1国网鹤岗供电公司黑龙江鹤岗154100；2黑龙江省电力科学研究院黑龙江哈尔滨150030；3国网黑龙江省电力有限公司黑龙江哈尔滨150090
摘要：电力设备的可靠性评价一直受到电力企业的关注。本文综合分析电力设备全寿命周期成本与可靠性之间的关系。从电力设备全寿命周期成本效益比和可靠性增长试验的角度出发，建立电力设备全寿命周期成本与可靠性权衡模型，从而建立电力设备可靠性综合评价方法，以获得电力设备可靠性管理控制策略。
关键词：资产全寿命周期管理；可靠性；电网企业；电力设备
1引言
可靠性理论是以部件、设备以及系统寿命为研究对象的理论科学，为提高电网企业电力设备的可用性、可靠性提供了理论基础[1]。电网企业电力设备的资产全寿命周期管理将使电力设备在满足效益、确保安全的前提下，获得全寿命周期成本最佳的方案[2]。因此，把资产全寿命周期管理的相关理论和模型引入到电网企业电力设备的可靠性研究，对发展资产全寿命周期管理理论和方法，完善可靠性理论具有重要的意义。但是，现有的研究大多是围绕电力设备全寿命周期成本或电力设备可靠性管理而单独开展的，较少将可靠性管理与资产全寿命周期管理相结合，权衡电力设备全寿命周期的可靠性和经济性，研究即能降低电力设备各阶段成本又能提高设备可靠性的方法，从而实现电网企业电力设备全寿命周期内安全、效能、成本的综合最优。基于资产全寿命周期管理的电网企业电力设备可靠性研究的核心理念是在保持电力设备原有可靠性的前提下，分析电力设备各阶段成本与电力设备可靠性之间的关系，建立基于全寿命周期管理的电力设备可靠性评价方法，并制定出电力设备全寿命周期内的维护策略，从而达到优化电力设备资产全寿命周期管理及可靠性管理的目的。
2电网企业电力设备全寿命周期成本通用计算模型
本文将规划计划、采购建设、运维检修、退役处置等不同阶段成本统筹考虑，将电网企业电力设备各阶段成本进行分解，从而得到电网企业电力设备PLCC通用计算公式（1）[3]所示：
式中，PLCC—电力设备全寿命周期成本；CI—投入成本；ECC—能耗成本；CM—维护成本；CF—故障成本；CD—退役报废成本。
根据相关数据研究表明：一套复杂的电力设备在运维检修阶段发生的成本占总成本的76%，而规划计划、采购建设阶段的成本仅占总成本的20%，剩余的4%为设备报废回收残值。
3电网企业电力设备全寿命周期成本与可靠性
3.1电力设备全寿命周期各阶段成本与可靠性关系的分析
根据电网企业电力设备PLCC成本通用计算模型，分析电网企业电力设备PLCC各阶段成本与可靠性之间的关系。
（1）投入成本阶段
整个投入成本阶段按工程法又可细分为4个小阶段。
1）规划计划阶段
在规划阶段，规划成本直接影响投入成本，间接影响运维成本，电力可靠性与运维成本存在关联，因此规划计划成本与电力设备可靠性存在间接关联。
2）设计阶段
当电网规划完成后，设计单位将进行全部线路和变电站的设计工作，大量的PLCC分析计算工作发生在这个阶段，简单的说设计阶段将直接影响基建初投资和投运后电力设备运维成本（包括故障成本）。在这一阶段，与电力设备可靠性最直接相关的就是设备选型，选择可靠性高的设备，虽然会增加前期的投入成本，但后期的运维成本必然会下降，发生故障成本的可能性也会明显降低。但是，不同的用户或不同的电网负荷水平，对电力设备可靠性高低的要求也并不完全相同。因此，需要根据不同的用户要求或电网负荷要求，选择满足一定可靠性水平的电力设备。最终，整个设计阶段的PLCC分析就演变成为各种设计方案比选的PLCC优化问题。
3）招投标阶段
电网企业电力设备的招投标阶段，是保证设计阶段所选择的最优PLCC设计方案得到有效控制的必备条件。对于同一类型设备，招标方需要处理好设备价格和可靠性、设备选型和设备维修方式之间的平衡，综合选择性价比高的电力设备，从而确保投运后设备的可靠性。
4）基建（运输、安装）阶段
在这一阶段发生的直接成本包括设备购置费、建筑工程费、安装调试费三大部分，基建质量高低直接影响投运后设备故障成本的高低。
（2）运行维护成本阶段
电网企业电力设备运行维护成本，就是指电力设备运维期间所花费的一切成本总合：能耗费、环境费、人工费、例行检修保养或技术升级对零部件替换所发生的成本等。
运维成本的高低一般与电力设备容量、电压等级及规模有关。而对于新投运电力设备的运维成本和可靠性的关系，可将同类型电力设备的历史纪录与新投运设备的一些特征参数进行比较，用类比法进行估算，其计算模型如公式（2）所示[2]：
式中：ECC—能耗费，，Ti是i类设备的平均使用寿命；CM—维护成本，包括人工费、设备费等；CF—故障成本。
（3）退役处置成本阶段
退役处置成本是电网企业电力设备全寿命周期成本中的一部分。一般来说，可靠性水平高的电力设备性能各项性能参数较高，退役时间就晚，退役后的处置成本也相对较高；可靠性水平低的电力设备，各项性能参数相对较低，退役时间就早，退役后的处置成本也相对较低。
3.2电力设备全寿命周期成本与可靠性的权衡分析
在电网企业电力设备全寿命周期成本计算结果的基础上，依据可靠性理论，得到电力设备全寿命周期内的可靠性评价指标。同时，综合分析典型可靠性增长模型，建立全寿命周期成本与可靠性的两种权衡模型，并确定电力设备成本与可靠性的权重关系，从而得到最优决策方案。
（1）建立电力设备全寿命周期内的可靠性评价指标
可靠性是指产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。用数字形式将其数量化表示为：元件、部件、产品在规定的条件下、规定的时间内完成其规定功能的概率。对于成败型的部件，其工作的概率就是部件的可靠性，记为R（没有时间的概念）；对于寿命型部件，在t时刻的可靠性记为R（t）；对于应力强度型部件，其可靠性为部件所经受的应力小于部件本身强度的概率，记为Rs-s。
度量可靠性有以下几个常用的指标：
1）可靠度R（t）
可靠性的最基本描述是可靠度，设T为电力设备的使用寿命，T为随机变量，电力设备的可靠度R（t）为：
2）失效率λ（t）
衡量电力设备可靠性的另一个重要指标是失效率：电力设备工作到t时刻尚未失效，但在时刻t后发生失效的概率，称为设备在时刻t的失效率，即失效函数，记为λ（t）。
3）故障前平均时间
故障前平均时间是指设备从开始使用到失效前工作时间的平均值。对于不可修复部件，故障前平均时间是指部件发生失效前的工作时间，记为MTTF。
4）可用度
可用度属于可修设备重要的可用性度量指标之一。在实际应用中，稳态可用度是最重要的可靠性度量指标，它表示电力设备经长期运转，处在正常状态的时间比例，记为A（t）。
5）时间内设备故障次数的分布（0，t]
可修设备随时间的进程是正常和故障交替出现的过程。因此，对t>0，设备在（0，t]时间内故障次数N（t）是一个取非负整数值的随机变量，设备在时间内故障次数的分布为：
衡量可靠性的指标还有很多，除失效率、可靠度、平均寿命之外，还有有效度、维修度及平均修复时间等，分别用来衡量不同设备的可靠性。
（2）电力设备全寿命周期成本与可靠性的权衡分析
对电力设备全寿命周期长度预测与全寿命周期成本计算基础上，权衡分析设备全寿命周期成本和可靠性之间的关系，。并且，分别从电力设备全寿命周期成本效益比的角度和可靠性增长试验的角度出发，建立两类全寿命周期成本与可靠性权衡模型。
1）全寿命周期成本与可靠性关系模型Ⅰ
全寿命周期成本=一次性成本+重复性成本，进一步可划分为规划成本+采购成本+使用成本+维修成本+退役处置成本。因此，可以确定电力设备的全寿命周期成本计算如下：
（5）式中：Cp—电力设备的购置成本；Co—电力设备的运行成本；Cm—电力设备的维护成本；Cd—电力设备的退役处理成本。
Cp为确定性成本，主要是电力设备前期的固定投资，而Co和Cm是不确定成本，Co代表电力设备的运行成本，Cm代表电力设备的维修成本，Cd为电力设备的废弃成本。由于电力设备的寿命一般较长，因此维修策略直接决定了维护成本以及废弃成本的高低。
2）全寿命周期成本与可靠性关系模型Ⅱ
任何设备在论证、设计、研制和使用初期，其可靠性与性能参数都不能立即达到所规定的指标，必须经过后期的反复试验、完善才能使其可靠性不断的提高，这就是可靠性增长过程，可靠性增长在设备全寿命周期的每一个阶段都会发生。因此，针对电网企业电力设备的特点，在设备的采购、运行、维修和退役的全寿命周期过程中，只有采用可靠性增长的各项技术来进行分析和完善，才能在保证设备可靠性的基础上，有效降低全寿命周期成本。
其中，在可靠性增长试验中，最著名的是Duane模型[5]。该模型的前提假设是设备在可靠性的增长过程中，通过实施维修策略，逐步纠正设备故障，从而提高设备运转的可靠性。
如果一个可修设备的工作时间为t，在时间区间（0，t）内设备的总故障次数为N（t），而N（t）的非负整数取值特点决定了累计故障数是一个非连续函数的形式。在Duane模型的假设前提下，常把N（t）当作连续函数来处理。Duane模型所规定的设备系统故障率用λ1（t）来表示，其定义为：
其中：R表示电力设备资产的可靠性；LCC表示全寿命周期成本。
式（7）体现了在资产全寿命周期可靠性和全寿命周期成本约束下，寻求电力设备资产全寿命周期内可靠性与全寿命周期成本的协调统一。实际上，针对电力设备资产的全寿命周期可靠性与全寿命周期成本的权衡决策中，更多的应从设备资产全寿命周期的战略角度来看，在有限的资源和最低可靠性约束要求下，保障设备资产全寿命周期成本达到最优值，即设备资产全寿命周期运行成本达到最小；或者针对设备资产的种类要求，更加注重可靠性，尤其是电网企业的电力设备资产，对可靠性的注重程度更大。
4基于全寿命周期成本的电网企业电力设备可靠性评价方法
为了获得电网企业电力设备最优全寿命周期成本和最佳可靠性，本文建立了电网企业电力设备成本与可靠性评价结构，同时从规划阶段、设计阶段、招投标阶段、基建阶段、运维阶段等分阶段制定电力设备可靠性管理控制关键点，并以电力设备可靠性评价指标为中心，向可支持性、可维护性、财务和质量等四个方面辐射，建立一个完整的电力设备可靠性管理绩效考核指标体系，从而建立了基于全寿命周期管理的电力设备可靠性评价方法。
4.1建立电力设备成本与可靠性评价结构
本文分目标层、成本层及指标层等三层建立电力设备成本与可靠性评价关系结构模型：第一层是目标层，即综合最优的电力设备成本；第二层是成本层，即电力设备各阶段发生的成本；第三层是指标层，即能反映电力设备阶段成本的可靠性评价的具体指标。
4.2定电力设备可靠性管理控制关键点
为了获得电力设备最优全寿命周期PLCC和最佳可靠性，本文分阶段制定电力设备可靠性管理控制关键点：
1）规划阶段
将历年电网规划数据和各种预测方法有机结合，综合考虑由于电网规划调整而造成的可靠性指标裕度范围内设备成本的变化范围，按照不同供电区域和负荷性质分类管理供需数据，从而高效地进行电网规划。并且，在科学的数学模型基础上，进行电力系统可靠性分析和科学预测，以此提高电网规划水平。
2）设计阶段
将资产全寿命周期管理管理理念引入到电力设备的可靠性管理中，并将可靠性管理延伸到电力设备的设计阶段，从源头上控制质量和成本，从而满足电力设备可靠性管理要求。
3）招投标阶段
为了获得最佳的可靠性和PLCC，在评标环节中增加相同设备不同投标厂商历史可靠性数据对比，例如：增加各厂商电力设备故障率的统计评价，增加子部件更换维修成本对比分析，以降低设备投运后发生故障成本的概率。
4）基建阶段
加强电力设备监造管理，通过制定标准化验收卡，加强现场作业安全和质量，减少因生产、运输及安装导致的设备缺陷，并减少设备投运一年内的停电次数。
5）运维阶段
状态检修能够体现电力设备资产全寿命周期管理思想，综合成本优化管理，并对电力设备检修策略的制定进行指导。因此，改变定周期检修策略，推行状态检修，增加设备在线监测方式，扩大在线监测装置覆盖范围，完善状态检修策略，是减少设备运维成本及提高其可靠性的关键。
4.3建立电网企业电力设备可靠性管理绩效考核指标体系
本文选取以下几个方面的指标：电力设备维护性指标、可靠性评价绩效指标、支持性指标、财务指标及质量指标等。并且，综合以上五个方面，建立电力设备可靠性管理的完整绩效考核体系，该考核体系不仅对指标进行量化，更增加资产全寿命管理等相关指标的考核，能够更好的反映全寿命周期管理与电力设备可靠性的关系。
同时，需要有明确的考核细则与之相对应，通过具体的指标描述和指标考核办法，对指标进行打分评价，并根据每年的检修计划进行半年度滚动修订调整，从而形成一套完整的电网企业电力设备可靠性管理绩效考核体系。
5结论
本文将资产全寿命周期管理理念正确应用到电网企业电力设备可靠性管理中，将电网企业电力设备全寿命周期内各阶段发生的成本与设备运行后可靠性水平相对应，详细分析了电力设备全寿命周期成本与可靠性之间的关系。同时，综合分析电力设备全寿命周期成本与可靠性之间的权衡关系，分别从电力设备全寿命周期成本效益比的角度和可靠性增长试验的角度出发，建立两类电力设备全寿命周期成本与可靠性权衡模型，建立了基于资产全寿命周期管理的电网企业电力设备可靠性评价方法，从而根据统计评价结果制定不同的投资和检修策略。最终，实现了电网企业电力设备可靠性管理的深化应用，在一定程度上拓宽了电网企业资产全寿命周期管理的研究领域，为实现电网企业电力设备的安全、效能、成本综合最优提供了一定的理论和现实依据。
参考文献：
[1]殷可，郁东升.全寿命周期成本（LCC）在变电站主设备招标采购中的研究与实践[J].华东电力，2009，37（3）：0436-0439.
[2]王普，基于可靠性的设备资产全寿命周期管理研究[D].北京理工大学博士学位论文，2013年.
[3]帅军庆.电力企业资产全寿命周期管理：理论、方法及应用[M].中国电力出版社，2010.
[4]劳斯.随机过程[M].北京：中国统计出版社，1997.