以全寿命周期成本LCC理念进行可靠性管理的探讨与实践

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滕乐天，李力（上海市电力公司，上海200011）

摘要：电力体制改革需伴随新的可靠性管理模式，上海市电力公司尝试在可靠性管理中引入全寿命周期成本（LCC）管理这一个先进的理念，通过泰和变电站GIS设备的工程决策这个试点项目研究，成功地将LCC理念与电网设备的可靠性管理予以有机地结合，探索出一种在市场化条件下设备管理的新模式。本文介绍了LCC管理的基本涵义及其历史演革。在电力系统的应用情况及在泰和变电站工程决策的实践，期望这种新的理念和方法得以不断地改进和推广，促进我国的电力工业进步。

关键词：全寿命周期；成本管理；可靠性


1概述

全寿命周期成本（LifeCycleCost）管理是从设备、项目的长期经济效益出发，全面考虑设备、项目或系统的规划、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LCC最小的一种管理理念和方法。LCC管理的核心内容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。

LCC概念起源于瑞典铁路系统，1965年美国国防部研究实施LCC技术并普及全军，之后，英国、德国、法国、挪威等军队普遍运用LCC技术。

1999年6月，美国总统克林顿签署政府命令，各州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。同年，以英国、挪威为首组建了LCC国际组织，由50个国家、地区参加。该组织为保护参加国购置装备的经济利益，要求设备、工程中间商、推销商为买方提供LCC估算。将LCC技术运用于电力系统仅有少数几个发达国家，较集中的是美国和瑞典，该项技术在电力系统的应用在国际上是前瞻的。

美国将LCC管理的方法首先应用于核电站，因为核电站建设是以可靠作为优先考虑因素，因而在可靠性的基础进行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、仪用空气系统。加拿大和欧洲一些国家将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。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，因而，LCC管理方法在电力系统中有逐渐推广应用之势。

在电力系统推广应用LCC管理有其特点，对系统的可靠性和部件失效的分析，以及失效引起的损失的评定，是开展该项工作必不可少的步骤。对于新建设设备，以新建一个变电站为例，LCC管理主要包含以下工作：

（1）根据技术要求，确定不同的布局，以多个备选方案作比较；

（2）不同方案下的LCC；

（3）不同方案下的可用率；

（4）不同方案下的风险；

（5）确定预期的各种变电站扩展计划或更新计划；

（6）在满意的可用率和可接受的成本之间，找到最佳平衡点。

上述过程可以用图1表示。

对于已投入运行的设备，要进行LCC管理，就要采集运行数据进入数据库，故障时间和检修后恢复时间都要进行记录，包括故障原因、计算检修成本，而这时的LCC决策演化为对现有设备的维护、更新或改造及优化的方案取选，衡量的基本方法也是以可用率和LCC为依据，而辅助工具包括专家和经验估计、运行中的事故记录报告、事故的统计数据、事故模型等。

2以LCC理念进行可靠性管理的探讨
全寿命周期成本（LCC）管理是在满足可靠性要求的基础上，使设备和系统寿命拥有成本最低的管理。电力系统的LCC管理是一种在可靠性及寿命管理的基础上，其经济效益最终归纳为财务成本及产出的管理方法。

设备的全寿命周期成本在设备的选型及设计阶段已大部分确定（70%以上），而对电力系统的设备来说，设备故障引起的损失占成本中较大的部分，因而，在设备设计选型时就考虑可靠性因素，把可靠性管理前移到设备的起始阶段。可靠性管理的重点提前到设备或系统的规划设计和基建采购阶段，科学地从设备寿命的整个周期内来考虑可靠性对整个寿命周期内成本的影响，从一开始就把可靠性管理工作做好，必然大大推动可靠性预计技术在电力系统的应用，也必须促使设备制造商加强对其产品可靠性的跟踪与反馈，在产品设计制造过程中更进一步提高可靠性。

这项工作无论是对在市场化条件下企业的长期发展及整个社会资源的合理科学配置与应用，都具有积极的意义。尤其是当前，提供科学发展观，提倡可持续发展，更是为以LCC理念进行设备可靠性管理奠定了理论基础。

3以LCC理念进行可靠性管理的实践

上海市电力公司领导对开展设备LCC管理十分重视，组建了以公司主要领导为研究项目负责人的项目领导小组，并指出为确保公司可持续发展，强化以可靠性为中心的设备管理，降低综合成本，提高公司整体效益，引入国际先进理念与方法，开展全寿命周期管理工作的研究。

为了探索LCC管理及上海电力系统应用方法，公司选择了泰和变电站220kVGIS设备的工程决策（大修、改造或更新）实例作为项目研究的试点，公司组织了LCC试点项目《泰和变电站220kVGIS设备的LCC模型和计算》的技术攻关，由生技部牵头，和日本三菱公司进行了多次有关大修和扩容改进方案的询价及技术探讨，召集有关部门、超高压公司、设计院和电力研究所各专业人员进行了多次专题讨论，完成了《泰和变电站220kVGIS设备的LCC模型和计算》的技术报告，对三种方案在风险成本、一次投入、运行维护成本、故障率和GIS的运行寿命等各方面进行了分析，并引用了部分国际上GIS的运行统计数据，为GIS的LCC计算建立模型，得出三种方案的全寿命周期费用，为最终决策提供了科学依据。

泰和站220kVGIS设备系日本三菱公司产品，包括9个间隔（进线6回、母联1回、压变避雷器2回）。断路器型号为：200-SFLT-32A，额定开断电流31.5kA。母线闸刀：200-GR，线刀：200-GR，接地闸刀：200-GRE。

该设备1978年出厂，1982年投用，运行至今操作200多次，均为正常电流切断操作，根据制造厂维护说明书要求，大修年限为12年。由于该型设备运行情况较好，加上制造厂原规定大修年限为12年，在当时也缺乏统计依据，因而在该设备运行年限满12年之后，有关检修和运行各方曾对此设备是否要大修进行过专门讨论。根据当时的设备状态和运行操作次数，再考虑到大修对设备的风险及费用，最终结论是不对该设备进行大修。

由于系统容量的扩展要求及GIS本身状态评估要求，需要对这一已运行20多年但尚未大修过的设备作出决策，到底是大修、改造扩容还是更新，在满足可靠性的基础上使LCC最小。

大修、技术改造或更新备选方案的选择，需考虑设备容量发展要求、设备制造商维护说明要求及设备本身状态情况等因素，据此进行综合分析比较。从LCC管理角度讲，设备维护更新费用的节省与否与电网本身的安全可靠程度有紧密联系，在此，必须引入“惩罚成本”（即故障停运成本）的概念。“惩罚成本”包括停运产生的直接经济损失和间接经济损失，对于电力系统的LCC来说，惩罚成本往往大大高于维护成本，因而，各种备选方案都应计入惩罚成本的影响。停用成本的确定成为将LCC理念与可靠性管理结合起来的关键。

停运成本可分为直接成本和间接成本。直接成本是停运概率、停运持续时间和平均停用功率、停运后维修成本的函数，它计算的是由电量损失而引起的直接经济损失。

停用成本不但与本身的停用有关，还与其它分支的停用有关，所以影响停用成本的因素包括网络构造形状、网络组成部分的可靠性、开关的位置和可靠性等有关。我们注意到，在有冗余设备的线路中，停用损失可以为0，单点设备故障可快速隔离，其供电负荷可由另一冗余设备来提供。

为确定三种方案的可靠性变化而引起的故障成本的变化，引进了国际大电网会议（CIGRE）的资料，其中有关GIS的故障率统计曲线为故障率的确定提供了参照依据，故这里的故障成本计算，参照全样本数的曲线，如图2所示。

假定该GIS的浴盆曲线形态，满足全样本曲线的规律，只是在拐点处向后移到30年处，则可从计算曲线下面积着手，算出在超统计寿命期内的故障率变化。
由图2曲线可得y=0.0046x2-0.0659x+0.7171算式，并从故障曲线可以看到，拐点出现在第10年处，在第10年后曲线开始向上弯曲，但弯曲的程度非常小，整个曲线在10～15年内还是落在1.00范围内。亦即，即使GIS过了30年的寿命期，其故障率的变化还是相当平缓的，将上述曲线用二次方程进行回归后求得曲线方程，再从第30～35年内曲线下面积增量为ΔS=16.97次/（102×仓），折算到每年每仓为0.034次，假定每仓故障都引起停电，则按直接停用成本方式计算：ΔCF=0.035×5×9×11.72=17.93万kW·h。由此，建立了可靠性和成本之间的量化关系。


在本例中，我们可发现，当设备的可靠性或系统的可靠性是和投入成本成正比时，建立可靠性和成本的量化关系可以为设备或系统的投资决策提供依据，因而以LCC理念进行可靠性管理另一个附加好处就是提供了量化依据。我们会很自然地得到结论，对于位置重要，停电后影响面广，故障成本大的设备其可靠性要求必定要高，但到底做何种投入才是最有效的呢，在此时，可靠性和成本之间在量化方面的平衡就显得极为重要。

在实际成本计算中涉及许多其它因素，因而对三种方案中进行了多重敏感性分析，包括：设备价格变化灵敏度分析、人民币利率变化灵敏度分析、规划变化灵敏度分析、外汇汇率变化灵敏度分析等等。

经过技术攻关，最终得出的结论为采用改造扩容方案在可靠性，规划风险等方面有利，为工程的实际决策提供了依据。该工作的另一个重要之处是为上海电力公司开展LCC管理研究提供了一个参照样板。

4结语

（1）以LCC理念进行可靠性管理是我国电力体制改革后一种新的电力可靠性管理的模式和方法，这种方法虽然在电力系统处于尝试性阶段，但由于其先进性和合理性，必然会具有较强的生命力。

（2）LCC理念和可靠性管理的有机结合，为可靠性管理提供了量化平衡方面的途径和方法，必将为细化可靠性管理创造条件。

（3）以LCC理念进行可靠性管理的关键点是在从一开始就把工作做好，将可靠性管理前伸到设备的规划、设计、采购、基建阶段，使之设备的选型采购更为科学合理。在此，传统的最低价中标概念将受到挑战，只有总体成本最小的方法进行决策才符合科学发展观。


作者简单：

滕乐天（1961-），男.上海人.高级工程师，从事输配电研究与管理.上海市电力公司生产科技部主任
李力（1962-），女.河北人.工程师，从事电力可靠性管理工作。上海市电力公司生产科技部

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不错第一次接触lcc管理

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LCC的开展比较无头绪，有没有一个详细点的模板或流程呢？不然看起来怎么感觉都是空的。

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LCC成本管理理念在产品研发设计阶段的应用
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□葛晓辉刘东生　《会计师》2006年第08期
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　　一、产品成本是研发设计的结果
　　
　　一般来说，在企业里，设计者与企业所关心的成本存在着不同。企业必须知道产品的总成本，但设计者只是关心他们所能控制的那部分研发设计成本。把全寿命周期成本的控制与产品的研发设计结合在一起，并当作一项控制产品全寿命周期成本的根本措施的原因是：通过统计和观察，影响LCC的决定因素是设计思想和经济观念。一项产品，其研制、生产、使用各阶段的费用，看起来似乎是由研制、生产、使用各部门各自决定的，因而其LCC也似乎是这几个阶段费用简单相加的结果，但实际上却并不然。由于一个产品越到其后期，改变它的性能、结构、使用条件等固有因素的可能性就越小，因而产品全寿命周期中前面的阶段对后面的阶段有着很大的决定和制约作用，各阶段对LCC的影响程度各不相同，而且是不断递减的。等到使用、维护阶段，如要想再对减小LCC或使用维护费用有所作为，就更难了。
　　有数据表明，在一个复杂的装备产品的全寿命中，方案论证结束时，全寿命周期成本的70%大体上已被决定；方案审批确定时，全寿命周期成本的85%已被决定;而待到全面研制工作结束时，则该武器系统全寿命周期成本的95%已被决定（如图一所示），因此，可以说，产品成本是研发设计的结果。
　　
　　二、研发设计阶段降低LCC的办法和措施
　　
　　从图一可以看出，企业在产品研发设计工作以外的控制LCC的范围是极其有限的。因此，控制全寿命成本的根本途径还在于:（1）在产品的研发设计阶段中对方案进行充分、科学的论证;（2）早期对系统精心、优化的设计;（3）系统的总体设计者是否按最经济的原则进行设计。总之，它要求从产品的方案论证和初步设计就开始考虑产品的可生产性、可靠性、可维修性等要求，特别注意生产成本的降低和使用、维护费用的节约。表一列示了一些产品研发设计阶段降低LCC的方法和措施。
　　
　　三、面向LCC的设计技术方法介绍：DTC（DesignToCost）
　　
　　DTC的意思是按照给定的费用指标进行设计，也可写为DesignToLifeCycleCost。DTC的研究在国外开展得比较充分，但国内较少见到。它是由美国国防部开发的，是与LCC密切相关的研究内容。美国国防部在提出了LCC的概念后，就使用DTC方法提高了政府采购的有效性。它要求在工程系统的研发设计研制中将成本的确定与技术、性能和工程进度列为同等重要的参数考虑。为了得到合理的LCC的设计，应当在可靠的模型和经验的基础上确定合理的成本目标，使设计人员发挥能动作用，使设计结果达到预期的成本目标。
　　按费用设计的设计方法和管理技术的做法为设计者提供了目标成本，这样至少可以告诉设计者何时可以中止，因此它激励了设计者对功能要求和成本目标的追求，使工程系统的研制节省了大量的费用。在航空工业中使用这一方法收效明显。例如:美国设计的F-16战斗机，由于运用了DTC方法，从方案设计阶段就把成本作为与性能同等重要的因素。通过仔细地比较各种候选设计方案，最终选择了一个尺寸小、重量轻、结构简单和技术风险小的低成本方案。据分析，若F-16的设计不采用此方法，就要多花费42亿美元的全生命周期成本。F-16的设计既提供了符合要求的性能，又保证了较低的研制成本和LCC，在国际同类型战斗机中处于领先地位。
　　(作者单位:葛晓辉，平安保险股份有限公司;刘东生，中国冶勘总局一局)

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感觉这个方法的实施成功与否，取决于很多技术参数与经验，这样才能对过程中很多非设计因素等量化，进行整体评价。

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IEC有个寿命周期成本管理的文件，是讲做可靠性的经济管理，具体编号要再找一下，惭愧！