工程范畴 主要包括：设备可靠性、经济寿命分析、维修对策分析、设备失效统计、失效对 整个系统的影响、更新部件和维护对系统寿命的影响等。财务范畴主要包括：设 备或系统的最初投资成本、设备初投资成本在不同方案时的比较、投资成本和运 行成本的比较、设备故障对系统的影响及可能导致的损失比较、设备的维护或更 新成本、设备的退役成本等（张怡，腾乐天和凌平，２００４）。

１．２研究背景
电网企业属于基础服务行业和公用事业，是关系国计民生的重要基础产业， 肩负着重大的政治责任和社会责任。变电设备承担着电能的传输、分配以及电网
２

浙江工业大学硕士学位论文

基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

的安全稳定运行任务，其成本在整个电力系统投资中占相当大的比例，是供电企 业的重要资产，与企业的成本及效益息息相关。而且，随着经济社会的持续发展， 每增加一定的发电容量，相应地就要增加一定的变电容量，变电设备资产规模将 越来越庞大。在今后十几年中，从全球来看，４０％的变电设备将用于现有变电站 的更新改造，剩余的６０％将用于新建变电站（张俊，２００７）。以全球最大的公用
事业企业中国国家电网公司为例，公司承担着１０亿以上用户的供电任务，责任

重大。公司电网资产巨大，截至２００８年年底，公司资产总额１６４６２亿元，其中 固定资产净额１１０３７亿元（原值１７２９０亿元），占总资产的６７．０％。电网设备资 产净额９４２８亿元，占固定资产净额的８５．４％。由于电网建设发展加速，最近５
年投运的主要变电设备占到在运设备总数的５０％左右，８０％＂－－＇９０％以上的设备

投运年限不足１５年，平均投运年限在６～９年，设备年轻化程度较高。公司１１０ （６６）千伏及以上变压器、断路器、隔离开关、输电线路平均投运年限分别为 ７．３年、６．２年、８．２年、９．２年。设备平均使用寿命不到２０年，远低于国际一
流电网公司水平（３０—４０年），使用效率低、设备寿命短、更新换代快、技改投

入大、维护成本高、一线人员短缺等矛盾和问题逐渐显现。 从浙江省电力系统看，由于尚未建立统一的电网资产管理体制，电网规划、
设计、建设、生产、经营等各个阶段由各相关部门分头进行管理，导致规划、设 计、采购、建设上，注重对初期投资的控制，对整个电网在寿命周期中效益和成 本缺乏统一考虑，生产运营单纯追求运行安全性、可靠性和降低维护工作量，在 安全压力逐渐加大的情况下，较早更换故障率升高的设备，成本管理缺乏精细的

运行成本核算。同时由于设计、建设标准不适应经济社会发展和环境变化的要求， 部分设计标准偏低造成设备抵御自然灾害能力不足，部分设备难于适应日益严重
的环境污染状况，有的存在片面控制工程造价的现象。部分单位没有按照建设、

运行整体成本最低考虑，单纯追求工程建设造价最低，降低了工程设计标准和装
备水平，增加了运行维护成本。此外，由于早期生产的设备存在设计、制造质量 问题，导致维修费用逐年增加，可靠供电得不到强有力的保障。

近年来，在科学发展观的引领下，建设资源节约型社会的理念和实践逐渐渗 透和贯穿到各行各业。国家电网公司全力推进电网发展方式和公司发展方式转 变，规划理念不断创新，设计标准持续优化，采购成本大幅降低，建设水平不断
提高。同时，积极推进生产系统标准化建设，加强技术改造和大修管理，强化可

靠性管理，推广状态检修，电网资产管理水平逐年提高。２００８年年底，国家电
网公司全面导入全寿命周期管理理念和方法，吹响了开展资产全寿命周期管理的

总号角。国家电网公司指出，实施全寿命周期成本管理是公司贯彻落实科学发展 观的重要内容，是新形势下实现公司全面、协调、可持续发展的迫切需要，是建 设世界一流电网、国际一流企业，实现公司发展再上新台阶的战略举措。

３

浙江工业大学硕七学位论文

基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

国家电网公司提出，要加快转变管理理念，对电力设备进行全寿命周期成本 管理，创新管理方式，统筹处理好安全、效能和周期成本三者的关系，对新建项 目进行全系统、全费用、全过程估算，以实现最优决策，对在运变电设备技术改 造方案也要进行决策，提高设备的可靠性、经济性、维修性，发挥其最佳效益，
实现设备寿命周期总成本最低的目标，以有效管理这部分数量巨大、关系复杂的

变电设备，大力推进我国电力工业的健康、持续、快速发展。

１．３目的和意义
就新建工程而言，从当前电力系统工程造价管理看，电力基建项目从早期简 单的对施工阶段进行概预算控制，到对前期策划、设计阶段、施工阶段进行全过 程管理，工程造价管理在理论和实践上都取得了不小的进步。但是，目前变电站 成本管理模式还只是从工程建设前期到工程竣工移交并调试运行完成为止，并没
有充分考虑变电站投运之后巨额的二次成本，即运行、维护、更新、报废等成本，

尤其在当前电力建设速度快、项目投运周期短的情况下，这种模式会产生一定程
度上的不良后果。

●——————＾—————、，一＿————一一‘————、，一－————，、————。’、，＿＿————一、——————。－、

前研策划

设饨阶段

麓王阶段

使用维护阶段

、＿————————————、～——————————————一／

、－－—————————————————、．，．＿—————————————————＿／
垒生命周期造价管理 图１．１：全过程与全生命周期造价管理范同之对比图

金过程竭Ｉ价镑理

随着城市化进程的深入推进，城市范围逐渐扩大，原先建于核心城区边缘的 变电站，其供电重要性越来越突出，可靠性要求越来越高。但由于变电站服役时
间较长，设备老化程度日趋严重，可靠性逐年降低，维修频次随之增加，维持成 本越来越高，改善维修（技术改造）广泛开展。如何从系统的整体目标出发，统

筹考虑变电设备的规划、设计、采购、建设、运行、检修、技改、报废的全过程， 在满足安全、效能的前提下追求设备全寿命周期成本最低，实现系统最优是值得 研究和应用的一个重大课题。 从资产角度而言，导入全寿命周期管理可以有效地提高电网企业的运营效 率，一方面，在资产运行过程中基于全寿命管理理念采用的各种管理方法，有助 于运行管理水平的提高，另一方面，运行阶段的要求在资产形成前期决策过程中 得到了充分考虑，大大降低了规划、设计、招投标和建设等前期阶段造成资产健
康隐患的可能性。在电网资产全寿命周期成本中，故障引起的损失占较大比重， 全寿命周期管理在设备或系统的规划设计和招投标时就充分考虑可靠性因素，将
４

浙江工业大学硕士学位论文

基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

故障成本作为一种惩罚性成本折算进全寿命周期成本，全面分析可靠性对全寿命 周期成本的影响，有助于从源头上提高设备和系统的可靠性，从而提升变电设备

资产的质量并且延长其使用寿命。通过在规划、立项、设计和设备招投标等决策 环节将建设和运行阶段进行通盘考虑，以实现资产全寿命周期成本最低为目标， 寻找一次投入与运行维护费用二者之间的最佳结合点，从而改变割裂二者关系、 片面追求一次投资最低的做法，有效实现资产全寿命各个阶段的衔接。通过资产 全寿命周期管理，能够真正达到资产质量的优良和运行维护成本的优化，从而非
常显著地降低资产全寿命周期的总体成本，提高资产的运营效率。 根据国家电网公司编报的“十一五’’电网规划及２０２０年远景目标报告，“十 一五”期间国家电网公司总投资额将达到９０００亿元。根据南方电网规划，“十一 五”电网建设投资额约为３０００亿元左右。两者相加，“十一五”期间我国电网投 资规模将超过１．２万亿元，年均投资额将超过２４００亿元，比我国“十五＂期间 年均电网投资额１２６５亿元增幅超过９０％。规划中还提到对３１个主要城市的电网 建设和改造投资总额约为４６００亿元，接近国家电网公司总投资的５０％。预计南

方电网公司约为１５００亿元，合计金额将达到６０００亿元，年均投资额在１２００亿
元（李泓泽，郎斌，２００８）。从长远看，开展全寿命周期成本管理对国有资产保

值增值将产生深远的影响。 本文的研究在变电设备改善维修（技术改造）决策中的重要意义主要体现在： （１）为估算变电设备的价值链提供方法。通过对变电站变电设备改善维修（技
术改造）：ＡＩＳ（合资）／ＧＩＳ（国产）／ＧＩＳ（合资）设备三种方案下进行全过程、 全费用计算分析，估算出一次成本以及维持成本和中断成本，并进行费用、可靠 性和效益等方面综合比较，为企业管理者提供数据支撑和决策支持。

（２）为新建变电站ＬＣＣ估算指明实践路径。对于新建项目，用ＬＣＣ方法可 减少新建设备选型的盲目性，使新建设备的ＬＣＣ融合到整个系统中，以合理的
成本获得相对较高的可靠性，从而获得最大的经济收益。同时采用全寿命周期成 本方法可以使采购方案评估更加科学。 （３）对延长变电设备经济寿命效益明显。对于现有设备的资产管理，可用ＬＣＣ

管理理念来确定维护检修方式、备品备件的配置地点和数量，设备用维护检修来 延长寿命还是更新或技术改造来获得最低ＬＣＣ提供科学决策支持，从而为企业 的可持续发展奠定基础。采用ＬＣＣ管理模式，可以科学地进行设备运行和维护， 加之在采购过程中的合理方案，可以降低运行维护成本，提高设备可靠性，从而
延长了设备的经济寿命，减少重复投资。

（４）有力推动变电设备管理绩效的提升。全寿命周期成本管理模式是一种理 念的导入和更新，新的管理理念和考核方法的引进将促进人员管理素质和工作责 任心的提高，管理人员对电网的可靠性情况以及各类成本将更为关注。同时，

５

浙江工业大学硕上学位论文

基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

ＬＣＣ管理模式对规划、设计、采购、建设、运行、检修、技改、报废等环节更
加规范，将有力推动管理绩效的提升。 （５）推进输变电设备状态检修走向深入。通过实施ＬＣＣ管理模式，加入成本

要素，在保证设备效益情况下，有利于输变电设备状态检修策略的全面性、科学 性和合理性，并使全寿命周期成本取得最小值。同时有利于数据采集系统、辅助
决策分析系统的改进以及运检人员分析能力的提高，促进电力系统知识更新，从

而带动供电企业管理人员整体素质的提升。

１．４本研究的主要工作
（１）分析变电站ＬＣＣ各费用组成部分的内容和特点，确定变电站ＬＣＣ的费
用估算关系式，并提出基于运行年限、市场平均筹资成本的ＬＣＣ修正方法。 （２）以已投运变电站变电设备改善维修决策为切入点，基于全寿命周期成本 管理理念和方法，按照经济寿命估算了ＡＩＳ（Ａｉｒ
Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ

Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ）和ＧＩＳ（Ｇａｓ

Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ）各阶段费用。

（３）研究费用一效益分析方法，通过分析变电站ＬＣＣ与可靠性的关系，将可 靠性作为变电站首要考虑的效益，提出了在变电站改善维修、建设中应用费用一
效益分析法的具体模型。

（４）应用ＬＣＣ分析方法，对某１１０ｋＶ变电站１１０ｋＶ配电装置三种改善维修
方案：合资ＡＩＳ（方案Ａ）／国产ＧＩＳ（方案Ｂ）／合资ＧＩＳ（方案Ｃ）进行计算、

分析、比较、评估和决策。

１．５本研究的创新点
（１）对变电站１１０ｋＶ配电装置三种改善维修方案，从规划、设计、采购、建
设、运行、检修、技改、报废等环节进行全面、全过程地ＬＣＣ估算。

（２）全面考虑了变电站ＬＣＣ费用、可靠性和效益关系，提出了在变电站改善
维修、建设中应用费用一效益分析法的具体模型以及参考意见，对变电站整站维 修以及建设提供了决策依据和实践借鉴。

（３）本研究涉及工程范畴和财务范畴，集管理创新与技术创新于一体，基于 ＬＣＣ理念和方法，探索出一种在市场化条件下设备管理的新模式，使各级管理 人员能以全局性、全过程、全系统的视角来处理设备在规划建设及运行维护中所
涉及的性能、费用、进度、风险等方面的矛盾，为科学决策提供了有效的手段。

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浙江工业大学硕士学位论文

基于伞寿命周期成本管理的变电设各维修决策研究

２国内外研究现状
２．１国内外关于ＬＣＣ的研究综述
２．１．１国外研究状况
ＬＣＣ概念最早起源于瑞典的铁路系统（金家善，史秀健和吴奕亮，２００４）。 把ＬＣＣ的概念用于技术经济分析可追溯到１９４７年在美国创立的价值分析法（帅 军庆，２００４）。然而ＬＣＣ问题真正引起重视并得到发展却是在２０世纪的后半叶 （日比宗平，景星，１９８６）。随着武器装备性能的改进和提高，不仅使其采购费 大幅度增加，更导致其使用与保障费用大幅上扬，甚至达到采购费的数倍以上， 成为军费的沉重负担（张旭梅，刘飞，２００１）。１９５０年，根据美国国防部的调查， 人们发现５年间军事技术装备系统维持费的总额为该系统采购合同的１０倍之多。 因此认为寿命周期内维持费用最佳化是进行设备研究的基本出发点（陆海松，严 骏和熊云，２００１）。由此，在２０世纪６０年代开始，美国对ＬＣＣ进行系统研究， 不久就提出了武器装备采办时，必须进行ＬＣＣ评价，籍以控制军费（蔡斌，１９９７）。 １９７０年，日本在吸收美国及欧洲设备管理经验的基础上提出全员生产维修 （ＴＰＭ）模式，强调“全效率、全系统和全员参加＂。ＴＰＭ以全效率为目标，通
过减少６大损失（即：故障停机时间损失，产品设置与调整停机损失，闲置、空 转与短暂停机损失，速度降低损失，产品缺陷损失，产量损失）来提高设备综合 效率，实现企业综合效益最大化、现场生产系统寿命周期损失最小化（刘宝平， 王培生，２００４）。

１９７１年，英国丹尼斯?帕克斯ＤｅｎｎｉｓＰａｒｋｅｓ提出设备综合工程学，它是以 设备的寿命周期费用最经济为研究目标，它综合了与设备相关的工程技术、组织 管理、财务等各方面的内容，提出了进行设备可靠性、维修性设计的理论和方法， 强调发挥设备使用寿命各阶段机能的作用，它全面考虑设备一生机能，强调关于 设计、使用效果及费用信息反馈在设备管理中的重要性，要求建立相应的信息交
流和反馈系统，是全过程、综合性的管理科学。从２０世纪７０年代开始，ＬＣＣ

理念不断地被应用于国防建设、能源工程、交通运输系统、航天及其他方面（王
汉功，罗云，２００３）：

在国防建设方面，美国军方用ＬＣＣ技术于航空母舰、护卫舰、飞机以及陆 战队的坦克武器等评价分析，英国海军采用ＬＣＣ技术于舰船建造； 在能源工程方面，英国把ＬＣＣ技术用于燃气轮机的改进方案研究中。美国 在反应堆核燃料合理配置及核废物处理等的ＬＣＣ管理中都取得过很多成绩。挪 威在石油天然气工业中应用ＬＣＣ评价最为普遍，并取得了很好的经济效益和社
会效益；

在交通运输系统方面，法国运用ＬＣＣ技术对汽车、货车等不同车辆的推进
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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

动力方案进行评价，抉择适合法国国情的最佳方案。瑞典Ａｄｔｒａｎｚ公司１７年来 将ＬＣＣ技术合同应用于瑞典高速列车项目（Ｘ２０００）上（罗云，张俊迈，吴奕亮 等，２００３），合同包括一份对ＲＡＭ／ＬＣＣ严格要求规范及项目研制期间的预测数 据与早几年的运行验证。验证的结果表明是很成功的，减少故障的发生，非计划 检修与ＬＣＣ值均己低于合同规定标准； 在航天方面，美国航天局在ＮＡＧ．１．１３２７宇宙飞船的发射车辆和航天器的概 念设计中运用ＬＣＣ技术； 在其他方面，欧洲ＬＣＣ技术己经走向国际化合作的道路，组成咨询公司。 如由挪威、英国、法国等６５家知名企业参加的ＬＣＣ联合工业项目（ＪＩＰ），就是 专门研究ＬＣＣ以维护本组织成员利益，并提供咨询培训等服务。一些国家在城 市建筑与人行道的设计中，应用ＬＣＣ技术寻找最佳的投资决策方案。欧洲的一 些国家正在研究钢桥梁、海底管线等的防腐保护方法、涂料维护方法和材料选择 数量等采用ＬＣＣ技术抉择最佳方案。为了计算ＬＣＣ值，己经建立了各种不同用 途的费用模型与计算程序达数千个（Ｍｉｌｌｗａｒｄ，１９９６）。 世界上运用ＬＣＣ管理理念比较成熟的公司，主要集中在美国和欧洲，他们 不仅将ＬＣＣ理念成功地用于军队航母、激光制导导弹、先进战斗机等高科技武 器的管理上，也在近期逐渐向电力系统推广。将ＬＣＣ技术运用于电力系统的仅 有少数几个发达国家，较集中的是美国和瑞典，主要用于核电和输配电线路 （Ｇｕｐｔａ，１９９３），而在日本、加拿大、澳大利亚、法国等仅见零星报道及论文，
因而该项技术在电力系统的应用具有前瞻性和先进性。瑞典和欧洲一些国家将 ＬＣＣ管理和可持续性发展结合起来，偏向于电力系统中的绿色能源，在计算成

本时考虑了环境的影响（Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ，２００５）。来自制造厂的专家也提出ＬＣＣ管理 方法在高压开关、变电站方面的应用。美国将ＬＣＣ。管理的方法首先应用于核电
站（Ｎｉｗａ，２００５），因为核电站建设是以可靠性作为优先考虑因素，因而在可靠

性的基础上进行ＬＣＣ管理，更具必要性和紧迫性。在此基础上，再将该项技术 推向了发电机、大型变压器、励磁机、低压输配电系统。因此，ＬＣＣ管理方法 在电力系统中有逐渐推广应用之势。 瑞典能源界：从２０世纪８０年代起，瑞典Ｖａｔｔｅｎｆａｌｌ公司己从事ＬＣＣ方面的 工作，为支持ＬＣＣ的应用，还制定了可用率工程开发规划，该规划的使用范围 限于电力系统各组成部分的设计、制造、建设与运行工作，得到可用率工程技术 的应用导则。同时还在４００ｋＶ变电站的设计、４００ｋＶ断路器的采购、水电机组 现代化建设等方面的工作中采用了ＬＣＣ技术（Ｓｈｉｍａｋａｇｅ，２００３）。从目前的资 料看，Ｖａｔｔｅｎｆａｌｌ公司在原先ＬＣＣ的基础上，增加考虑了项目中的资源消耗和环 境影响，称为ＬＣＡ／ＬＣＶ。近期在水电厂、核电站、燃气一蒸汽联合循环电厂、 燃料电池等方面开展过ＬＣＡ工作（Ｇｒｅｅｎ，１９９８）。

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浙江工业大学硕七学位论文

基于伞寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

日本电力工业界：２００２年，日本电力工业界提出用统一的参数即ＮＥＴＳ（数 值生态荷载总标准）评估各类电厂煤、油、ＬＮＧ（液化天然气）联合循环、煤气化
联合循环（ＩＧＣＣ）、正压流化床联合循环口（ＰＦＢＣ）、核电站以及各种再生能源

电厂造成的各种环境荷载，包括自然资源枯竭、化石燃料枯竭、臭氧层破坏、全
球暖化、大气污染与水源污染等。同时，还计算了各类电厂的ＬＣＣ。根据ＬＣＣ

的高低，将各种类型电厂排序如下：太阳能光电池（（４３美分／ｋｗｈ），海洋波浪 （１２美分／ｋｗｈ），热力太阳能、风能（１０美分／ｋＷｈ），潮汐发电（（８美分／ｋＷｈ）， 燃油、ＰＦＢＣ、ＬＮＧ（６美分／ｋＷｈ），ＩＧＣＣ，ＬＮＧ联合循环、核电、地热、燃煤 （５美分／ｋＷｈ）与水电（（３美分／ｋｗｈ）。应该说，首先考虑环保，再考虑ＬＣＣ，然
后根据可能条件，确定选用机型，不失是一种比较先进的方法。 美国电研院：美国电力研究院在近期开展了发电设备的ＬＣＣ工作，大部分 ＬＣＣ方面的研究报告都写于２００２＂２００３年，已搜集的报告叙述ＬＣＣ管理的范

围有发电机、大型变压器、励磁机、低压输电系统、大管径管道系统以及核电站，
其中核电站和发电机的实例较多。根据美国电力研究院提供的资料，他们在Ｃｏｍ Ｅｄ公司也开展ＬＣＣ管理的工作。此外，Ｄｕｋｅ Ｐｏｗｅｒ也开展ＬＣＣ工作，对蓄电 池进行ＬＣＣ管理，降低了成本和化学排放（韩天祥，黄华炜和陆一春，２００４）。 此外，１９９６年国际电工委员会（ＩＥＣ）发布了国际标准（ＩＥＣ６０３００．３—３），

并于２００４年７月又发布了修订版。１９９９年６月美国总统克林顿签署了政府命令，
各州政府所需的装备及工程项目，要求必须有ＬＣＣ报告，没有ＬＣＣ估算、评价， 一律不准签约（帅军庆，２００４）。国际大电网会议（ＣＩＧＲＥ）也在２００４年提出要

用全寿命周期成本来进行设备管理，鼓励制造厂商提供产品的ＬＣＣ报告。国际
上各重要电力设备制造商，如ＡＢＢ、Ｓｉｅｍｅｎｓ等，正在开展其产品的ＬＣＣ相关 研究。
．

２．１．２国内研究状况
ＬＣＣ技术由１９８７年传人我国，由海军起头，空军和二炮都积极推广和运用，

并组建了ＬＣＣ委员会，总部设在武汉海军工程大学三系。多年来，ＬＣＣ委员会 做了大量工作。出版了专著，举办了多层次、多目标的各类培训班，６次组织全 国性ＬＣＣ研讨会，交流成果及经验，起到了积极推动作用。其中１９９９年１１月 在北京举办了影响较大的ＬＣＣ全国讲习班。特邀了国际ＬＣＣ专家英国国防部
Ｐａｕｉ

Ｊｏｎｅｓ与舰船评价专家Ａｎｄｙ Ｈａｒｄｗｉｃｋ、挪威ＲＣ公司董良博士及美国Ｃｈｏｃｋｉｅ

集团设备维修专家Ａｌａｎ Ｃｈｏｃｋｉｅ来华讲课，获得了预期效果。ＬＣＣ委员会还组

织开展ＬＣＣ论文交流，发表论文３０００多篇，大大推进了ＬＣＣ工作进程（黄金
泉，２００４）。 我国ＬＣＣ Ｉ作的进程可分为３个阶段：一是引进、消化、吸收阶段；二是

理论研究逐步深入，应用逐步开展阶段；三是２０００年后进入顶层推动阶段。包
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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

括行政法规的制定、企业单位领导开始重视，应该说，顶层推动是ＬＣＣ发展的牵 引力。

１０多年来，军队系统及地方行业部门应用这一方法也取得一批可喜的成果。
同时在人才培养方面，ＬＣＣ技术也已进入高等院校相应专业的课程中，并成为

研究生培养方向之一。运用ＬＣＣ技术取得的显著效果有（吴奕亮，金家善，辜
健等，２００４）：

（１）设备规划和选型中应用ＬＣＣ方法，提高了设备经济效益，促进了技术进
步。如鞍山钢铁公司氧气厂，为满足“八五’’期间生产需要，经国家计委批准，

采用外商投标竞争方式引进设备。通过对法、日、德、美国５种制氧机的技术考
察和ＬＣＣ分析，决定引进美国产品。该方案投资少、见效快、效益高，年可节

省电力６９５０万ｋＷ?ｈ。据计算，该项目年创利润３６４７万元，投资利润率２４．６４％，
动态投资回收期为５．４６年；空军在甲、乙两型作战飞机论证中，进行ＬＣＣ估算

和综合分析，结果表明乙型飞机虽然性能略有提高，但初期投资大，连同后勤保
障费用在内的ＬＣＣ大大超过甲型飞机。根据功能一费用综合分析的结论以及装 备费用的可承受性原则，提出了合理的建议供上级领导决策；吉林化学公司对石

墨阳极和金属阳极两种食盐电解槽作了ＬＣＣ评价，结果采用了初投资高，但维
修费用明显低的金属阳极电解槽。设备更换后。１９９２年便比１９８９年增创利税２１４４ 万元。

（２）运用ＬＣＣ分析方法计算设备的经济寿命，为设备更新改造决策提供科学 依据。如海军对在役各型主要舰船的服役年限论证中，用ＬＣＣ方法对舰船的经 济寿命进行计算，结合舰船的自然寿命及技术寿命的分析，提出了各型舰船的最 佳服役年限的建议；大庆石油管理局和清华大学对油田专用设备的更新决策进行 研究，用ＬＣＣ方法对压裂设备的经济寿命进行计算。按计算的经济寿命更新， 全油田６４台压裂设备共节约３４９万元；大连港务局针对现有的港口机械，建立
了设备的购置、更新和维修的管理决策模型，对设备进行了ＬＣＣ及经济性分析，

仅Ｍ１０－２５型门机更新和４５ｋＷ牵引车选型等４项决策，当年获经济效益１５１１万
元；应用ＬＣＣ技术对特种装备以及车辆、雷达等进行ＬＣＣ分析和评价，均取得 很好的成效。

（３）用ＬＣＣ管理控制设备投资。如武钢硅钢片厂是２０世纪７０年代从日本引 进冷轧硅钢片成套设备，于１９７９年投产的国内主要硅钢片生产厂。１９９０经计委 批准扩建，一期扩建工程由新日本制铁株式会社技术总负责，国内配套部分设备， 二期扩建工程从设计、制造到安装全由中方独立负责，成套国产化。二期工程
１９９８年按期全面竣工。它们在扩建过程中，用ＬＣＣ理念选择扩建工程的装备水

平、确定设备的安全裕度，进行国内外设备的分析与比较等，有效地控制了投资
概算。

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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

（４）ＬＣＣ技术应用于高科技项目的方案论证。如用ＬＣＣ技术建立了可重复 使用的运载器的ＬＣＣ模型，并对不同级数可重复使用的运载器的各备选方案，
进行了ＬＣＣ分析和评价。在国家“８６３”高科技项目“天地返往运输系统”的概

念论证中，开发了包括ＬＣＣ分析的决策支持系统，对６个备选方案进行统一评 估。 随着国家对ＬＣＣ工作的不断重视，ＬＣＣ也渐渐地应用到了电网企业中。国 家电网公司系统从２００８年全面导入ＬＣＣ理念，着手在全系统研究应用ＬＣＣ管 理。就目前状况而言，国家电网公司系统绝大部分单位都没有开展过这项工作， 部分单位围绕资产全寿命周期管理理念进行了某一方面或某个阶段的尝试，取得 了一些成果，但主要是对工作的回顾和反思，缺乏一定的系统性和全局性。上海 市电力公司在２００５年启动了资产管理项目，通过国际对标和咨询，制定了一系
列的整改措施，在资产清理、拓展资产管理范畴、全寿命周期成本管理和设备监

造抽检工作等方面取得了初步成果。举办ＬＣＣ学习培训班，开展泰和站ＧＩＳ设 备ＬＣＣ模型与计算。通过泰和站ＬＣＣ的试点计算，上海市电力公司充分体会到 ＬＣＣ工作的重要性和迫切性。组织ＬＣＣ专家对项目实行阶段性评审，并在ＧＩＳ
设备引进时，采用国际上的做法，要求日方提供ＬＣＣ报告，还出版汇编了上海 市电力公司设备ＬＣＣ管理研究项目的ＬＣＣ专辑等。此外，如：

一一河南省电力公司。结合１１０千伏金谷园变电站整站改造，在国内首次实 现了数字化变电站的创新性功能的应用，不仅有效降低设备投资、减少占地和建 筑面积、同时降低了运行维护工作量，提高了运行可靠性；又如，将一些增容工 程中更换下的２２０、１１０千伏变压器及其它主要设备，选择状况较好的设备，在 全省的基建工程中统筹调剂使用，延长了主要设备的服役周期。 一一河北省电力公司。出台了《投资效益考核办法》，对区域投资效益及单 项工程效益制定了严格的考核指标，推行初设阶段可再次进行评估优化调整系统 方案的工作。通过这些措施，降低年度投资５．４６亿元，取得了很大的电网投资 效益。又如，在评标过程中，对技术评分设定否决条件，在价格得分上设定上限 控制，防止技术得分低的产品靠低价中标。 一一江苏省电力公司。开展了资产全寿命周期“双维模型分析法”研究，从 全口径项目管理和全过程管理两个维度，正在着手构建资产管理数据模型和资产 信息收集管理平台，在全口径、全过程和全价值三个方面推进精益化管理。 一一浙江省电力公司。探索建立了技术专家评价、运行质量评价、高级专家 评价的多层次供应商评估体系。又如，在变压器采购时，通过技术谈判，用新增 ５％的投资增加５０％过载能力，提高了运行稳定限额，资产效能水平大大提升， 经济效益明显。

２．２国内外关于变电设备维修决策的研究综述

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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

维修在设备的全寿命周期中起着非常重要的作用，进而对可持续制造有着不
可忽视的影响（Ｇｅｒａｒｄｏ，２００４；Ａｄｏｌｆｏ，２００４）。现在很多企业都意识到了维修

的重要性，但大多数情况下所采取的措施主要是为了使资源利用合理化，或者是 通过专门诊断技术的研究来预防故障。和所有的学科一样，维修学科业发展很快。 对维修的要求越来越高，不仅要能进行故障预警，而且要建立可以降低全球成本
的更强大的系统（Ｕｌａｇａ，２００４；Ｄａｖｉｄｓｏｎ，１９９４）Ｅｂｅｌｉｎｇ，１９９７）。

电力行业和其他行业一样，其维修策略也经历了一定的发展过程，目前，在
国外，以ＲＣＭ的应用为发展主流；在国内，则突出状态维修的实践。这和国内 外电力行业的具体情况有很大的关系。

对于西方发达国家而言，电力企业维修策略面临的主要问题是在设备逐步进 入老化期的情况下如何保持电网运行的高可靠性、降低设备维修费用、提高企业 的竞争力。为此，这些企业在维修方式上引入了状态维修（ＣＢＭ），而在整体维 修策略上，则大多转向以可靠性为中心的维修（ＲＣＭ），例如：法国电力公司 （ＥＤＦ）在定时和状态维修的基础上，将逐步采用ＲＣＭ的检修策略，目标是实 现“逐间隔有区别的维修’’（ｂａｙ．ｂｙ．ｂａｙ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄ

ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ），即根据变电

站的重要性、环境、设备特性、电能质量的要求等，对间隔进行分类，不同的间 隔采用不同的维修计划；美国电科院（ＥＰＲＩ）在推进ＲＣＭ在美国电力企业中的 应用方面进行了大量的工作，先后在核电厂和常规电厂的设备维修中引入了 ＲＣＭ，同时，根据取得的经验，以ＲＣＭ为核心，结合设备诊断和管理技术，提 出了变电设备优化维修策略和一体化解决方案，逐步推进ＲＣＭ策略在变电领域 的应用；日本、德国、荷兰、西班牙、荷兰、挪威、英国、波兰等国的电力企业 也在探索ＲＣＭ在企业维修中的应用。 近几年来，国内供电企业由于固定投资的大量增加，设备数量增长较快，而 企业由于一线人员的短缺，同时，由于供电可靠性等要求的提高，使得很多设备 难以进行停电维修，因此，基于定期维修的计划预修体制已逐步不适应现有企业
的要求。此外，设备质量的提高，也使得检修策略的改变成为可能。在这种情况

下，国内供电企业以设备状态维修（检修）为突破口，开展了设备维修策略改进
的实践和探索。

国内供电企业设备状态维修主要是利用现有成熟的技术手段和方法对设备 运行状况进行监测，利用专家系统对设备在线和离线测试数据进行分析并综合判 断设备的运行状态，对设备未来的运行状态进行预测，以达到延长设备维修间隔 时间、提高设备维修合理性、降低整体维修费用的目的。所采用的技术手段主要 是设备在线检测技术和设备状态评估技术，前者主要是对变压器、开关、电容型 设备、避雷器等的电气和机械状态参数进行实时测量；后者则是通过对历史和实
时数据的分析，采用模糊数学、专家系统、神经网络等技术评估和预测设备的状

态，实现方式主要体现为计算机维修管理系统（ＣＭＭＳ）。维修发展的几个阶段：

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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

（１）第一阶段一一１９５０年以前

１９５０年以前可以算作是第一阶段，这一时期的维修策略是事后维修（ＢＭ：
Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ

Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）。这种检修方式以设备出现功能性故障为判据，在设备

发生故障已无法继续运转时才进行维修。

（２）第二阶段一一１９５０年～１９７０年 从１９５０年到１９７０年可以算作为第二阶段，这一阶段的维修策略是预防维修
（ＰＭ：Ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ Ｍａｉｍｅｎａｎｃｅ）。这一维修策略有两大体系：一是以前苏联为代 表的计划预修体制，另一个是以美国为代表的预防维修体制。

计划预修的特点是根据计划对设备进行周期性的修理，可分为大修、中修和 小修，修理的周期大多由设备制造厂或使用单位确定，这种模式的优点是可以减 少非计划（故障）停机，将潜在的故障消灭在萌芽状态，缺点是维修的经济性和 设备基础保养考虑不够，容易产生维修过剩和维修不足。我国在五六十年代引进
并且在大范围应用的就是这种维修模式。

预防维修是一种通过周期性的检查、分析来制定维修计划的管理方法，其优 点是可以减少非计划（故障）停机，而且可以减少维修的盲目性。但由于检查手 段和检查经验的不足，造成检修计划的不准确，导致检修冗余或不足。１９６０年：
后，西方国家在预防维修制基础上发展起了生产维修策略（ＰＭ：Ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅ

Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）。生产维修是以预防性维修为中心兼顾生产和设备设计制造而采用
的多样、综合的设备管理办法，由四个部分组成：事后维修（ＢＭ：Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）、预防维修（ＰＭ：Ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）、改善维修（ＣＭ：Ｃｏｒｒｅｃｔｉｖｅ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）、维修预防（ＭＰ：Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ），特点是较为灵活，吸 收了后勤工程学的内容，提出了维修预防、提高设备可靠性设计水平以及无维修 设计思想。

（３）第三阶段一～１９７０年～至今
从１９７０年以后维修策略发展到第三阶段，这一时期，设备朝着集成化、大

型化、连续化、高速化、精密化、自动化、流程化、综合化、计算机化、超小型
化、技术密集化方向发展；操作人员的数量在下降，维修人员的数量保持不变或

在上升；操作的技术含量逐步下降（标准化），而维修的技术含量却在逐步上升； 维修策略也呈现出多种发展模式，充分体现出可靠性、设备监测、人工智能、信 息、管理科学等多学科的发展成果。国外先后出现了预知维修和状态维修、以利 用率为中心的维修、全面计划质量维修、可靠性维修、适应性维修、以可靠性为 中心的维修、费用有效维修等维修策略；我国于１９８０年在前苏联计划预修体制 基础上，吸收生产维修综合工程学、后勤工程和日本全员生产维修的内容，提出 了对设备进行综合管理的思想。 ①预知检修和状态维修
预知检修（ＰＭ：Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ Ｍａｉｍｅｎａｎｃｅ）是最早依赖计算机系统和软件来记

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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

录故障、评估系统和制定检修策略的方法。是在设备出现了明显的劣化后实施的 维修策略，而状态的劣化是由被监测的机器状态参数变化反映出来的。
状态检修的检修策略有四种：全部更换、大修、局部检修和继续状态检修以

延长检修时间。针对设备需分别研究：全部更换策略，大修策略，局部检修策略， 延长检修策略。状态检修既能保证设备安全，又能减少相关费用，是日常设备维 护管理效率较高的一种手段。 ②以利用率为中心的维修
以利用率为中心的维修（ＡＣＭ：Ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ
Ｃｅｎｔｅｒｅｄ

Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）是上世纪

九十年代以来国际上出现的新的维修理论之一。ＡＣＭ是把设备利用率放到第一位
来制定维修策略的设备管理方式，这种方式先按利用率对设备排序，然后结合生 产实际、停机损失、维修成本选择适当的维修方式。ＡＣＭ把设备维修方式分成

五类：定期维修、视情维修、事后维修、机会维修、改进维修。 ③全面计划质量维修
全面计划质量维修（ＴＰＱＭ：Ｔｏｔａｌ
Ｐｌａｎｎｉｎｇ

Ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）是从１９８９

年在美国发展起来的维修管理新概念，是一种以设备整个寿命周期内的可靠性、
设备有效利用率以及经济性为总目标的维修技术和资源管理体系。

④可靠性维修
可靠性维修（ＲＢＭ：Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ
Ｂａｓｅｄ

Ｍａｉｍｅｎａｎｃｅ）是继预防维修、预测维

修等被动维修策略之后发展起来的以主动维修（Ｐｒｏａｃｔｉｖｅ Ｍａｉｍｅｎａｎｃｅ）为导向

的维修策略。可靠性维修是由预防维修、预测维修和主动维修有机组合而成的。 ⑤适应性维修 适应性维修（ＡＭ：Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）是由日本钢铁企业提出的面向二 十一世纪的维修策略。适应性维修的核心是把综合费用降到最低。维修方式的确 定依靠费用的定量计算和经验法则两种方法。 ⑥以可靠性为中心的维修
以可靠性为中心的维修（ＲＣＭ：Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ
Ｃｅｎｔｅｒｅｄ

Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）是近二十

年来从众多的维修理论中脱颖而出并被广泛接受的一种全新的维修方法，它是一 种用于确定为确保任一设备在现行使用环境下保持实现其设计功能的状态所必
须的活动的方法。它的最大特点是从故障后果的严重程度出发，尽可能避免或至 少减轻故障后果，改变了过去那种根据设备的故障的技术特性对故障本身进行预 防的传统观念。

⑦费用有效维修
费用有效维修（ＣＥＭ：Ｃｏｓｔ．ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）是一种通过维修作业的

费用一效益分析来选择维修方式的维修策略。该策略主要需要对故障进行识别确
定、对故障后果进行量化、对各种检修方式的费用和效益进行估算以及对检修方 式进行优化选择。
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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

与以可靠性为中心的维修相比，费用有效维修更加注重量化的处理，使维修 方式的选择更具有数学依据，也更便于计算机管理。

目前，随着市场竞争的日益加剧、工业生产自动化程度的不断提高和企业对
利润最大化的不懈追求，检修策略也正逐步向纵深发展。检修策略也正在充分吸 收设备的全寿命管理、设备的故障模式建设、检测技术和计算机技术等领域的成

果，体现出基于风险的不同技术组合的多样性趋势。
综上所述，国外电力企业在选择维修策略时较为注重整体性、经济性，注重 设备整个寿命期内的管理，注重可靠性数学和统计分析工具的运用；国内电力企 业往往重点考虑设备状态信息的获取和设备维修周期的优化，维修决策与维修计 划安排结合紧密。

２．３变电设备应用发展方向
２．３．１高压开关设备定义
高压开关设备是电力系统中应用范围最广、装用量最大、结构最复杂、试验
技术最严密、制造精度要求最高的输变电设备。其中，高压断路器是保障电力系 统安全运行的重要控制和保护设备，它与其他高压输变电设备最大不同之处在于

“静中有动＂，要求它既能在系统正常运行时可靠地“接通＂和“断开＂电路，
又能在系统故障时，准确可靠地“切除”故障。
?

２．３．２高压开关设备类型
目前我国高压开关设备主要有三大类，一类是采用常规敞开式开关设备（Ａｉｒ
Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ

Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ），由单一功能的独立单元组成，单元之间采用架空线联结，
Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ

空气绝缘，占地面积大，带电部分外露较多，设备性能受环境影响较大。另一类 是气体绝缘金属封闭开关设备（Ｇａｓ Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ，即ＧＩＳ），是指全部或 部分采用气体而不采用大气压下的空气作为绝缘介质的金属封闭开关设备。它利
用ＳＦ６气体的高绝缘性能，将断路器（ＣＢ）、隔离开关（ＤＳ）、接地开关（ＥＳ／ＦＥＳ）、

电流互感器（ＣＴ）、电压互感器（ＶＴ）、避雷器（ＬＡ）等多种设备以及主母线、 分支母线（ＢＵＳ）组合在一起，减少了开关整体占地面积，除出线套管外，无外 露带电体。ＧＩＳ设备的研究和开发始于上世纪５０年代的欧洲和日本，我国在七
十年代初开始使用ＧＩＳ设备，八十年代中后期开始应用在５００ｋＶ电网中。第一 套５５０ｋＶ ＧＩＳ应用在广东江门５００ｋＶ变电站，由ＡＢＢ公司制造生产，型号为
５００ｋＶ

ＥＬＫＳＬ３。第一套国内自主生产的５５０ｋＶ ＧＩＳ设备为原沈阳高压开关厂生

产，型号为ＺＦｗ，１９９２年应用在东北电网５００ｋＶ辽阳站，已于２００７年退役。第

三类是复合式气体绝缘金属封闭开关设备（Ｈｙｂｒｉｄ

Ｇａｓ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ

Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ，即

ＨＧＩＳ），介于常规敞开式开关设备（ＡＩＳ）与气体绝缘金属封闭开关设备（ＧＩＳ） 之间，是以ＳＦ６断路器为核心，集隔离开关、接地开关、电流互感器为一体的

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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

ＳＦ６气体绝缘开关，是一种功能相对完整的开关回路系统，它与ＧＩＳ最大的区别 在于ＨＧＩＳ不包括电压互感器、避雷器及主母线和分支母线，设备两侧通过出线
套管与敞开式主母线相连。

２．３．３经济性能指标
ＧＩＳ／ＨＧＩＳ设备由多个功能单元组成，全封闭结构，产品设计难度大，制造 工艺复杂、加工工艺要求高，因此较常规敞开式设备造价昂贵，表２．１为近年来 ＡＩＳ、ＧＩＳ、ＨＧＩＳ设备的采购市场中间价。表２．２为ＡＩＳ、ＧＩＳ、ＨＧＩＳ主要经济
性能指标比较。

表２．１：ＡＩＳ、ＧＩＳ、ＨＧＩＳ设备价格比较
单位：万元／间隔
ＡＩＳ ＨＧＩＳ ＧＩＳ

国产
５００Ｉ【Ｖ ２２０ｋＶ １１０Ｉ【ｖ ５４０ １８０ ６０ １

合资
７００ ２２５ ８０ １．３

国产
７５０

合资
９００

国产
１０００ ２６５ １００

合资
１６００ ３７０ １７０

｛
｛
１．４

｝ ｝
１．７

价格比（≈）

１．５～１．９

２．１～３．０

（１）如果将国产ＡＩＳ设备的价格定为１，则国产ＡＩＳ、合资ＡＩＳ、国产ＧＩＳ、

合资ＧＩＳ的比例依次为（比值为各电压等级算术平均值）：１：１．３：１．７：２．６。 （２）ＧＩＳ设备价格基本是ＡＩＳ设备价格的１．６～２．３倍之间。
（３）ＨＧＩＳ设备价格基本是ＡＩＳ设备价格的１．４～１．７倍之间。

（４）合资厂ＧＩＳ设备价格基本是国产设备的１．４＂－－＇１．７倍之间。

表２．２：ＡＩＳ、ＧＩＳ、ＨＧＩＳ主要经济性能比较

比较项目 价格比 占地面积比 运行可靠性指标 耐污秽能力 维修停电范围

ＡＩＳ １ １

ＧＩＳ

ＨＧＩＳ

１．６～２．３
Ｏ．３５

１．４～１．７
Ｏ．６

一般 主母线和非检修线路不 必停电

最强，外露绝缘什少 同ＡＩＳ

较强 同ＡＩＳ

套管维护特性
扩建工程方便性

费时、费钱 方便

最少（仅出线套管） 方便

较少 灵活、方便

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２．３．４ Ｇ Ｉ

Ｓ设备特点及优势

（１）可靠性高

①由于ＧＩＳ全部采用ＳＦ６气体绝缘技术，除进出线套管外其它元件均组合 在封闭的金属壳体内，大大减少外露的带电部分；外露套管可采用高强瓷、大爬 距瓷瓶，故障率低。因此ＧＩＳ设备运行可靠性高、环境适应能力强，耐地震能 力强。②由于在ＳＦ６气室内，设备相间及对地绝缘距离大为减少，且有多种方 案组合，真正实现了设备的小型化、紧凑化，显著地减少占地。
（２）实用性强

①接线方式灵活。ＧＩＳ采用模块化设计，布置方便灵活，可用于各种主接线。 对于３／２接线、双母线接线和单母线接线方式均可实现。可采用电缆进出线，也
可采用架空线方式。②现场安装工期短。ＧＩＳ在厂内完整装配，并进行出厂试验，

整块运输或按运输单元运输，使现场安装调试工作量明显减少。另外，ＧＩＳ设备
每间隔就地配置控制柜，与敞开站相比，控制电缆数大大减少，现场安装周期缩

短。③日常维护工作量少。ＧＩＳ与ＡＩＳ相比，隔离开关等触头封闭在金属壳体内， 出线套管明显减少，不须维修清扫触头表面，不须清扫套管，减少了维护工作量， 降低了维护成本。④扩建灵活方便。无论采用何种接线方式，都可以预留接口，
便于扩展。 （３）综合成本低，经济性好

ＯＧＩＳ设备价格约为ＡＩＳ设备价格的１．６＂－－２．３倍之间，ＨＧＩＳ设备价格约为
ＡＩＳ设备价格的１．４～１．７倍之间。ＧＩＳ占地面积仅为ＡＩＳ设备的３５％左右，ＨＧＩＳ

设备占地面积约为６０％左右。＠ＧＩＳ和ＨＧＩＳ设备的架台构件大幅减少，ＧＩＳ设 备约为ＡＩＳ的１／５，ＨＧＩＳ的架台构件约为ＡＩＳ的８０％。③ＧＩＳ和ＨＧＩＳ设备现场
作业量约为ＡＩＳ的５０％一－－６０％，减少了安装工期，安装费用降低。 ２．３．５ Ｇ Ｉ
２．３．５．１

Ｓ发展历程

Ｇ Ｉ Ｓ国外发展历程

ＧＩＳ的发展离不开ＳＦ６气体和ＳＦ６断路器的发展，因为ＳＦ６气体几乎是断 路器和ＧＩＳ的唯一绝缘和灭弧介质，而ＧＩＳ的主要部件就是ＳＦ６断路器。从ＳＦ６ 气体的诞生到现在只有百余年历史。 当前国外高压、超高压断路器及ＧＩＳ制造公司主要有９家：ＡＢＢ、ＳＩＥＭＥＮＳ、 Ａｌｓｔｏｍ、ＡＥＧ、ＭＧ、ＶＡ Ｔｅｃｈ Ｒｅｙｒｏｌｌｅ、日立、三菱、东芝。这些公司的产品居

世界领先水平，遍及世界各地。以ＧＩＳ为例：
ＡＢＢ公司自１９６５年推出第１套１２６ｋＶ ＧＩＳ以来，已有超过１００００多套断路

器间隔ＧＩＳ，遍布７０多个国家２０００多座变电站中站运行。 西门子公司已有８０００多间隔ＧＩＳ在世界各地８５０座变电站运行，并取得

１７

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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

１０００００间隔年运行经验。
日本东芝公司从１９６９年开始，已向全球范围的１０００多座变电站提供了５７００ 多间隔，并有２３４间隔ＧＩＳ在中国运行。

在以上公司中，似乎Ｒｅｙｒｏｌｌｅ（雷诺）公司比较陌生，其实Ｒｅｙｒｏｌｌｅ公司已 有百年历史。在ＧＩＳ方面，１９３８年研制出３３ｋＶ ＧＩＳ，１９５５年研制出１７０ｋＶ
ＧＩＳ，

１９７４年研制出首批４２０ｋＶ ＧＩＳ。在ＳＦ６断路器方面，该公司也有建树。这表现
在减少４２０ｋＶ罐式断路器断口上，如１９７６年每相为６－－－＇４断口，１９７９年减为３

断口，１９８１年减少双断口，１９８５年减少为单断口。Ｒｅｙｒｏｌｌｅ公司已加入ＶＡ
集团，现为ＶＡ
２．３．５．２ Ｔｅｃｈ

Ｔｅｃｈ

Ｒｅｙｒｏｌｌｅ公司。

ＧＩＳ国内发展历程及应用情况

我国对ＳＦ６开关设备的需求源于１９６６年，当时长江流域规划办公室为解决 规划中长江三峡等水力发电站的高压变电站的设计而提出的，并于１９６６年由国 家立项，西安高压电器研究所、西安高压开关厂和长江流域规划办公室承担ＧＩＳ 的研制开发工作（崔景春，２００１）。于１９７１年研制出第一台１１０ｋＶ ＧＩＳ样机，
断路器为单压、定开距双断口。１９７３年由西安高压开关厂生产出我国首台１１０ｋＶ

ＧＩＳ，并在湖北丹江口水电站投入试运行。１９８０年又研制成功我国第一台２２０ｋＶ ＧＩＳ，并于１９８２年在江西南昌斗门变电站投入运行。１９７９年我国第一条５００ｋＶ平 武输变电工程的５００ｋＶ和２２０ｋＶ高压断路器选用了法国ＭＧ公司生产的ＦＡ型
ＳＦ６断路器，同时采用技贸结合的方式，由平顶山高压开关厂引进ＭＧ公司的制

造技术，并以此为开端，我国研制开发断路器和ＧＩＳ的工作进入了一个高潮。
一方面是自行开发，如西安高压开关厂试制的ＬＷｌ－２２０和与南斯拉夫联合设计 开发的ＬＷ２—２２０单断口、单压、变开距断路器，以及１１０ｋＶ单断口ＧＩＳ；平顶 山高压开关厂试制的ＬＷ７—２２０双断口、单压、定开距断路器和ＺＦ２－２２０
ＧＩＳ；

上海华通开关厂试制的定开距、单断口ＺＦ３－１１０ｋＶ ＧＩＳ、双断口２２０ｋＶ ＧＩＳ及
双断口２２０ｋＶ罐式断路器；北京开关厂试制的ＬＷ４－２２０和ＺＦ４－１１０ ＧＩＳ等产品。

虽然２０世纪８０年代初期国内进行ＳＦ６断路器和ＧＩＳ研制工作的厂家很多，也 有一些产品相继投人运行，但是由于当时我国处于起步阶段，无论从品种、性能、 产量尤其是产品质量均满足不了我国电力工业发展的要求，许多工程，尤其是
５００ｋＶ输变电工程仍以进口设备为主。为尽快提高我国ＳＦ６开关设备的制造水

平，吸取国际先进的设计技术、生产技术及管理方法，引进国际先进的制造技术 就成为必经之路。
平顶山高压开关厂率先引进法国ＭＧ公司ＦＡ系列６３一－５００ｋＶ支柱式断路

器和ＧＩＳ制造技术，经过消化、吸收，于２０世纪８０年代中期全部实现国产化， 经过全面质量整顿后，作为我国唯一能替代进口产品的ＬＷ６系列，在满足我国 ５００ｋＶ输变电工程的急需上作出了巨大贡献，是目前电网中运行数量最多的国产

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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

设备。

沈阳高压开关厂于１９８５年从日本日立公司引进了ＯＦＰＴ系列断路器和ＧＩＳ
的制造技术，目前己能生产７２．５＂－－５００ｋＶ ＳＦ６断路器和１１０＂－－５００ｋＶ ＧＩＳ。应用

日立技术，由沈阳高压开关厂生产的我国第一套５００ｋＶ ＧＩＳ早于１９９２年在东北 辽阳变电站挂网试运行。在此基础上采取合作生产的方式为东北伊敏火电厂及绥 中火电厂提供实用的５００ｋＶ ＧＩＳ。西安高压开关厂应用三菱技术全国产化的
５００ｋＶ

ＧＩＳ样机己在户内试验站得到考验（崔景春，２００１）：

西安高压开关厂继平顶山高压开关厂之后，于１９８５年与日本三菱公司采用 合作生产的方式引进了ＳＦＭ系列支柱式和罐式ＳＦ６断路器的制造技术，以及ＧＩＳ
的制造技术，目前已经能够生产７２．５＂－－５００ｋＶ支柱式和罐式ＳＦ６断路器，以及
１１０＂－－－５００ｋＶ ＧＩＳ。

上海华通开关厂也以技贸结合的方式，引进了ＢＢＣ公司ＥＩＦ系列的制造技术， 能生产１ １０ｋＶ和２２０ｋＶ支柱式断路器。

为了适应开关设备对生产条件的特殊要求，上述几个工厂在引进先进的设计 技术和设计图样的同时，软件上，对生产的组织管理、质量的监管进行了全面的 调整和完善，满足ＳＦ６产品的生产与少油和空气断路器的生产在管理系统上的
不同要求。在硬件方面，为了确保引进技术的消化、吸收和高工艺、高质量水平 的要求，几年来各厂还花费了相当大的人力、物力和财力，不断改善和提高生产

的环境条件和加工装备的水平。西安高压开关厂、平顶山高压开关厂、沈阳高压 开关厂和上海华通开关厂等均建立了有净化条件的现代化装配厂房和相应试验
检测设备，同时对机械加工装备进行了大量的技术更新和设备引进，大量的数控 机床和加工中心的引入，使零部件机加工工艺水平得到大幅度的提高。为了保证

和提高ＧＩＳ和罐式断路器用盆式绝缘子和诸多环氧绝缘件的制造质量，西安高 压开关厂和沈阳高压开关厂等引进了国外先进的环氧浇注生产线，使自己能批量
生产１ １０＂－５００ｋＶ ＧＩＳ和罐式断路器用的盆式绝缘子和环氧绝缘件，性能均能达

到引进技术的要求。为了适应ＧＩＳ壳体的批量生产，平顶山、西安、沈阳等高 压开关厂先后引进了多台数控切割、钣金等专用机床和加工中心以及自动焊接和 质量检验设备，使壳体的生产水平有了极大提高。各厂对生产条件和加工装备的 完善和更新，为保证和提高产品的质量水平打下坚实的基础（崔景春，２００１）。

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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

表２．３：国家电网公司系统７２．５ｋＶ及以上组合电器设备装用统计表 单位：间隔／台
ＧＩＳ

ＨＧＩＳ

ＰＡＳＳ

ＣｏＭＰＡＳＳ

母线

电压等 级（ｋｖ） 套数

间 隔 数

断路 器间 隔数
Ｏ １７９ ７２ ２３９７ ７３２０ ４６８ １０４３６ ２ ３５ １ １０ １ Ｏ ４９

间

套数

隔 数
０ ２５７ ７ ４２ ４ ０ ３１２

套数

台数

套数

台数

条数

８００‘ ５００ ３６３ ２５２ １２６ ７２．５

０ １８ １０ ３５５ １４５６ １１８ １９５７

０ ２０５ ９４ ３１６１ ９９１７ ６０５ １３９８２

０ Ｏ ０ ２ １７５ ７４ ２５１

０ ０ Ｏ ３ ４１４ ７５ ４９２

０ Ｏ Ｏ ０ １０８ ０ １０８

０ ０ ０ ０ ２４５ ０ ２４５

０ １７ ２０ ３９ｌ １３６０ ４１ １８２９

总计

２０

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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

３变电站ＬＣＣ的构成及与价值链的关系
３．１变电站ＬＣＣ的构成
变电站ＬＣＣ指的是变电站经济寿命周期内，所支付的总费用，由以下几部 分组成：一次投资成本（ＩｎｖｅｓｔｍｅｎｔＣｏｓｔｓ），简称ＩＣ；运行成本（ＯｐｅｒａｔｉｏｎＣｏｓｔｓ），
简称ｏＣ；故障引起的中断供电损失成本（Ｆａｉｌｕｒｅ Ｃｏｓｔｓ），简称ＦＣ；报废成本
（Ｄｉｓｃａｒｄ Ｃｏｓｔｓ），简称ＤＣ。即：
￡ＣＣ＝ＩＣ＋ＯＣ＋ＦＣ－Ｆ ＤＣ

（３．１）

３．１．１一次投资成本（Ｉ Ｃ）
所谓一次投资成本（ＩＣ），就是指在变电站建设和调试期间内，在变电站正 式投入运行以前，所付出的一次性成本。要建设一个新的变电站，其一次投资所
涉及的部分是相当多的，如规划、设计、采购、建设，包括征地等费用。就设备

工程而言，一般包括如下部分：变压器、配电装置、母线、绝缘子、控制设备及 低压电器、蓄电池、电缆、防雷及接地装置、架空配电线路、电气调整试验等。
以上各部分的费用会随着所选设备的规格、种类等的不同而有所不同，另外，

对以上费用的考虑要包括安装和调试各设备期间所有的人工费、材料费以及机械
费等等，要做到全面估计。

在对变电站进行详细设计以后，对于上述的各一次投资成本的组成部分，我
们可以采用工程法，采用工程预算中的参考定额和费用，对各项所需的成本费用

进行估算，然后逐项迭加即可。当然，对其估算要尽量地做到准确、全面，如对
设备费应有它的零件或部件套数及其单价，对劳动工时费应有各级职工的人数， 所耗工时及其工资与附加费用等等。同时，对于其中的一些组成部分的费用，比 如变压器的安装等，我们可以以某一影响参数为自变量，由参数估算法建立其费 用估算关系式，从而对其费用进行估算。同样，对其中的某些费用单元也可以使 用类比法进行费用的估算。

３．１．２运行成本（０Ｃ）
变电站的运行成本，就是指变电站运行期间所花费的一切费用的总和，包括： 人工费、维护保养费、能耗费、环境费用以及其他费用。

（１）人工费：主要是指工作人员的培训费、工资，特殊岗位人员的补贴，以
及其他服务人员的劳务费等。

（２）维护保养费：亦称维修费。主要是指对设备进行检修、保养，对零部件 的替换，以及在不中断供电的情况下对设备的测试和维修等。 （３）能耗费：主要是指变电站设备的能源消耗，比如变压器油的消耗、站内
的照明器具以及其他设备对电能的消耗等。

２１

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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

（４）环境费用：随着人们对环境因素越来越多的关注，环境费用在变电站的
ＬＣＣ中所占的比例也在逐步的增加，因此也要将它加以考虑。主要是指从环境

因素考虑出发，采取的一系列保护环境和美化环境的措施，从而支付的费用。显
然，环境费用也是变电站运行过程中一直都要产生的费用。 运行成本的各组成部分费用的多少，一般都与变电站的容量和规模相关，因 此对其费用的估算，可以参照己运行变电站所花费用的历史记录，与新建变电站

的一些特征参数进行比较，利用类比法进行估算；同时，也可以用参数法进行估 算。可以用以下公式进行估算： ＯＣ＝Ａｃ。＋五Ｃ２＋…以ｅ
（３．２）

其中：Ｇ，Ｇ，一．，Ｃ。既可以看成是已运行变电站各部分的历史费用，也可

以看成是影响各费用的参数值，如数量、单位价格、面积等；同样，丑，丑，??．，丸 既可以看成是新建变电站和已建变电站各费用的比拟系数，也可以看成是各费用
参数的费用系数。

当然，对于一些计划内的特殊支出费用，没有数据进行参考时，就要请相关 的专家进行大概的费用估算。需要注意的是，在估算维修费用时，要考虑变电站
的维修方式。事后维修部分发生的费用应包含在中断供电损失成本中。

３．１．３中断供电损失成本（ＦＣ）
供电中断使电力企业减少供电量和售电收入，对用户造成一定的经济损失， 也影响了社会效益。因此，在电力系统规划和运行中，供电企业把变电站故障（事 故）引起中断供电损失（ＦＣ）作为自己的成本是符合实际的，能较好地与供电可靠 性联系起来，尽管一般情况下，相关用户停电损失还不用补偿。
故障引起中断供电损失成本是由多个因素所决定的。年中断供电损失成本

（ＦＣ）可用下式进行估算：
ＦＣ＝ａＷＴ＋五．ＲＣ．ＭＴＴＲ （３．３）

其中，ａＷＴ为断电（惩罚）成本，见．ＲＣ．ＭＴＴＲ为修复成本。名为设备年平 均故障数，丁为设备年故障中断供电时间，形为设备故障中断供电功率，ＲＣ为 设备故障平均修复成本，ＭＴＴＲ为设备平均修复时间，ａ为相关用户平均中断供 电电量的价值，它随用户的性质、用户所在地区的不同而变化。目前，欧洲中断 供电电量损失的价值变化范围为３～１８美元／（ｋＷ．ｈ）。

３．１．４报废成本（ＤＣ）
报废成本（ＤＣ）指产品寿命周期结束后，清理、销毁该产品所需支付的费用（张

耘，１９９６）。不同类型、用途的产品报废成本是不一样的，有些可以产生一定数

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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

量的残值收入，用以冲销有关的费用，这种报废成本应为负值，如设备的正常报 废；而有些不仅不能产生任何残值收入，而且需要花费大量的资金用于其报废和 清理，这种报废成本为正值，如化学产品和核产品等。在产品报废的过程中，既 需要消耗一定的人力、物力、财力，又有可能产生一定的收入，所以，应该认真
进行核算。这部分费用一般是以以往的历史数据作为参考而得出。

３．２变电设备ＬＣＣ与价值链的关系
变电设备全寿命周期成本管理从狭义上指的是在设备经济寿命周期内所支 付的总费用。随着价值链的延伸，全寿命周期成本也越来越高，但两者之间不是 平行线的变动，而是以抛物线的趋势变动（Ｋａｌｔｅｎｂａｃｈ，２００３）。

图３．１：变电设备ＬＣＣ与价值链的关系图

根据国外相关数据研究表明，一套复杂的电力设备系统全寿命周期成本在可

研论证阶段的费用为总成本的２％，到采购阶段发生的费用为总成本的１７％，到 安装阶段为２０％；从开始使用起至正式运行，其费用为总成本的４５％，而到维 修阶段，该费用为总成本的９６％，剩余的４％费用为报废回收残值利用阶段（李
霖，２００５：Ａｌｂｅｒｔ Ｌｅｓｔｅｒｌ，２００４）。

图３．２：变电设备ＬＣＣ与价值链的成本比例图

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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

４ＬＣＣ评估模型和分析方法
４．１

ＬＣＣ计算方法比较

４．１．１参数法
把寿命周期费用同各个因素联系起来，如体积、重量、性能参数、零部件个
数等，根据费用影响参数的数量及与费用的统计关系选择回归模型的形式，运用

回归分析法建立参数费用估算关系式，把设备的某一些属性的度量作为输入，设
备的成本则是输出，称为参数。主要有两种类型：一种是数学模型，其核心部分

往往是一个估算方程，该方程的输入是影响设备成本的某些因素，输出是设备的 成本；另一种是检索表，根据一定的规则对设备进行分类，然后为每一种类型提 供成本平均值用以参考，这种适用于成本内容的较低层。参数模型法的主要优点
是明确定义了估算的基础，若数学方程或检索表是由统计方法得来的，还可以自

动确定估算值的上限与下限。缺点是数学方程或检索表必须随着设备的变化不断 进行修改，而且估算结果适用于设备的平均情况，不同设备的调整还需依赖于专
家的判定。 最简单的参数法费用估算方程是所谓的０．６乘算法。根据统计，生产设备的

投资费大约与它的生产能率的０．５－０．８次方成正比，大多在０．６次方左右，于是
可写出

乏＝阿６

（４．１）

这里Ｃ１，Ｃ，是两种设备的投资费，Ｘ．，Ｘ，是他们的生产能率，如功率、产 量、运载能力等。若已知同类设备的能率及其投资费，运用该式可计算出给定能 率的特建设备的投资费。例如，己知日产量为２０吨的设备投资费为１００万元， 求日产量为５０吨的待建设备投资费。由上面的式子不难算出，其投资费为１７３ 万元。这样估算费用是较初略的，仅用于早期阶段。 在选择回归模型时，单影响因素的选一元线性方程；多影响因素的选多元线 性方程。若线性方程明显不成立或用相关性检验不满足线性统计关系时，采用非
线性方程。设费用】，与费用影响参数Ｘ．有稳定的线性关系：

Ｅ（ｙ）＝／Ｚ＋∑ｂｉＸ，
ｉ＝ｌ

（４．２）

这样通过多个试验数据，可估计式中的ａ和ｂ，。

非线性方程可采用双曲线函数、幕函数和指数函数三种形式：
２４

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基于伞寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

双曲线
一＝＋—— 三：＋一ｂａ
ｙ 义
ｋ４．Ｊ， （４．３）

幕函数
Ｙ＝ｄＸ６

（４．４）

指数函数
Ｙ＝ｄｅｋ

（４．５）

估算完成后应用相关系数检验或Ｆ检验判断在显著性水平ａ下，此模型仿真

出的数据结果是否满足相应的置信度要求。
实际的费用估算关系式常常在同类设备数据统计的基础上，再用回归方法建

立参数方程式来进行估算，所用参数是设备的主要性能参数。对于年度费用的估
算，也可以用时间作参数。

４．１．２类比法
类比法又叫比拟法，是参考相似产品的已知费用信息和其他数据资料，估算

产品寿命周期费用的方法。在已有类似设备数据的基础上，将待建设备与之进行 比较，根据后者的特征取定系数值，以估算它的费用。用此法估算时，系数的取 值是个关键，通常可约请一批有经验的专家，背靠背地取系数值，然后确定，故
又称为专家法。此法常用于规划论证阶段，或设备改造的方案评价，以初估费用。

运用此法时要考虑到相似产品之间参数的异同和不同时间、不同条件所造成 的差别。其数学模型表示为（黎静，徐明珠，１９９６）：
Ｃ＝Ｃ＇ｎｌ聆２ｎ３

（４．６）

式中：Ｃ为寿命周期费用，Ｃ７为相似产品寿命周期费用，ｎ为相关系数（比拟

系数）。在系数选取上要详细分析到前面提到的各种因素。

４．１．３分析估算法
分析估算法是根据多年产品维修经费管理的经验，结合新型产品维修特点提

出的探索性的预测方法。此方法重点考虑使用阶段的费用，旨在估算出一个年平
均维修保障费用，再综合考虑其他各阶段的费用，从而得到较为准确的仿真结果。 年维修保障费用的数学模型可归纳为：

Ｃ＝么Ｅ兀口
ｉ＝Ｉ

（４．７）

式中：Ａ为单件产品购置费，ｒ为年维修指数，ａ为影响因子。

２５

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基于全寿命周期成本管理的变电设各维修决策研究

４．１．４工程法
工程估算法是将产品寿命周期中的各阶段所需费用细分后进行估算的方法。 从基本费用单元开始，用工程上的方法对每项费用进行估算，然后逐项迭加得上 一级费用单元的值，最后求得寿命周期费用。为此必须掌握有关费用的详细数据， 如对设备费应有它的零件或部件套数及其单价，对劳动工时费应有各级职工的人 数，所耗工时及其工资与附加费用等等。这一方法只能在详细设计以后，掌握了
设备的有关资料及其所需使用与维修等的耗费以后才能采用。后期阶段的有些决 策问题，可以用这一方法来估算费用。其数学模型可表示为： Ｃ＝Ｃｌ＋ｃ２＋…＋Ｃ。 （４．８）

其中，Ｃ为寿命周期费用，后面各项为不同阶段的单元费用，各单元费用还

可继续分成子单元，形成产品的一个完整的费用结构分析图，从而得出总的估算 值。

４．１．５简化处理
无论采用哪种ＬＣＣ估算方法，均需大量的历史数据支持估算关系式中有关 系数的确定。而由于费用数据的特殊性，往往很难收集到足够且真实的费用数据；

另外，某些决策者不愿意将详细的方案告诉分析人员，或也不清楚他们要掌握的 方案细节，分析人员只能为决策者提供诸如“相对于某个方案来讲，本方案由于 某个方面的优势而更好一些”的结论。因此，在具体操作上很难严格按照ＬＣＣ 技术的方法与步骤进行分析，这必然制约着该技术的推广应用。这就需要利用
ＬＣＣ原理，根据实际情况简化，以便于使用ＬＣＣ技术。

因此，对于ＬＣＣ的估算，可以作以下的简化处理： （１）允许不考虑共同拥有的费用。尽管ＬＣＣ是产品一生费用的总和，但ＬＣＣ 技术的目标并不是全面、完整、准确地计算费用，而是通过计算各方案间ＬＣＣ 的差别为选择最佳方案提供决策依据，即ＬＣＣ技术更重要的作用是方案优选。 借用ＬＣＣ技术对“已支费用’’的解释，通过不考虑“各方案所共同拥有的费用＂ 来简化优选的过程（金家善，邵立周，２００３）。
（２）相对的费用也是决策依据。某些决策者在利用ＬＣＣ技术时，可能需要一

个相对值作为决策依据，更愿意分析人员为他提供“新的方案将比基准方案的 ＬＣＣ增加或减少某个百分比”这样的分析结果，然后，利用自己所掌握的基准
方案的ＬＣＣ，估算新方案的ＬＣＣ，从而作出决策。

４．２变电站Ｉ＿ＣＣ估算模型
目前常用的成本管理方法主要有：基于统计的经验法（帕尔，拜茨，１９９２）、

总分帐类法（Ｏｓｔｗａｌｄ，１９９２；Ｄｅｗｈｕｒｓｔ，１９９８）、基于重组技术的成本管理方法
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（Ｈｕｎｄａｌ，１９９３）、回归分析法（晏荣杰，宋雨，２００１）、作业成本法（孙茂竹，

姚岳，２００３）、神经网络法（ＢＯＤＥ，１９９８；杨晓林，郭玉田，２００２；赵亮，胡 旭晓，潘双夏等，２００６）等。这些方法主要适用于制造业，而长期以来，供电企 业尚缺乏合适的定量成本模型，其难点在于电力设备从投资建设到设备的运行维
护所具有的长期性和不确定性。

４．２．１变电站ＬＣＣ各组成部分估算模型
（１）一次投资成本（ＩＣ）：对于变电站来说，这一部分所包含的内容相当多，所 涉及到的配件和设备的种类和数量也很大，因此要找出一个比较通用和合适的费 用模型比较困难，所以我们采用工程法对各项费用进行估算，然后逐项叠加，以 此来估算变电站的一次投资成本（ＩＣ）。对其中的一些小的费用组成部分，我们也
可以采用参数法或类比法进行估计。其费用模型可表示为：

ＩＣ＝蜗＋妈＋…＋瞩

（４．９）

其中：ＩＣ为变电站总的一次投资成本；ＩＣ，＋妃＋…＋ＩＣ．为变电站一次投
资各组成部分的成本。

（２）运行成本（ＯＣ）：变电站的运行成本，一般都与变电站本身的容量和规模相
关，因此对变电站运行成本的估算，既可以参照己有变电站所支出的运行费用的

历史记录，与新建变电站的一些特征参数进行比较，利用比拟法进行估算；又可 以把某些特征参数作为费用影响因素，利用参数法进行估算。其费用模型可以表
示为：

ＯＣ＝丑ｃｌ＋五Ｃ２＋…以ｅ

（４．１０）

其中：Ｃｌ，Ｃ２，?．．，ｅ既可以看成是己运行变电站各部分的历史费用，也可 以看成是影响各费用的参数值，如数量、单位价格、面积等；同样，丑，五，”．，以
可以看成是新建变电站和己建变电站各费用的比拟系数，也可以看成是各费用参 数的费用系数。
?

（３）中断供电损失成本（ＦＣ）：变电站的中断供电损失成本由变电站平均年故 障率、故障发生时间、中断供电功率相关用户性质和供电损失价值及修复故障、
恢复供电等因素所决定。其费用模型可表示为 ＦＣ＝ａＷＴ＋五．ＲＣ．ＭＴＴＲ （４．１１）

其中，ａＷＴ为断电（惩罚）成本，兄．ＲＣ．ＭＴＴＲ为修复成本。名为设备年平 均故障数，丁为设备年故障中断供电时间，形为设备故障中断供电功率，ＲＣ为

设备故障平均修复成本，ＭＴＴＲ为设备平均修复时间，ａ为相关用户平均中断供 电电量的价值，它随用户的性质、用户所在地区的不同而变化。
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（４）报废成本（ＤＣ）：变电站ＬＣＣ的报废成本就是各设备报废成本之和，其费
用可表示为

ＤＣ＝ＤＣｌ＋ＤＣｊ＋…＋ＤＣ。 其中，Ｄｅ表示第刀件设备的报废成本。

（４．１２）

４．２．２变电站ＬＣＣ的总估算模型
由于工程或项目的投入和产出往往有延迟性，故不仅要考虑资金的时间价 值，也需建立工程中投入产出在财务上的联系。现金流作为一个企业效益评价指 标，最直接地反映了财务运转的情况，不仅用于财务报表，也常用于工程实践的
分析中。它将各种可能发生的故障情况反映在现金流上，因而，ＬＣＣ最终是以现 金流来表述的。

ＬＣＣ＝圮＋Ｎ（ＯＣ＋粥＋ＤＣ）

（４．１３）

Ⅳ：坠：！：二！
，．×（１＋，．）”

（４．１４）

其中Ⅳ是现值因子；ｒ是平均筹资成本，在此为广义成本，己考虑了银行利 率、涨价因素、筹资风险，一般考虑为组合投资成本，ｎ是要考虑的年限（邢国 华，２００５）。

４．３变电站ＬＣＣ成本一效益分析
变电站改造的效益可由三部分组成，分别是直接效益、间接效益和减少随机
损失。

直接效益反映在变电站输送能力的增加上，变电站改造后，变电站相关设备 的额定电流和热稳定电流均有提高，再加上解决了原有运行方式的限制问题，运
行方式可更灵活，提高了整体输送能力。

间接效益反映在变电站改造后对电网结构的改进效益上，改造后变电站短路
电流容量的增加为整个电网系统今后短路容量的提升打好了基础。

减少随机损失是指变电站改造后由变电站部件可靠性提高而获得的效益（韩 天祥，李莉华和余颖辉，２００７）。 在进一步的研究中，可以发现如仅考虑建设和使用成本，只对计算得到的
ＬＣＣ进行比较，仍不全面，因为，工程项目设计的目标是完成某项任务或功能、

获得一定的效益，分析付出的成本和获得效益之间的关系，以及他们之间的平衡， 这样更能直接有效地对方案进行评判。ＬＣＣ评估的主要任务就是在满足特定的 性能、安全性、?可靠性、维修性以及其他要求的同时，评估或优化产品的寿命周
期费用（金江，成奎桐，１９９７）。同样，当决策者在考虑尽量减少变电站的建设

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成本时，毫无疑问地还要重视可靠性的问题，因为，作为电力行业来说，可靠性 总是摆在相当重要的层面上来分析的。因此，在保证可靠性要求的前提下，最大 程度地降低变电站成本，是值得研究的重要课题。

４．３．１费用一效益分析法
４．３．１．１费用一效益分析法的含义及应用
系统效益是指所取得的效果。效益的具体表达方式也有所不同。有如产量、 销售量、利润、运输量等，又如可靠性、维修性、有效性、后勤支援性等（曲立，
２０００）。

设备效益（Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ）是指投入寿命周期费用后设备所获得的价值，它 不适合用绝对数量值来反映，而应该是一个概率值，由于设备系统完成的任务和 目的不同，反映设备产生预期结果的机会，有反映系统效率总体的综合指标，也 有分成几个要素对效率做出评价，最后再加以集中，反映出整体的效率。因此可 以有多种不同的效益表示法，如有以设备可用性、可靠性、可维护性等多种反映 效益的手段。（１）可用性，从设备可使用时间角度反映设备的效益；（２）可靠性，
从预测一段时间内故障的概率角度反映设备的效益；（３）可维护性，从设备维护 角度预测完成维护活动的时间来反映设备的效益；（４）生产能力，反映设备实际 生产能力与潜在能力间的关系；（５）风险度，从设备故障的严重度、发生度和可

检测度反映设备承受的风险系数；（６）状态健康指数，反映设备的健康水平（扣
分情况），以状态评价结果为依据。

费用效率（ＣＥ）是指工程系统效益（ＳＥ）与工程寿命周期成本（ＬＣＣ）的 比值（傅家骥，全允桓，２００４）。其计算式如下：

费用效益（∞）＝娄蕊器兰麓篆罢＋维持费（胚）（４．１５）
式中ＳＥ表示在投入寿命周期成本后所取得的效果或者说明任务完成到什么程度

的指标，通常为经济效益、价值、效果，如销售金额、利润、可靠性、功能度等。 可见，ＣＥ即为单位费用的效益输出值，ＣＥ的值越大越好。要达到这个目 标，就需要在各个涉及因素之间，进行有效的权衡分析，获得费用与效益之间的
最佳平衡，既保证了设备系统的任务要求和性能指标，又可使有限的人、财、物 等资源得到充分利用。

成本一效益分析模型是综合考虑和衡量资产在其全寿命周期内使用效果的
基本量化模型。在寿命周期成本评价法中，权衡分析的对象包括以下五种情况：（１） 设置费与维持费的权衡分析；（２）设置费中各项费用之间的权衡分析；（３）维持费

中各项费用之间的权衡分析；（４）系统效率和寿命周期成本的权衡分析；（５）从开
发到系统设置完成这段时间与设置费的权衡分析。

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４．３．１．２费用一效率分析法的步骤 （１）明确系统的任务，了解评价工程的基本情况，例如业主的目的或意图、
业主的资金能力，明确业主对工程产品的功能要求、特征、进度、成本、质量等

总体要求。这个系统的任务必须以目的或目标的形式具体的、定量的加以明确。
如果目的或目标不明确，容易导致以后制定的方案与任务不相适应，或在选择方 案上产生片面性的危险。

（２）为了能有效地进行寿命周期成本分析，取得所需的各类资料（包括历史 的、现实的和预测的数据资料）是一项很重要的工作。数据资料的客观性、准确 性、完备性直接关系到评价工作的效果，进而影响到决策和对策。如住宅开发项 目，由于研究开发、设计、建造等通常都是开发公司可控的，在进行过程中形成
的资料可由本公司自己收集。但是，“使用资料”要靠用户来取得。一般住宅都

有保修期，在此期间发生的损坏，其资料比较容易收集。而到保修期以后，收集 资料就相当困难了。通常可以采用定期回访的方式弥补。一般情况下所需的资料 有：市场分析资料（包括人力，物资、能源等价格）；用户的使用资料（包括历史数 据、成本数据）；设计资料（包括各成本之间存在的关系及其对寿命周期成本的 影响）；可靠性、维修性资料；制造、安装、试运行资料；后勤支援资料；费用 计算资料（如折现率、通货膨胀率等）；价值分析和降低费用的资料；系统的计 划和进度管理关系的资料。收集到的资料应进行分析、归类，建立费用数据库， 以便有效地加以利用。
（３）为了更好的进行比选，对系统的各组成部分要考虑多种方案，以便选出

最佳方案。明确系统的评价要素及其定量化方法，寿命周期成本分析最终要根据 系统效率（ＳＥ）和寿命周期费用（ＬＣＣ）两个方面来评价：列出和所包含的各主要

项目；列出投资的目的，如增产，维持生产能力，提高质量，稳定质量，降低成
本等。

（４）方案评价。我们可以将ＣＥ值很低的方案筛选掉，因为对这种方案进行详 细研究是很不经济的。对剩下的方案进行ＣＥ和费用的详细估算，选出最佳方案： 当系统的效率和费用都是最优的，当然选取该方案；当系统的效率相同，费用也
没有大的差别，则需要通过定性分析来选取；当不存在各方面都优秀的方案，应 该以与系统预期功能关系大的为依据。就是说ＣＥ大的，在费用效率上要较好。

（５）编制评价报告。寿命周期成本分析的最终结果是提出评价报告书。在分 析评价时，要抓住要点，将分析的目的、前提条件、使用的资料数据、假定和推 定的条件、分析的过程和结论等整理成书面材料。对不采用的方案，也要说明其 未被采用的理由，并将它们都保留起来。 综上所述，一个完整的ＣＥ分析非常复杂，要采集项目各阶段、各类型的成 本信息，并分门别类地进行梳理、归类，还要对作为系统输出的各种效益进行辨

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识、有效量化，并在效益、不同种类成本之间进行有效平衡，以达到系统的整体 最优。 ４．３．１．３费用一效益分析法进行ＬＣＣ评估的特点分析 费用一效益分析法在选择系统时，，不仅考虑一次投资成本，还要研究所有的 费用，这与传统的收益率分析不同，传统的投资收益率Ｒ式和费用效率ＣＥ式的 计算式分别为：

∞：旦
ＩＣ

‘（４．１６） （４．１７）

ＬＣＣ

Ｒ：—Ｓ－—Ｃ：旦
ＩＣ

式中：ＣＥ为费用效率；ＳＥ为系统效益；ＬＣＣ为寿命周期费用；Ｓ为销售额； Ｃ为成本；ＩＣ为一次投资成本。

由上面两式可以看出无论分子和分母，费用效率的变动范围都要比收益率大
很多。详见表４．１。

表４．１：利益率公式和ＣＥ公式构成的比较 分子 利益率
ＣＥ

分母

意义 成果／投资额 成果／费用

利益＋利息 附加价值＝利益＋利息＋其他

投资额
ＬＣＣ＝投资额＋维持费

由于建立了全寿命周期成本的理念，在系统开发的初期就考虑寿命周期成
本。比如在设计阶段，采取技术措施和新技术会带来初始投资的提高。所增加的

初始投资如能在短时间内收回，则在寿命周期余下时间内所节省的运行费成为收 益，从而可大大降低全寿命周期成本，更加有效地支持未来战略性规划，降低未 来的工程成本，节约投资。因此，应用费用一效益分析法对ＬＣＣ进行评估，更
具科学性。

４．３．２变电站成本一效益分析
４．３．２．１变电站ＬＣＣ与可靠性

由于现代电网对可靠性的要求越来越高，因而在可靠性方面的各种资源投入 也相应加大，造成成本上升，从这一点来说，可靠性和费用之间存在对立关系。
另一方面，系统可靠性的提高，可以有效地降低系统的停运成本以及后期的维持

费用支出，因此，从这个角度来说，它们之间的关系又是统一的。 ４．３．２．２ＬＣＣ与可靠性的权衡分析 可靠性作为电力设备最重要的性能指标之一，不仅对设备固有能力的发挥产 生很大的影响，同时也决定着设备的寿命周期费用，如图４．２所示：可靠性水平

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的增加使得购置费用增加，但却使后期运营维护、检修等费用减少。这种相反的
费用变化趋势使得可靠性水平与寿命周期费用之间存在的优化区域成为可能

（Ｎａｒａ，２００４）。因此，在电力设备研制决策中，常常把设备的可靠性与寿命周
期费用联系起来考虑，即如何确定可靠性指标，既要满足作既定目标的要求，又

要使电力设备的寿命周期费用最低（或者达到最佳的满意程度）。

成

本

阿獭僚 图４．２：ＬＣＣ与可靠性的关系

在电力设备项目决策中，提高系统可靠性的方案主要有三种，一是采取优化

技术，利用现有电力设备进行组合；二是提高电力设备系统中各子系统的可靠性； 三是两种方法的组合，达到满足要求的目的（刘家顺，粟国敏，２００４）。 通过全寿命周期成本的研究发现，影响寿命周期成本的因素较多，如电力设 备自身性能的高低，科学技术的发展等。本文主要着重于分析基于价值链的全寿 命周期成本分解结构中随可靠性变化而改变的主要费用元素，如表４．３所示：
表４．３：可靠性改进方案对全寿命周期成本的影响
全寿命周期成本 研究开发测试与评价费用 采购费用 安装费用 运行费用 检修费用 报废同收费用 采用现有设备组合优化技术 无影响 无影响 无影响 有影响 有影响 无影响 重置设备提高系统的可靠性 有影响 有影响 有影响 有影响 有影响 有影响

由表４．３分析发现，在提高系统可靠性方案中，通过重置设备势必增加研 究开发测试评价成本和采购安装成本，但由于提高了系统可靠性，后期的运行检

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修费用大大降低。在采取现有设备的方案中，由于系统的可靠性没有变化，但其 后期运行费用将大大增加，同时也增加了相应的系统风险性。

４．３．３变电站费用一效益关系式
费用一效益分析可用于评价变电站不同主结线结构，冗余要求，户内户外装

置，开关设备的选型，维护和修理，保护、控制和运行等各种因素。它的显著特 点是把变电站整个寿命周期内的成本与变电站性能、用户和系统对变电站的要求
统一进行权衡。要进行变电站的费用一效益分析，就要选择ＣＥ中最重要的因子， 即系统的可靠性。由此可见，从整体上把握费用一效益之间的平衡，是提高ＣＥ的

关键和最终途径。
设备的可靠性是指在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。可靠

性常用可用系数胛、失效率彳或平均故障间隔时间ＭＴＢＦ等来度量。
若采用可用系数来表示可靠性的大小，则有
ｊ，Ｉ

儿鸩 ＣＥ＝上Ｌ
Ｉ．ＣＣ

（４．１８）

式中ＡＦ，为设备ｆ的可用系数，ｎ为设备的总数。 若采用失效率来表示可靠性的大小，则有

ＣＥ＝上Ｌ—一
式中允为设备ｆ的失效率，ｎ为设备的总数。 若采用平均故障间隔时间ＭＴＢＦ来表示可靠性的大小，则有

兀（１一五）

（４．１９）

ＣＥ：—ＭＴ—ＢＦ
ＬＣＣ

（４．２０）

式中ＭＴＢＦ表示系统的平均故障间隔时间。

综上所述，结合电力系统的特点，一般采用平均故障间隔时间ＭＴＢＦ来表示
可靠性的大小更合理，并对ＬＣＣ计算带来方便。

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５变电设备ＬＯＯ维修决策实例
５．１基本概况
１１０ｋＶＪＬ变电站始建于１９９３年，是为当时的绍兴城东工业开发区配套工程， １９９５年建成投运。主变为二台双圈变压器，每台容量为５０ＭＶＡ，１ １０ｋＶ部分主 接线为内桥接线，配电装置采用户外管母中型布置，见图５．１。 ＪＬ变１ １０ｋＶ配电装置为早期平顶山高压开关厂生产的ＬＷ６断路器及南瓷厂 生产的ＧＷ４闸刀和ＣＴ，于１９９５年投入运行。由于早期断路器制造质量不佳，
曾多次发生断路器本体漏气及机构故障。隔离闸刀系南瓷厂产品，采用抚瓷绝缘

子，导电部份及金属附件腐蚀严重，直接影响了供电的持续性和可靠性。而且， 经过十多年的变迁，目前ＪＬ变的地位和重要性发生了深刻的变化。其供电区域 由原来的郊区变成了市区，绍兴市广电中心、绍兴市便民中心、绍兴市公安局等 可靠性要求较高的重要用户都在该区域内，儿变１１０ｋＶ配电装置亟待改善维修。 设备管理单位以期通过本次改善维修以有效提高ＪＬ变的供电可靠性，为经 济社会又好又快发展提供坚强的电力保障。

１１０ｋＶ－＆ １１０ｋＶ孵 Ⅱ曩母２ Ｉ ａ母鼍ｌ 旧镥Ｉｌ！———————————Ｊ———————————————————Ｊ————————————————。．．．．．．．．．．—＿—－Ｌ－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－＿＿＿＿＿－－－－－－－－＿Ｊ＿——－－＿＿———————－－－－—－－－－－－－●－－－＿＿＿＿＿＿－－－－－－－－－－－－－－－。。。。。‘。。。。’’一 ＃１主壹 １１０ｋＶ一＆Ｉ Ｉ＃２主壹Ｉ

图５．１：几变１１０ｋＶ配电装置接线图

５．２三种方案的ＬＯＣ估算
本章着重运用全寿命周期成本管理方法对改善维修中拟采用的合资ＡＩＳ（方 案Ａ）／国产ＧＩＳ（方案Ｂ）／合资ＧＩＳ（方案Ｃ）三种方案进行计算、分析、比

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较、评估和决策，以期取得最大最优的经济效益和社会效益。 三种方案ＬＣＣ计算是在下述假定条件下进行的。 （１）ＧＩＳ的寿命特性及故障率符合统计特性； （２）市场风险和市场平均筹资成本均以常数表达，假定３０年中，市场平均筹
资为１０％；

（３）设备的折旧以线性进行；
（４）每小时停电损失数量以年平均负荷１．２５ＭＷ计，每度电的企业利润损失

以０．１０元计，社会效益（ＧＤＰ）以９．１元计； （５）根据统计故障处理时间的经验值，年平均故障中断供电时间丁按９．５ｈ、
６．２ｈ、４．５ｈ计算，故障平均修复时间按６ｈ、４．２ｈ、２．５ｈ计算； （６）因在原址上进行改善维修，无论采用哪种方案，对多余部分土地均不再 按节约因素考虑；

（７）根据相关运行、检修规程和实际运行经验，其配电装置全寿命统计周期
暂确定如下：断路器（２０年），隔离闸刀（２０年），互感器（２０年），避雷器（２０

年），组合电器（３０年）。

５．２．１初期一次成本Ｉ Ｃ计算
参照绍兴电力局大量类似已建工程的成本决算，采用比拟法（假设比拟系数 为１），结合表２．１，运用４．９式ＩＣ＝ＩＣ，＋ＩＣ：＋…＋ＩＣ．得出： 方案Ａ的ＩＣ＝１７５万元 方案Ｂ的ＩＣ－－４７３万元 方案Ｃ的ＩＣ＇－７４１万元 详见表５．１。

表５．１：初期一次成本ＩＣ

瀑
成本要素＼＼ 设备购置成本ｌＣ－

单位：万元

方案Ａ 合资ＡＩＳ

方案Ｂ
国产ＧＩＳ

方案Ｃ 合资ＧＩＳ
备注

１４０ ３０ ５ １７５

４１８ ４２ １３ ４７３

６８６ ４２ １３ ７４１

ｌ、所用费用均指１１０千伏配 电装置部分发生的费用； ２、成本中含设计费。

工程安装成本Ｉｃ。 建筑工程成本ＩＣ。 合计

５．２．２维持成本０Ｃ计算

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５．２．２．１变电设备检修项目分类 根据浙江省电力公司企业标准《输变电设备检修项目分类办法》，输变电设
备的检修共分Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ五级。

Ａ级检修指整体性检修，对设备进行较全面的解体（线路设备更换）、检查、
修理及修后试验，以保持、恢复设备性能；

Ｂ级检修指局部性检修，对设备部分功能部件进行分解检查、修理、更换及
修后试验，以保持、恢复设备性能；

Ｃ级检修指一般性检修，对设备在停电状态下进行的预防性试验、一般性消 缺、检查、维护和清扫，以保持及验证设备的正常性能； Ｄ级检修指维护性检修，对设备在不停电状态下进行的带电测试和设备外观 检查、维护、保养，以保证设备正常的功能；
Ｅ级检修指设备带电情况下的等电位检修、消缺、维护。

５．２．２．２维持费用设定 参照《浙江省电力公司生产性检修费用计算标准及定额编制细则管理办法》 和《电力建设工程预算定额第六册调试》，采用比拟法（假设比拟系数为１）并
结合专业人士的经验值获得： （１）周期维修成本Ｃ１

周期维修成本Ｃｌ为折算到现值后的设备年度周期检修成本，主要包括Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄ四级检修所发生的费用。其中： Ａ级检修成本：根据厂方指导价，合资ＡＩＳ断路器Ａ级检修费用按１３万元

／台计，３台共３９万元；隔离开关Ａ级检修费用为１万元／台计，１０把共１０万 元；互感器Ａ级检修费用按１．５万元／只计，１０只共１５万元；１１０干伏（国产
ＧＩＳ／合资ＧＩＳ）整体Ａ级检修费用为８０万元／１００万元。

Ｂ、Ｃ、Ｄ级检修成本：１１０ｋＶ配电装置（ＡＩＳ）的预防性年度检修（Ｂ级或 Ｃ级）平均费用为３．２万元／年，状态检修（Ｄ级）平均费用为１万元／年（主要 为ＳＦ６气体带电检测、充油式互感器油化试验等费用）；１１０ｋＶ部分配电装置 （ＧＩＳ）的预防性年度检修（Ｂ级或Ｃ级）平均费用为５．７万元／年，状态检修 （Ｄ级）平均费用Ｏ．５万元／年。
（２）故障处理成本Ｃ２

现设定三种方案下平均故障处理成本（含缺陷处理）按２万元／年、０．８万
元／年、０．５万元／年计； （３）运行维护成本Ｃ。

运行维护平均费用（含能耗费０．５万元）按２万元／年计。
（４）环境维护成本Ｃ。

环境维护成本主要指绿化管理费按Ｏ．２万元／年计。

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综上所述，三种改善维修方案的维修方式及费用安排见表５．２。

表５．２：三种改善维修方案的维修方式及费用安排
单位：万元 方案Ａ 合资ＡＩＳ 维 年限 修 方 式 第１年 第２年 第３年 第４年 第５年 第６年 第７年 第８年 第９年 第１０年 第１１年 第１２年 第１３年 第１４年 第１５年
● ▲ ▲ ▲ ● ▲ ▲ ▲ ● ▲ ▲ ▲ ● ▲ ◆
■

方案Ｂ 国产ＧＩＳ 维 修 方 式 维 修 成 本
０

方案Ｃ 合资ＧＩＳ 维 修 方 式 维 修 成 本
０

方案Ａ 合资ＡＩＳ 维 年限 修 方 式 第１６年 第１７年 第１８年 第１９年 第２０年 第２１年 第２２年 第２３年 第２４年 第２５年 第２６年 第２７年 第２８年 第２９年 第３０年
●

方案Ｂ 国产ＧＩＳ 维 修 方 式
▲ ▲ ● ▲

方案Ｃ 合资ＧＩＳ 维 修 方 式
▲ ▲ ● ▲ △ ● ▲ ▲

维 修 成 本
０

维 修 成 本
３．２

维 修 成 本
０．５

维 修 成 本
０．５

３．２

● ▲ ▲ ▲ ● ▲ ▲ ▲ ● ▲ ▲

５．７

● ▲ ▲ ▲ ● ▲ ▲ ▲ ● ▲ ▲ ▲ ● ▲

５．７

▲
▲ ▲ ●

１

０．５

Ｏ．５

ｌ

Ｏ．５

０．５

１

５．７‘

５．７

１

Ｏ．５

Ｏ。５

ｌ

０．５

０．５

ｌ

Ｏ．５

０．５

３．２

△
● ▲ ▲ ▲ ● ▲ ▲ ▲ ● ▲

８０ ５．７

１００

３．２

５．７

５．７

５．７

１

Ｏ．５

０．５

Ｏ．５

Ｏ．５

１

Ｏ．５ Ｏ．５

Ｏ．５

０．５

０．５

ｌ

０．５ ５．７

Ｏ．５

▲
● ▲ ▲ ▲ ● ▲

Ｏ．５

３．２

５．７

５．７

５．７

ｌ ｌ

Ｏ．５ ０．５

Ｏ．５ Ｏ．５

Ｏ．５

Ｏ．５

Ｏ．５

Ｏ．５

１

▲
● ▲

０．５

０．５

Ｏ．５

Ｏ．５

３．２ ｌ

５．７

５．７

５．７

５．７

Ｏ．５

０．５

Ｏ．５

０．５

３９

１０

◎ 备注：

１７

符号▲为状态检修（Ｄ级）；●为预防性年度检修（Ｂ级或Ｃ级）；◆为断路器Ａ级检修；●为隔离开关Ａ级

检修；◎为互感器Ａ级检修。△为ＧＩｇ整体Ａ级检修。

根据上表，按４。１４式Ⅳ：墨等和４。１０式。ｃ：五Ｃ１＋五ｃ２＋…以Ｇ，
。‘

，．×ｎ＋ｒ）“

折现计算得出表５．３：
３７

浙江Ｔ业大学硕上学位论文

基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

、淤竺
成本要素＼
周期维修成本Ｃ， 故障处理成本Ｃ：

表５．３：现值维持成本ＯＣ
单位：万元

方案Ａ

方案Ｂ 国产ＧＩＳ
２９．１３ ７．５４ １８．８５ １．８５ ５７．４

方案Ｃ

合资ＡＩＳ
３０．５７ １７．０３ １７．０３ １．７３ ６６．４

合资ＧＩＳ
３２．１０ ４．７１ １８．８５ １．８５ ５７．５

运行维护成本Ｃ。
环境维护成本Ｃ。

现值成本合计０Ｃ

５．２．３故障中断成本ＦＣ计算
５．２．３．１故障率分析统计 设备在其整个寿命周期内的故障率是变化的，故障率的曲线呈“浴盆”状（黄 勇，王凯全，２００８）。出于估算的需要，本研究均按平均故障率来考虑。
（１）ＡＩＳ设备故障情况统计 根据《浙江省电力公司２００６～２００８断路器、隔离开关运行情况统计》显示， １１０ｋＶ断路器、隔离开关的平均故障率以为０．５２９次／百间隔?年（由于数据收

集的局限性，以不包含１１０ｋＶ配电装置其他设备的平均故障率）。
（２）ＧＩＳ设备故障情况统计

＠ＧＩＳ设备总体故障情况统计
２００３年至今，国家电网公司系统７２．５ｋＶ及以上组合电器设备共发生故障 １０７台次，其中，事故３３台次，障碍７４台次。故障主要集中在１２６ｋＶ和２５２ｋＶ

电压等级，占８３．２％。从故障设备的投运时间看，约有３４台次设备于１９９８—２００２
年之间投运，占总数的７３．９％。

＠ＧＩＳ设备故障按发生功能单元统计
２００３年至今，７２．５ｋＶ及以上组合电器总共发生故障１０７次。其中，属于断

路器隔室及其操动机构的有３８次，占３５．５％；属于隔离开关（接地开关）气室
或单元有２４次，占２２．４％；属于电流互感器气室有５次，占４．７％，属于避雷器 气室有１次，占０．９％，属于电压互感器气室有４次，占３．７％，属于进出线或母

线气室的有１７次，占１５．９％，其他情况有１８次，占１６．８％。 ③Ｇｉｓ设备故障按制造厂分类统计
２００３年至今，７２．５ｋＶ及以上组合电器总共发生故障１０７次，其中，国产设

备引起８０次，占７４．８％，平均故障率以为０．２５９次／百间隔?年；合资、进口设
３８

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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

备引起２７次，占２５．２％，平均故障率厄为０．１８６次／百间隔?年。 ５．２．３．２三种方案的ＦＣ计算
ＦＣ的大小与年平均故障次数名、年平均故障中断供电时间丁、平均故障中 断供电功率形、平均修复成本ＲＣ、平均修复时间ＭＴＴＲ以及平均中断供电电量 的价值ａ都有关系。

根据４．１１式彤：口盱＋五．Ｒｃ．ＭＴＴＲ和４．１４式Ⅳ：旦掣，计算得
厂×（１＋ｒ）“
表５．４：三种方案的ＦＣ计算

出三种方案的现值ＦＣ，见表５．４：

汾＼、≤絮
Ａ
丁／ｈ

方案Ａ
合资ＡＩＳ
０．５２９

方案Ｂ
国产ＧＩＳ
０．２５９

方案Ｃ

合资ＧＩＳ
０．１８６

９．５

６．２

４．５

Ｗ／ｋＷ

１２５００

１２５００

１２５００

ＲＣ

ｆ页元．ｈ

０．６３

０．７４

１．０８

ｍＴＲ｜ｈ
口／万元?（ｋＷ?ｈ） 现值中断成本（万元）
０．００００１

６

４．２

２．５

０．０００９１

０．００００１

０．０００９１

０．００００１

０．０００９１

２７．２

９３７

１４．９

６７２

１０．ＯＯ

４８７

注：表中０．００００１万元?（ｋＷ．ｈ）为浙江省电力公司的电费平均收益；０．０００９１万元?（ｋＷ?ｈ） 为２００８年绍兴市每１度电所创造的ＧＤＰ值。由于方案Ａ的名不包含１１０ｋＶ配电装置其他设 备的平均故障率，因此，实际方案Ａ的ＦＣ应该比现在的计算值更高。

５．２．４报废成本ＤＣ计算
根据《国家电网公司固定资产目录》和《浙江省电力公司折旧分类及折旧年 限的调整》，ＡＩＳ设备运行至第２０年后，设备资产残值很小，相对总成本可忽略 不计，同样ＧＩＳ也是如此，本研究中三种方案的ＤＣ按零计。

５．３．三种方案Ｌ００的比较与评估
５．３．１

Ｌ００比较

按照ＬＣＣ＝ＩＣ＋ＯＣ＋ＦＣ＋ＤＣ，三种方案所需成本的估算结果，列表如下：

３９

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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

表５．５：合资ＡＩＳ／国产ＧＩＳ／合资ＧＩＳ成本估算比较 ＼＼项目
方案Ａ（合资ＡＩＳ） 成本／万元 百分比％ 方案Ｂ（国产ＧＩＳ） 成本／万元 方案Ｃ（合资ＧＩＳ） 成本／万元 百分比％

成本＼
一次投资

＼

＼

百分比％

１７５

６５．３

１４．９

４７３

８６．８

３９．４

７４１

９１．７

５７．６

成本ＩＣ

运行维持
６６．４ ２４．７ ５．６ ５７．４ １０．５ ４．７

５７．５

７．１

４．５

成本０ｃ

中断损失
２７．２

９３７

１０

７９．５

１４．９

６７２

２．７

５５．９

１０．Ｏ

４８７

１．２

３７．９

成本Ｆｃ

报废成本Ｄｃ 现值Ｌｃｃ 年均成本
２６８

０

Ｏ

Ｏ

Ｏ

０

Ｏ

１１７８

ｌＯＯ

１００

５４５

１２０２

１００

ｌｏｏ

８０９

１２８６

１００

１００

１３．４

５８．９

１８．２

４０

２７．Ｏ

４２．９

通过表５．５的横向比较，可以发现ＧＩＳ的一次投资成本ＩＣ远比ＡＩＳ高，比
例为４．２３：２．７０：１；考虑运行年限ＡＩＳ（２０年）、ＧＩＳ（３０年）后，三种方案 的运行维持成本ＯＣ分别为３．３２万元／年、１．９１万元／年、１．９２万元／年，分别 占到总成本的２４．７％、１０．５％和７．１％，这点可说明ＧＩＳ要比ＡＩＳ维持成本低

且维护方便，同时也说明国产ＧＩＳ与合资ＧＩＳ的运行维持成本非常接近；考虑 到供电的ＧＤＰ贡献率和社会效益，三种方案的中断损失成本ＦＣ分别为９３７万 元、６７２万元、４８７万元，Ａ方案明显高于Ｂ／Ｃ两种方案，这在一定程度上也反
映出可靠性的高低差异；从年均成本看，Ｂ／Ｃ两种方案也要远远低于Ａ方案。 从纵向比较，Ａ方案的一次投资成本ＩＣ占总成本的６５．３％，运行维持成本 ＯＣ占总成本的２４．７％，中断损失成本ＦＣ占总成本的１０％，这点说明合资ＡＩＳ

的可靠性也较高，但加入ＧＤＰ因子后，中断损失成本ＦＣ占总成本的７９．５％，
占比很大，影响明显。同样，Ｂ方案的一次投资成本ＩＣ占总成本的８６．８％，投 入较大，运行维持成本ＯＣ占总成本的１０．５％，中断损失成本ＦＣ占总成本的

２．７％，这点说明国产ＧＩＳ的可靠性较合资ＡＩＳ高，但加入ＧＤＰ因子后，中断 损失成本ＦＣ也将占到总成本的５５．９％。Ｃ方案的一次投资成本ＩＣ最大，占总 成本的９１．７％，运行维持成本ＯＣ占总成本的７．１％，中断损失成本ＦＣ占总成 本的１．２％，这点说明合资ＧＩＳ的可靠性较国产ＧＩＳ及合资ＡＩＳ高，加入ＧＤＰ 因子后，中断损失成本ＦＣ也将占到总成本的３７．９％。从中也可获得，虽然ＧＩＳ 的一次投入较大，但运行维持成本较ＡＩＳ低。 同时，从三种方案的年均成本１３．４万元、１８．２万元、２７．０万元看，似乎还

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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

是ＧＩＳ较高，但由于ＡＩＳ一般寿命是２０年左右，而供电企业担负着持续供电的

社会责任，换言之，Ａ方案运行到２０年后至报废，还是需要相当的投入进行技
改或更新，届时还是需投入一定的成本。此外，如新建变电站，ＡＩＳ与ＧＩＳ的占

地面积之比为１：０．３５，尤其对于土地资源相当紧张的中心城市来说，土地成本 更是要重点考虑的要素，这样ＧＩＳ的成本优势更加突出。综上所述，ＧＩＳ的优势 较明显，也是今后城市变电站设备更新或新建发展的必然趋势。然而对可靠性要
求不是特别高的非中心区域可酌情考虑采用国产ＧＩＳ或合资ＡＩＳ设备。

５．３．２ＬＣＣ评估
在第四章中已提到，所谓ＬＣＣ评估，就是要通过对两方案的费用一效益分
析，从中遴选出最优的方案。考虑到可靠性是电力系统设备的核心指标，本研究

把可靠性作为要分析的效益，并用设备的平均故障时间间隔ＭＴＢＦ作为可靠性
的标志量。由表５．４的丁和名，得出： 方案Ａ的ＭＴＢＦ＝８７６０ｈ／年÷０．５２９次／百间隔?年－９．２ｈ－－１６５５０ｈ’ 方案Ｂ的ＭＴＢＦ＝８７６０ｈ／年÷Ｏ．２５９次／百间隔?年－６．５ｈ－－３３８１６ｈ 方案Ｃ的ＭＴＢＦ＝８７６０ｈ／年÷Ｏ．１８６次／百间隔?年－４．２ｈ－－４７０９３ｈ

根据４．２０式费用效益凹＝篆，可以计算出（见表５．６）：
（１）按企业利润０．００００１万元?（ｋＷ?ｈ）计，则 方案Ａ的ＣＥ＝１２３５ 方案Ｂ的ＣＥ＝１８５８ 方案Ｃ的ＣＥ＝１７４４ （２）按２００８年绍兴市每１度电所创造的ＧＤＰ值０．０００９１万元?（ｋｗ．ｈ）计， 则 方案Ａ的ＣＥ＝２８１ 方案Ｂ的ＣＥ－－８４５ 方案Ｃ的ＣＥ－－－－１０９８

表５．６：三种ＬＣＣ方案排序 方案Ａ（合资ＡＩＳ）
ＭＴＢＦ
１６５５０ １３．４ １２３５ ５８．９ ２８１ １８．２ １８５８

方案Ｂ（国产ＧＩＳ）
３３８１６ ４０ ８４５

方案Ｃ（合资ＧＩＳ）?
４７０９３ ２７．０ １７４４ ４２．９ １０９８

ＬＣＣ年均现值
ＣＥ

从表５．６可看出，按企业利润０．００００１万元?（ｋＷ?ｈ）计，费用效益

ＣＥ．＝１２３５（ＣＥｃ＝１７４４（ＣＥｂ＝１８５８，方案Ｂ和方案Ｃ的费用效益比较接近，但高
４ｌ

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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

于方案Ａ达３０％左右，故可考虑采用方案Ｂ（国产ＧＩＳ）或方案Ｃ（合资ＧＩＳ）。 同样，按２００８年绍兴市每１度电所创造的ＧＤＰ值０．０００９１万元?（ｋＷ．ｈ） 计，ＣＥ。＝２８１（ＣＥ６＝８４５（ＣＥ。＝１０９８，方案Ｂ和方案Ｃ的费用效益远高于方案

Ａ。就方案Ｂ和方案Ｃ比较，最终还是方案Ｃ的优势和效益相对明显，故可考
虑采用方案Ｃ（合资ＧＩＳ）。

４２

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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

６研究结论与展望
６．１研究结论
本文结合变电站各阶段的费用特点，应用全寿命周期成本管理的理念和方 法，对变电站部分变电设备三种改善维修方案进行计算、分析、比较、评估和决
策，主要结论如下： １、基于全寿命周期成本管理的理念和方法，在资产形成前期决策过程中，

必须统筹考虑变电设备的规划、设计、采购、建设、运行、检修、技改、报废等 阶段的全过程、全费用，以实现资产全寿命周期成本最低目标。 ２、本文从维修管理和财务成本角度通过实例对合资ＡＩＳ／国产ＧＩＳ／合资ＧＩＳ 三种变电设备进行了ＬＣＣ综合比较，分析了各自的优缺点，定量地说明ＧＩＳ比
ＡＩＳ的更具优越性，应用ＧＩＳ设备是未来城市变电站发展的必然趋势。 ３、将故障成本作为一种惩罚性成本折算进全寿命周期成本，全面分析可靠

性对全寿命周期成本的影响，有助于从源头提高设备和系统的可靠性，从而提升
输变电设备资产的质量并且延长其使用寿命。

４、导入全寿命周期管理可以有效地提高电网企业的运营效率，有助于运行
管理水平的提高，有利于降低规划、设计、招投标和建设等前期阶段造成资产健 康隐患的可能性，能够真正达到资产质量的优良和运行维护成本的优化。

５、通过分析变电站ＬＣＣ各费用组成部分的内容和特点，确定变电站ＬＣＣ
的费用估算关系式，提出基于运行年限、平均筹资成本的ＬＣＣ的修正方法，并 最终确定了变电站ＬＣＣ的费用估算式。 ６、论述了ＬＣＣ评估的一般方法“费用一效益分析法＂的含义和步骤，分析

了变电站ＬＣＣ与可靠性的关系，把可靠性作为变电设备首要考虑的效益，提出 了在变电设备改善维修中应用费用一效益分析法的具体模型。对于电网企业改善 维修决策、设备选型、新建扩建提供了一种计算方法和决策工具。

６．２研究展望
限于研究时间和作者水平，本文应用全寿命周期成本管理对变电站部分电压

等级配电装置的改善维修决策分析的方法和步骤进行了初步的研究和探讨，进一 步的深入研究可从以下几个方面展开： １、进一步扩大对变电站配电装置的改善维修方案ＬＣＣ估算范围，同时考虑
安全因子，这对于变电站整站改善维修或新建具有更全面、更重要的意义。

２、可以尝试对费用估算式为非线性回归模型进行计算，并通过计量经济学 的方法对费用估算式进行灵敏度分析，以提高准确性。

４３

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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

３、对ＬＣＣ进行估算，势必耗费大量的时间、人力和物力，如果可以推导出

一个适用于变电站改善维修和建设相对通用的标准化费用估算关系式，就可以大 大提高变电站ＬＣＣ的估算效率。 ４、开发专门应用于对变电站建设和更新决策进行ＬＣＣ管理的系统软件，建 设基于全ＷＥＢ技术的全寿命周期成本系统管理平台。

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基于伞寿命周期成本管理的变电设各维修决策研究

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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

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浙江工业大学硕上学位论文

基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

致

谢

岁月如歌。撰写致谢词意味着三年的研究生求学生活即将结束。回首往昔，

浙江工业大学以其优良的校风、严谨的学风教我求学，以其“厚德健行”的校训
催我奋进，享其一生。

首先要感谢我的导师施放教授。从选题立题、文章撰写、案例分析直至论文 修改都凝结了导师的心血和智慧。导师授我以文，教我做人，其渊博的专业知识， 严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，朴实无华的人格
魅力让我感受至深，受益无穷。

在论文开题阶段，要感谢局领导给予的关心与关注；在撰写过程中，要感谢
章剑光、吴俊健、李国广等人给予全过程的指导和帮助；在数据收集阶段，要感

谢省公司基建部领导提供的框架性资料，也要感谢张伟耀、周建平、邢琦、陈刚、
陈晓宇、蒋雪萍、骆云江、陈亚叶、倪颖、沈坚祥、何强、鲁建国、金建国、金

观华、王琳等同事的热心帮助；在数据计算、分析阶段，要感谢陆军、张建浩等 人的有力帮助；在论文修改阶段，要感谢王慧芳博士、张驰的指导帮助。 感谢处室领导、同事的理解和支持；感谢班主任章锦林老师对我一如既往的 关心与关爱；感谢以李治为代表的０７春ＭＢＡ全班同学的鼓励和鞭策；
最后，要感谢我的母亲、我的爱人还有我可爱的女儿，是她们的鼎力支持和 悉心照料给了我无穷的力量，使我不断坚持并执着前行。

三年ＭＢＡ生活的结束，标志着个人管理实践的新开始。 再一次诚挚感谢所有关心、帮助和支持我的人，谢谢你们１

张黎明
２００９年５月于绍兴

４９

浙江工业大学硕士学位论文

基于伞寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究

攻读学位期间发表的学术论文目录

张黎明．基于ＬＣＣ变电设备维修决策研究．《才智》．２００９年４月

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基于全寿命周期成本管理的变电设备维修决策研究
作者： 学位授予单位： 张黎明 浙江工业大学

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加强资产全寿命周期成本管理对电网企业实现设备管理到资产管理、技术管理到技术经济管理的转变,以及提高电网设备可靠性,合理延长资产使用寿命 ,降低资产全寿命周期成本费用,强化科学管理,提高生产效率,提升管理水平等各个方面都具有重要的作用和现实意义.

2.学位论文 梅沁 江苏省电力公司电力生产设备管理流程再造——从全生命周期管理视角分析 2009
随着国民经济的发展和电力改革的深入，江苏电网发展加速，资产规模逐渐壮大，电网设备资产的运维、更新、改造任务也愈加繁重，传统的设备管理 方式已经不能适应新形势下江苏电力发展的需要，也难以适应江苏电力所肩负的公用事业社会责任的需要——确保向全社会提供安全、清洁和高效的电力能 源。在保证电网安全的前提下，提高设备资产的管理效率和降低营运成本，发掘生产设备的最大效用，实现电力设备管理模式的转变成为必然选择和首要任 务。在国家电网企业发展战略和资产管理框架的基础上，如何进行设备管理理论创新和管理模式的选择，进而实现设备精细化管理成为江苏电力当前重要研 究课题之一。 @@ 本研究借鉴管理学和工程学相关领域研究成果，通过分析设备管理从事后维修到预防性维修，再从维修预防到设备综合管理，最后到 全生命周期管理的演进过程。通过综述国内外相关理论分析，将全生命周期理论和流程再造理论引入一个自然垄断性行业进行研究。以江苏省电力公司做为 研究对象，探索设备管理模式的改造，围绕国家电网公司企业发展战略，分析国家电网公司资产全生命周期管理框架体系的实质，提出江苏省电力公司生产 设备全生命周期管理框架，并借助流程再造理论方法提出进行生产设备管理流程再造的思路。在满足安全、效益、效能的前提下追求设备资产全生命周期成 本最低，以适应电网高可靠性要求，提高电力生产设备可靠率、降低设备故障率，减少非计划停电时间，从设备规划、设计、采购、建设、运行、维修、技 改和报废整个生命周期角度实现精细化管理的目标。运用双维模型分析法分析从横向全口径项目管理到纵向全过程管理细节，重点对规划设计、采购建设、 运行维修和技改报废四个设备生命周期主要阶段的工作流程进行了较为详细的分析，综合进行分析的结果提出新管理流程的构建。从实施过程中的组织分工 和管控、规章制度及绩效指标和管理信息化三个方面分析和构建设备管理流程再造保障体系。 @@关键词：电网生产设备、业务流程再造、全生命周期成本 管理、成本管理。

本文链接： 下载时间：2010年5月5日



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