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摘要：配电变压器作为电力企业和大中型工矿企业的重要设备，数量众多，影响巨大，管理好配电变压器是企业设备管理中重要的一环，推广科学、先进的全寿命周期管理模式，提高配电变压器资产管理水平，实现其综合效能最优化，不管从企业还是从社会的角度来说，都具有十分重大的意义。本文笔者就我国配电变压器管理的现状和存在的主要问题进行分析，以全寿命周期成本的整体最优化为目标，就配电变压器的全寿命周期管理进行了一些探讨，提出了一些建议，希望能对配电变压器全寿命周期管理的推广和提高起到一个促进作用。
关键词：配电变压器；全寿命周期管理；全寿命周期成本；决策；
1 绪论
配电变压器作为电力企业、大中型工矿企业的重要设备，其管理水平的高低直接影响到电力企业、大中型工矿企业的生产经营状况，因此，对配电变压器进行全面的、科学的管理是电力企业及大中型工矿企业的一项十分重要的工作。而全寿命周期管理作为一种先进的现代设备管理理念，综合考虑设备的可靠性和经济性，能为配电变压器的管理提供科学决策的方法和依据，适合作为改进和提高配电变压器管理水平的一种管理模式。以下笔者就配电变压器的全寿命周期管理进行一些探讨。
2 对配电变压器全寿命周期管理的基本概述
2.1 全寿命周期管理的基本概念
全寿命周期管理（Life Cycle Management，LCM），就是从长期效益出发，应用一系列先进的技术手段和管理方法，统筹规划、建设、生产、运行和退役等各环节，在确保规划合理、工程优质、生产安全、运行可靠的前提下，以设备全寿命周期的整体最优作为管理目标,最终实现资源的最优化，提高企业的经济效益。全寿命周期成本（Life Cycle Cost，LCC）,也被称为寿命周期费用，是指在设备寿命周期内，为其论证、研制、生产、运行、维护、退役后处理所支付的全部费用。
2.1.1 配电变压器的全寿命周期管理
配电变压器进行全寿命周期管理的基本出发点是通过对其全寿命周期从投资决策、选型、选址、采购、安装、运行、维护、检修、退役、报废等各个阶段采取各种科学、可靠、有效的管理措施和手段降低成本，并将其各个阶段产生的费用和成本作为一个整体来看待，综合考虑配电变压器的可靠性和经济性，选择最佳的投资、选型、选址和维护检修方案。使配电变压器既能满足设计意图、技术指标和实际需要，又能使昂贵的配电变压器在其全寿命周期内的总费用，即全寿命周期成本（LCC）达到最优。配电变压器的全寿命周期成本（LCC）模型，国内外学者已取得一定的研究成果。文献［1］将配电变压器的全寿命周期成本（LCC）模型划分为5大成本：投资成本（CCI）、运行成本（CCO）、检修成本（CCM）、故障成本（CCF）、处置成本（CCD）。文献［2］在此基础上进一步增加了环境成本（CCE）。文献［3］对环境成本（CCE）进行了进一步的细化并建模，同时增加了预防性试验成本（CCS）。这样现阶段通常认为配电变压器较为完整的全寿命周期成本（LCC）模型为：LCC=CCI+CCO+CCM+CCE+CCS+CCF+CCD，其中，投资成本（CCI）是指配电变压器投入运行前的成本支出，一般包括规划设计、采购建设、安装调试和其它费用，是配电变压器全寿命周期初期的一次性投入，运行成本（CCO）是指配电变压器从投入运行到报废寿命周期内为维护配电变压器正常运行所产生的成本，主要包括配电变压器自身的能耗和运行人工维护成本。检修成本（CCM）是指对配电变压器进行大修和临时性检修产生的费用。故障成本（CCF）是指配电变压器故障造成计划外停电，从而少供电，计划外停电赔偿、抢修费用、以及对企业负面的社会影响等。环境成本（CCE）是指配电变压器产生温室气体、电磁辐射、噪声而产生的惩罚性成本。预防性试验成本（CCS）是指为了预防配电变压器失效而进行定期预防性试验而产生的成本。处置成本（CCD）是指变压器报废时的拆除清理费用、提前报废的价值损失及报废残值。配电变压器全寿命周期管理（LCM），以实现配电变压器全寿命周期成本（LCC）最优为目标，避免片面追求投资成本（CCI）最低，而是寻找最初投资与后续运行维护等各项成本最优结合点，科学进行投资决策。并对配电变压器全寿命周期各阶段通盘考虑，采取措施降低资源消耗、减少人工维护、降低运行能耗、减少环境污染、延长配电变压器使用寿命，提升其资产质量和运营效率 。
2.1.2 配电变压器的全寿命周期管理系统的基本功能
台账管理：台账管理是配电变压器全寿命周期管理的基础。配电变压器的台账详细记录其原始参数、运行参数、预防性试验结果、维修维护情况、检修情况及其实时状态数据，为实时掌握配电变压器真实状态制定科学的维保、检修计划，提高其精细化管理水平提供了基础数据。LCC管理：配电变压器的运行成本（CCO）包括配电变压器自身的能耗和运行人工维护成本，不同类型、型号的变压器其能耗不同，需要的运行维护量也不同，其运行成本（CCO）也不同。因此要综合考虑投资成本（CCI）和运行成本（CCO），选出最优方案。随着社会的日益进步，人们对环境问题也越来越重视，因此在配电变压器的选型、选址决策时，应充分考虑配电变压器投运后，产生温室气体、电磁辐射、噪声污染等产生的环境成本（CCE）。在配电变压器运行过程中通过在线监控等手段实时掌握配电变压器运行状态，逐步变定期检修为状态检修，既提高配电变压器的运行可靠性，又能大幅降低检修成本（CCM）和故障成本（CCF）。配电变压器进入全寿命周期的后期，进入预退役阶段时，应根据配电变压器的服役时间、运行状态、单位容量LCC情况，综合考虑确定其退役时间，避免只看服役时间造成部分配电变压器高运行成本超经济寿命服役，另一部分变压器提前退役这些情况的发生。
3 配电变压器管理的现状和存在的问题
3.1 配电变压器管理的现状
我国幅员辽阔，配电变压器数量巨大并在以较快的速度继续增加，管理的复杂性和难度也在不断增加。采用全寿命周期管理对配电变压器进行科学、合理、高效的管理，对提高配电变压器的管理水平，保证其安全、可靠、经济地运行，起着越来越重要的作用。但是我国的配电变压器全寿命周期管理还处于起步阶段，许多配电变压器仍然采用传统的设备管理模式，管理强调阶段性和顺序性，重点关注阶段性目标，未充分考虑配电变压器全寿命周期成本的优化，未充分利用在线监测、计算机系统数据处理等手段优化配电变压器检修方案，提高其运行可靠性，降低检修成本（CCM）和故障成本（CCF）。因此对配电变压器采用全寿命周期管理是一个必然趋势，但还需要结合我国设备管理现状做进一步的探讨和推广。
3.2 配电变压器管理存在的问题
目前许多配电变压器采用的是基于职能的“分段式”管理。配电变压器的投资决策、选型、选址、设计、招标采购、安装调试、生产运行、检修、退役、报废等各阶段由不同的部门管理和实施。各部门的工作目标不完全一致，未能统一在全寿命周期成本（LCC）最优化这一前提下，整个系统也未形成闭环，无持续改进，不断优化的机制。配电变压器的的选型、选址等方案的最终确定常常重点关注的是初次投资成本（CCI），而较少考虑配电变压器投用后的运行成本（CCO）、检修成本（CCM）、故障成本（CCF）、环境成本（CCE）。决策的依据往往是投资成本（CCI）最优，而忽略了配电变压器在全寿命周期内，运行成本（CCO）、检修成本（CCM）、故障成本（CCF）、环境成本（CCE）所占比重更大的事实，从而不能得出配电变压器全寿命周期成本（LCC）最优的建设方案。当前我国许多配电变压器仍主要采用定期检修，忽视了配电变压器运行环境、负荷水平、个体质量、性能状态等各方面存在的差异，“到期必修，到期才修”。配电变压器的运行信息系统薄弱，普遍只对变压器的运行参数、故障维修情况进行了记录，而缺乏对这些信息进行归集、整理和研究的机制和方法，无法利用这些原始数据来准确判断配电变压器的真实运行情况，从而采取有针对性的预防性的检修策略，降低检修成本（CCM），提高配电变压器的运行的安全性和可靠性，从而降低故障成本（CCF）。这种定期检修策略易造成一部分配电变压器检修过于频繁，增加了检修成本（CCM），甚至有可能对好的变压器造成人为损害，得不偿失。而另一部分配电变压器却又存在检修不足的情况，该进行检修，却因检修周期未到而未进行计划检修，造成配电变压器运行的安全性和可靠性大幅度降低，增加了配电变压器失效、设备损坏、抢修和事故停电的风险，对居民生活和生产造成巨大影响。停电损失、可能产生的停电赔偿、恢复供电产生的抢修成本、故障停电给企业造成的不良社会影响等大大增加了故障成本（CCF）。
4 建立较完善的配电变压器全寿命周期管理体系
4.1 推广采用全寿命周期管理对配电变压器进行管理
为了提高配电变压器管理水平，应大力推广配电变压器全寿命周期管理。将配电变压器的可行性研究、选型选址决策、采购、安装调试、运行维护、检修抢修、技改更换、淘汰退役、报废等各阶段内容作为一个整体，综合考虑其全寿命周期成本（LCC），从整体上保证配电变压器的安全性、可靠性和经济性。根据国内外研究成果，选择配电变压器全寿命周期各阶段成本的数学模型，并根据的企业自身配电变压器的实际情况对模型参数进行适当的调整，使其更切合自身实际，再根据选定的数学模型进行计算，以量化依据选出最优方案，从整体上保证所选方案的配电变压器全寿命周期成本（LCC）最优。配电变压器采用全寿命周期管理（LCM）相比传统管理模式，更加注重配电变压器全寿命周期中运行成本（CCO）、检修成本（CCM）、故障成本（CCF）、环境成本（CCE）、试验成本（CCS）等目标，并将这些目标量化，使其具有可比较性和可操作性，有利于配电变压器运行的安全可靠性的提升，同时促进其向降低运行能耗、减少人工维护，节约环保方向进步，不仅提升了配电变压器的资产质量和运营效能，还兼顾了环保等社会影响。因此应对配电变压器采用全寿命周期管理（LCM）进行大力推广。
4.1.1 配电变压器全寿命周期成本为决策提供科学的量化依据
配电变压器投资决策选型时，传统管理往往片面注重投资成本（CCI），而忽略配电变压器投运后的其它成本和费用。而配电变压器的运行维护、检修成本是较高的，在其全寿命周期内一般达到购置费用的6～7倍[]。因此在配电变压器选型决策时，除了考虑投资成本（CCI）外，还应综合考虑不同配电变压器的因其构造、性能参数不同，其后期运行成本（CCO）、检修成本（CCM）、故障成本（CCF）也不相同。如根据10KV级S7、S9、S11系列配电变压器的技术数据进行比较：S9系列与S7系列比较空载损耗平均下降约10.25%，年运行成本平均下降约18.91%；S11系列与S9系列比较空载损耗平均下降约30%，年运行成本平均下降约11.68%。新型的S13系列配电变压器进一步降低了空载损耗，SC(B)11型干式变压器的空载损耗又有不同，SH15非晶合金变压器更是显著降低了空载损耗。以10KV1000KVA变压器为例，S11系列、SC(B)11干式变压器、SH15型非晶合金变压器三种型号配电变压器的损耗如下表。
表1：10KV1000KVA S11、SC(B)11、SH15变压器损耗对照比较表
变压器运行一年的损耗电费按下列公式计算：
式中：Cco1—变压器运行一年的损耗电费（元）； P0—变压器空载损耗（kW）； Pk—变压器负载损耗（kW）； SN—额定容量（kVA）；
Uk—短路阻抗百分比（%）； I0—空载电流百分比（%）。8600、2200分别为变压器全年空载、等效满载（负载系数相当于0.5）小时数。0.65：电费单价（元/kWh）。根据上述公式，分别对10KV1000kVA的S11型油浸式变压器、SC(B)11干式变压器、SH15型非晶合金变压器的年运行成本比较计算，计算结果如下表所示：
表2：10KV1000KVA S11、SC(B)11、SH15变压器年运行成本对照比较表
以我国配电变压器常用使用寿命30年计算，选用不同的变压器其运行成本是有很大的差别的如下表：
表3：10KV1000KVA S11、SC(B)11、SH15变压器寿命周期运行成本对照比较表
SH15-1000/10型非晶合金变压器比S11-M-1000/10油浸式变压器年运行成本少3924元，30年可少117720元，节约电能181108KWh。按1KWh可节省0.5Kg标准煤计算，30年可节省标准煤90554Kg，也就是91吨标准煤。同时大量减少了二氧化硫、二氧化碳、氮化物、粉尘的排放，减少了对环境的破环，更加绿色环保。而其初投资高出部分完全可以在不太长的时间内，由节省的电费补偿回来。全密封配电变压器、非全密封配电变压器；油浸式变压器、干式变压器、非晶合金变压器其需要的运行维护不同，其维护成本也不相同。因此，根据选定的数学模型，针对不同的选型方案，核算出各方案不同阶段的成本量化指标，综合考虑，再选出全寿命周期成本（LCC）最优的方案是一种科学的、系统的选型决策方法。在配电变压器的选址决策上，传统管理一般是以负荷中心为出发点进行选址。全寿命周期管理（LCM）作为一种现代管理模式在配电变压器选址时除了考虑负荷中心位置外，还要综合考虑配电变压器运行产生的温室气体，电磁辐射、噪声污染等影响环境因素造成的环境成本（CCE）。文献［3］对环境成本（CCE）进行了较详细的讲解并建模。全寿命周期管理对环境成本（CCE）的引入，使得配电变压器选址对环境的影响有了一个量化的指标，能促使配电变压器的选址更科学化、环保化、经济化，减少负面的社会影响。传统管理在配电变压器进入预退役阶段后，更换、退役、报废决策的依据常常仅为配电变压器的服役时间。采用全寿命周期管理则统筹考虑配电变压器服役年限、负荷情况、实际状态和运行维护检修成本等因素进行成本-收益评估[]。根据选定的数学模型算出变压器继续运行产生的全寿命周期成本增量和不更换变压器而节约的投资费用，当累计节约的投资费用大于变压器继续运行产生的全寿命周期成本增量，则无需进行变压器更换；反之，如果变压器继续运行产生的全寿命周期成本增量超过累计节约的投资费用，说明更换老化变压器可以带来更高的经济效益。[]这样既避免了服役年龄短但单位容量LCC大，效益低的配电变压器延迟更换、退役、报废，产生更多的LCC成本，得不偿失；又可避免状态良好、单位容量LCC正常的、效益高的变压器提前更换、退役、报废，造成资产浪费。从而做出科学的配电变压器更换、退役、报废决策。
4.1.2 大力推广配电变压器在线监测和状态检修
配电变压器传统管理的检修策略通常都是定期检修，“到期必修，到期才修”。这种检修策略有其方便、简单的特点，但管理不够精细，易造成一部分配电变压器检修过于频繁，增加了检修成本（CCM），而另一部分配电变压器却又存在检修不足的情况，易造成配电变压器故障和停电事故，增大故障成本（CCF）。采用配电变压器全寿命周期管理，根据对配电变压器各部件故障模式的的深入分析，针对配电变压器的结构特点，结合以往对配电变压器故障、维修信息的收集和整理，将配电变压器的故障分为：器身故障、绕组故障、铁芯故障、有载分接开关故障、非电量保护故障、冷却系统故障、套管故障、油枕故障、无励磁分接开关故障这九大类。配电变压器全寿命周期管理建立完善的变压器运行状态收集、整理制度，利用现代在线监测、试验技术得到油色谱分析数据、油老化实验数据、油中微水含量数据、吸收比、tanδ值、绕组电阻等配电变压器实时运行状态的特征参数。然后根据这些数据，利用计算机技术、智能控制中的专家系统等手段及时对配电变压器当前的真实状态作出判断。如有异常及时对故障类型进行判定，判定方法可根据配电变压器的实际情况选用一种或多种成熟的变压器故障诊断方法，如IEEE57.104-1991判断法、LCIE判断法、气体图形法、坐标法、特征气体法、IEC三比值法等。通过这一系列措施随时可得到较为准确的配电变压器实时工况，了解其早期故障预兆，并对故障可能发生的部位、趋势和时间段进行及时的、较准确的判断，掌握最佳的检修时机，制定出有针对性的、预防性的状态检修策略。这样既避免了过度检修又避免了检修不及时造成设备事故和故障停电，能有效降低配电变压器全寿命周期成本中的检修成本（CCM）和故障成本（CCF）。因此大力推广配电变压器全寿命周期管理，在在线监测、智能控制、计算机技术的支持下逐步将配电变压器的定期检修，精细化到针对每台配电变压器的状态检修，既能提高配电变压器运行的安全性、可靠性，减少设备故障和停电事故的发生，又能较为显著地降低配电变压器全寿命周期成本（LCC），提高配电变压器的运行能效。
4.1.3 以全寿命周期管理为原则，做好配电变压器各阶段的管理
配电变压器的全寿命周期管理将其全寿命周期的各个阶段作为一个整体统一考虑决策，制定相应的措施，同时还针对配电变压器全寿命周期各阶段产生的成本和费用进行有针对性的控制和管理，从而在保证配电变压器整体运行安全可靠的前提下，降低各阶段的成本，达到降低其全寿命周期成本（LCC）的目的，进一步提高配电变压器运行的经济性。一般来说配电变压器的全寿命周期管理可以分为三大块：前期管理、运行维护管理、退役报废管理。前期管理包括规划决策、选型、选址、采购、安装、调试、试运行等过程，这一阶段主要产生投资成本（CCI），应采取措施进行控制。同时其选型选址等决策又会影响后续运行维护管理阶段的运行成本（CCO）、检修成本（CCM）、故障成本（CCF）、环境成本（CCE），因此前期管理既要考虑如何降低投资成本（CCI），又要综合考虑运行成本（CCO）、检修成本（CCM）、故障成本（CCF）、环境成本（CCE），寻求最优的投资、选型、选址方案。运行维护管理主要包括配电变压器的运行维护、试验、检修、抢修等，这一阶段主要产生运行成本（CCO）、检修成本（CCM）、故障成本（CCF）、环境成本（CCE）、试验成本（CCS）。在选型选址确定后，此阶段的运行成本（CCO）、环境成本（CCE）、试验成本（CCS）基本已确定，因此此阶段降低全寿命周期成本主要要采取措施降低检修成本（CCM）、故障成本（CCF）。采用配电变压器全寿命周期管理，推广配电变压器的实时在线监测、分析，在智能控制、计算机技术的支持下推行预防性的状态检修策略，使配电变压器运行过程中常处于良好的技术状态，降低了故障率和减少停电事故的发生，从而降低故障成本（CCF），同时只对需要检修的配电变压器进行针对性的检修，改变传统的“到期必修”，降低了检修成本（CCM），从而降低了配电变压器全寿命周期成本（LCC）。退役报废管理主要包括配电变压器进入预退役阶段后更换、退役、报废决策和决策作出后对旧配电变压器的拆除和处置。配电变压器全寿命周期管理改变传统管理中作出更换、退役、报废决策常常仅考虑配电变压器服役年限这一观点，综合考虑服役年限、运行成本（CCO）、检修成本（CCM）、故障成本（CCF），以配电变压器继续运行产生的全寿命周期成本增量与累计节约的投资费用做比较来决定其更换、退役、报废决策。使那些运行状态不佳，故障频发，可靠性差，单位容量LCC高的变压器优先更换、退役、报废。配电变压器 决定更换、退役、报废后，旧变压器的拆除、清理成本及其残值构成全寿命周期成本中的处置成本（CCD），至此配电变压器寿命正式终结。
结论：
配电变压器是电力企业及大中型工矿企业生产与发展的重要设备，要最大限度地发挥配电变压器的作用，需进一步提高其管理水平。而配电变压器全寿命周期管理就是一种较先进的现代管理模式，其将配电变压器全寿命周期各阶段成本整体考虑，将各阶段成本建模量化决策等一系列特点能显著提高配电变压器管理水平，降低全寿命周期成本（LCC），提高运行效能，值得大力推广。本文从配电变压器全寿命周期成本（LCC）最优这一基本出发点，依据量化模型科学地进行变压器选型、选址、投资决策和更换、退役、报废决策；在配电变压器全寿命周期管理中采用状态检修替代定期检修；对配电变压器各阶段的管理控制等几个方面，对配电变压器全寿命周期管理进行了一些粗浅的探讨，希望能对配电变压器全寿命周期管理的推广和提高起到一定的促进作用。限于篇幅和笔者的水平有限，配电变压器全寿命周期各阶段成本的数学模型及修正本文未作进一步的详细探讨，同时文中难免有疏漏和错误的地方，请大家不吝指正。
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论文作者:毛自强
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/17
标签：变压器论文; 成本论文; 寿命论文; 周期论文; 故障论文; 阶段论文; 环境论文; 《电力设备》2017年第33期论文;