淺析壽命周期成本管理在上海電力系統的應用

        一、壽命周期成本（Life Cycle Cost或LCC )管理的涵義
        電力系統壽命周期成本（Life Cycle Cost或LCC）管理的涵義是在可靠性的基礎上使設備和系統壽命擁有成本（Owning Cost)為最低的管理。LCC的管理包括從設備或系統的設計、選型、采購、運行、維護、更新和退役等整個壽命周期的管理。
        電力系統的LCC管理主要涉及兩大范疇：工程范疇和財務范疇。工程范疇主要涉及：設備可靠性、壽命分析、維修對策分析、設備失效統計、失效對整個系統的影響、更新部件和維護對系統壽命的影響等。財務范疇主要涉及：設備或系統的最初投資成本、設備初投資成本在不同方案時的比較、投資成本和運行成本的比較、設備故障對系統的影響及可能導致的損失比較、設備的維護或更新成本、設備的退役成本等。
        電力系統的LCC管理是一種在可靠性及壽命管理的基礎上，其經濟效益最終歸納為財務成本及產出的管理方法。
        二、電力系統中壽命周期成本管理常用的一些計算方法
        常用的工程設備可靠性和壽命計算方法中包含有一些經驗估算及統計方法，其中包括：
        ．（MTBF )失效時間指標
        ．綜合可靠性和成本決策樹（decision tree）
        ．Weibuil概率圖表（威布爾）
        ．Monte Carlo模型、蒙特卡羅法分析（隨機抽樣法）
        ．關鍵問題點的排列圖
        ．失效樹分析
        ．可靠性軟件工具
        ．失效記錄、分析和改進措施
        ．失效模式影響分析
        ．重大影響安全和成本的關鍵項
        ．可靠性試驗策略、加速試驗
        ．可靠性生長模型
        ．可靠性驗證
        ．可靠性改進中的管理的作用
        維修對策分析包括：
        ．以可靠性為中心的維修分析
        ．維修間隔期優化
        ．設備后期費用控制的分析
        上述方法中多數為工程方法，需要有故障統計數據的積累及經驗，有些方法需要專門的培訓和學習。
        LCC管理中的基本財務計算方法有NPV方法和NCF方法：
        NPV是Net Present Value的縮寫，直譯為凈現值。由于工程或項目的投入和產出往往有延遲性，故NPV不僅考慮了資金的時間價值，也建立了工程中投入產出在財務上的聯系。NPV的定義式為：

         r在上式中稱為折扣率，它往往要考慮各項市場因素，如漲價、市場風險等，實際上也反映了資本成本。
        從定義式可見，NPV是考慮項目或工程的凈現值，其中NCF是凈現金流，考慮了在t年內投入、產出、折舊、殘值等諸多因素。
        NPV方法反映了下列三個指標：
        a.投資回收年限；
        b.項目的風險性，成本回收年限越長，風險越大；
        c.投資收益率。NPV是負值，說明投資收益是負值，項目不可取；NPV是正值，且NPV值越大，說明投資收益率越高。
        NCF是Net Cash Flow的縮寫，意為凈現金流，作為一個企業效益評價指標，現金流是最直接地反映了財務運轉的情況。因而現金流不僅用于財務報表，也常用于工程實踐的分析中。對于電力行業的LCC管理計算，現金流主要考慮用于生產經營目的中發生的現金，如總收入減總支出，再考慮利率和年份。在電力系統LCC管理中，NCF是廣義的，它將各種可能發生的故障情況也反映在現金流上，因而LCC最終是以現金流來表達的。
        三、壽命周期成本管理在電力系統的應用
        壽命周期成本管理在電力系統內的實際應用目前僅限于幾個較發達的國家，較集中的是美國和瑞典，在日本、加拿大、澳大利亞等國家在技術討論上也見零星報道，因而該項技術在電力系統內應用是較具前瞻性的。
        美國將壽命周期成本管理的方法首先應用于核電站，因為核電站建設是以可靠性作為優先考慮因素，因而在可靠性的基礎進行壽命周期成本管理更具必要性和緊迫性。在核電站壽命周期成本管理的基礎上，他們將該項技術推向了發電機、大型變壓器、勵磁機、低壓輸配電系統、儀用空氣系統。加拿大和歐洲一些國家將壽命周期成本管理和可持續性發展結合起來，偏向于電力系統中的綠色能源，在計算成本時考慮了環境的影響。來自制造廠的專家也提出壽命周期成本管理方法在高壓開關、變電站方面的應用。因而，壽命周期成本管理方法在電力系統中有逐漸推廣應用之勢。
        在電力系統推廣應用壽命周期成本管理有其特點，對系統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中必不可少的步驟。對于新建的設備，壽命周期成本管理主要包含以下工作，以新建一個變電站為例：
        a.根據技術要求確定不同的布局，以多個備選方案作比較；
        b.不同方案下的全壽命周期成本；
        c.不同方案下的可用率；
        d.不同方案下的風險（即全壽命周期成本的不確定性）；
        e.確定預期的各種變電站擴展計劃或更新計劃；
        f.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1表示：
        對于已投入運行的設備進行LCC管理，就要采集運行數據輸入數據庫，故障時間和檢修后恢復時間都要進入記錄，包括故障原因、計算檢修成本，而這時的LCC決策演化為對現有設備的維護、更新或改造及優化的方案取選，衡量的基本方法也是以可用率和LCC為依據，而輔助工具包括專家和經驗估計、運行中的事故記錄報告、事故的統計數據、事故模型等。

圖1  壽命周期成本管理示例圖

        四、上海電力系統開展壽命周期成本管理淺析
        1.在上海電力系統開展壽命周期管理的必要性和可行性
        根據上海市電力公司科技發展“十五”計劃的指導思想和原則，技術創新是公司生存發展的命脈，科技進步應支持和促進電網可持續發展戰略的實現，而科技進步以信息技術的開發和有效應用為中心。另一方面，近年來上海電力公司各單位在建立與完善各級管理信息系統(MIS)、開發與實施配電自動化(DMS)和變電站綜合自動化，開發應用地理信息系統(GIS)，建立并運用大型企業電力負荷監控系統等方面，取得了大量科技成果，為今后的電網設備全壽命周期成本管理打下了基礎。重要的是，市東供電局將變電站站內自動化、饋線自動化、負荷監測和管理、地理信息系統集成于一體，實現了自動化識別故障、快速隔離故障與網絡重構功能，使環網內非故障用戶停電時間小于1分鐘。AM/FM/GIS也在上海完成試點，并將實現與SCADA的系統信息集成，這些成果均為LCC的試點提供硬件上的支持。作為基礎設施，城鄉電網改造促進了新技術和新設備的大量使用，如真空開關、SF6開關、箱式變壓器、環網開關柜、非晶合金鐵心變壓器等，這些新設備的采用在實際意義上起到了降低壽命周期成本的作用。最為重要的是，這些軟件和硬件方面的改進使職工的管理理念和素質得到很大的提高。
        上述這些條件，奠定了在上海電力系統進行壽命周期成本管理的基礎。當然，隨著壽命周期成本管理工作的深入，將會發電網中更多值得進一步改進和完善之處，而這也是項目的目的之一，發現薄弱環節并改進之，使設備的可靠性較高并使LCC最小。
        2.在上海電力系統開展壽命周期成本管理可預期的目的
        (1)根據已收到的擬考察國外咨詢公司對上海電力公司進行壽命周期成本管理的工作框架建議，LCC項目的立足點是從全系統著眼，在整個電網系統考慮LCC最低，根據這個原則，來考慮單個部件或設備的LCC。因而，辨別確定系統中的關鍵(critical)部件及該部件對整個系統的影響量是項目研究的重點。整個項目的研究必然將導致對全網系統的可靠性及故障影響模型的研究，將梳理出關鍵設備或現在薄弱點，這項工作在當前歐美各國相繼發生大面積停電的形勢下顯得尤為重要，根據梳理出的關鍵點和薄弱點用LCC理念進行管理、整改，必將對全網的可靠性有較大好處。因為LCC考慮了故障成本、維護成本等諸因素，是在以可靠性為基礎上的總成本最小。
        (2)對于新建的設備，用LCC管理方法可減少新建設備選型的盲目性，使新建設備的LCC融合到整個系統中，以合理的成本獲得高的可靠性，從而獲得最大的經濟收益。
        (3)對于現有設備的資產管理，可用LCC管理理念來確定維護檢修方式、備品備件的配置地點和數量、設備用維護檢修來延長壽命還是更新或技術改造來獲得最低LCC，從而為企業的可持續發展奠定基礎。
        (4)用壽命周期成本管理方式是一種理念的更新，管理人員對電網的可靠性情況將更為關注和熟悉，對提高管理人員的素質和工作責任有促進作用。另外，壽命周期成本也考慮了檢修、維護人員的培訓成本，這對這些基層工作人員的安全意識和明確工作目標有好處。總之，新的管理理念和考核方法的引進將導致人員管理素質和工作責任心的提高。
        (5)LCC的管理從設備的選型、設計及購買前開始，這樣對制造廠也相應提出了LCC的要求，從最新獲得的資料看，部分制造廠，如ABB、Siemens也在開展LCC工作，制造廠和用戶的相互配合必將導致新產品在質量性能上的提高，最終將導致系統的LCC最小。
        (6)對原有設備監測分析水平的提高、對原有設備進行LCC管理，要求進行相關的數據采集，這樣必然會導致數采系統的改進及運行人員分析能力的提高。
        3.在上海電力系統開展壽命周期成本管理的風險
        像其他所有項目一樣，新的管理方法首先將遇到惰性的阻力，項目需要全員參與，而在此過程中20-50-30定理（20%贊成，50%中立，30%反對）將發揮作用。因而如果只有少數人努力，必將會導致項目的失敗。
        由于在電力系統進行LCC管理具有先進性和前瞻性，因而也帶來了風險。主要體現在實際執行過程中會出現在理論上可行，但實際上由于客觀條件的限制，不得不做出調和的現象，這將影響項目執行的實際效果。
        本項目如聘請國外先進的公司進行咨詢，由于系統的不同，中外雙方工作人員將有磨合過程，溝通方面的風險將導致咨詢作用的弱化。
        五、結束語
        上海是我國經濟發達和國內生產總值持續增長的特大型城市，電網的安全穩定十分重要。尤其是繼“8.14”美加大停電，隨之以后的倫敦、意大利等相繼大停電的發生，更是對上海電網的安全運行提出嚴峻的挑戰。對于電網的資產管理需要有理念和方法上的更新，而基于可靠性基礎上的壽命周期成本管理是起源于各國軍隊中高新技術武器領域（高性能戰斗機、激光制導彈、航母等對可靠性要求非常高的設備），隨之又推廣應用到核電站的建造，也是可靠性要求很高的設施，而電網資產管理同樣也是對可靠性要求很高的，故壽命周期成本管理引入到電網資產管理中來有其一定的必然性，而從國際上各主要先進國家用壽命周期成本管理技術在電力系統的應用情況看，這項決策是具有先進性和前瞻性的。