电力安全技术 第１８卷（２０１６年第６期） １ ０ ｋＶ开关柜维修和技改策略的 分析与探索 肖 洋，刘旭明，黄玉忠，李 帅 （深圳供电局有限公司，广东深圳 ５１８０２０） ［摘要］介绍了电力设备全寿命周期管理理论，通过对比分析１０ｋＶ开关柜定期维修与技改 的全寿命周期成本，探索出对该类设备定期开展大小修为优选策略，为供电企业对ｌＯｋＶ开关柜的 管理工作提供探索性的数据支持和参考。 ［关键词］全寿命周期；１０ｋＶ开关柜；维修；技改 ０引言 随着我国电网的快速发展，传统的资产管理方 分为购置、运行、维护、修理、更新、报废等几个 重要阶段，主张按照其寿命周期的运行规律，找到 设备的标准运行状态及关键控制点。 上述理论的研究体系较为完善，注重ＬＣＣ的 定量分析，强调通过建立数学模型来进行全寿命周 期成本的定量分析，从而对资产从设计、购置、运 行、维护直至退役等全过程系统管理，合理利用资 产的生产能力，降低成本，实现资产效益最优。 式暴露出越来越多的问题，供电企业往往只重视初 始投入，而未能从设备整个寿命周期的角度来考虑 成本，从而造成大量资金浪费。 中国南方电网公司近年来引入资产全寿命周期 管理的理念，并在中长期发展战略中对提升资产管 理能力提出了新要求。某供电局根据南方电网公司 的相关要求，对资产管理工作提出了明确的目标和 举措。 ２ １０ ｋＶ开关柜设备运行现状 ２．１高压开关柜的组成 １全寿命周期理论 全寿命周期成本（Ｌｉｆｅ Ｃｙｃｌｅ Ｃｏｓｔ，ＬＣＣ）理 论将固定资产相关费用支出加以分析，构建了以下 模型： ＬＣＣ＝ＣＩ＋Ｃｏ＋ＣＭ＋ＣＦ＋ＣＤ ０１、 高压开关柜是由高压断路器、负荷开关、接触 器、高压熔断器、隔离开关、接地开关、互感器及 站用变，以及控制、测量、保护、调节装置，内部 连接件、辅件、外壳和支持件等组成的成套配电装 置，其内的空间以空气或复合绝缘材料作为介质， 用于接受和分配电网的三相电能。 式中： 卜投入成本，包括采购及建设成本 ２．２ １０ ｋＶ开关柜数量统计 （Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ Ｃｏｓｔｓ）； Ｃ０——运行成本（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｃｏｓｔｓ）； 某供电局西部片区现配置１０ ｋＶ开关柜的变电 站有１０２座，１０ ｋＶ开关柜数量为６ ９８９台。１０ ｋＶ 开关柜的运行年限在１－１８年之间，对应数量分布 ＣＭ一卜维护成本（Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ Ｃｏｓｔｓ）； 故障成本，也称惩罚成本（Ｏｕｔａｇｅ ｏｒ 如表ｌ所示。 ２．３ １０ ｋＶ开关柜缺陷率统计分析 通过梳理２０１０－－－２０１４年各运行年限１０ ｋＶ开 关柜缺陷数量（见表２），绘制了１０ｋＶ开关柜运行 年限与缺陷率统计图（见图１）。 Ｆａｉｌｕｒｅ Ｃｏｓｔｓ）； ＣＤ——废弃成本（Ｄｉｓｐｏｓａｌ Ｃｏｓｔｓ）。 电力设备寿命周期理论（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｌｉｆｅ Ｃｙｃｌｅ Ｃｏｎｃｅｐｔｓ）是将电力设备的寿命周期划 一Ｏ一 第ｌ８卷（２０１６年第６期） 电力安全技术 表１ １０ ｋＶ开关柜运行年限对应数量统计 运行年限 。 数量，台 占比，％ 表２ ２０１０－２０１４年各运行年限的１０ ｋＶ开关柜 缺陷数量统计 运行年限 缺陷数量，个 缺陷率，个／（百台·年） Ｏ Ｏ ０．７０６ ０．５６２ ２．７３４ ２．４３ ４ ４．３０６ ４．０６４ ７．１３８ ６．５６４ ４．３４ ５．４８６ ５．７４４ ０ ２．１８２ ８．３ｌ６ ０．９０９ 由图１可见，运行卜４年，开关柜缺陷率较低， 平均为０．３９４个／（百台·年）；从第５年开始缺陷 率明显提高，运行５－９年的开关柜平均缺陷率达 到３．３２０个／（百台·年），是前４年的８．４倍；运 行ｌ０年之后，平均缺陷率达到６．１７９个／（百台’年）， 是５－９年平均值的近２倍。 一 廿 － 姐 ｏ ｏ ６ 一 ＼ 七 ＾ 槲 图１ １ ０ ｋＶ开关柜运行年限与缺陷率统计 ３ １ ０ ｋＶ开关柜维修与技改策略的对比分析 ３．１维修和技改的定义 设备维修是电力企业安全生产管理的重要组成 部分，也是设备运行使用过程中费用的主要来源。 维修的目的是消除设备经常性的有形磨损和排除设 备运行过程中的各种故障，以保持设备在其寿命期 内保持必要的性能，发挥正常的效用。维修可分为 日常维修、小修和大修等几种形式；根据维修策略 的不同可分为事后维修、预防性定期维修、状态检 修等。 技术改造是指应用现代科学技术成果和先进经 验，改变现有设备的结构，装上或更换新的部件、 装置和附件，以补偿设备的有形和无形磨损。通过 技术改造，可以改善设备的技术性能，增加设备的 功能，使设备达到或局部达到新设备的技术水平。 南方电网公司的生产技术改造通常是指对满足相关 条件的设备进行整体更换。 ３．２ １０ ｋＶ开关柜维修和技改成本分析 根据开关柜缺陷率的统计并结合开关柜的结构 原理分析可知： （１）开关柜运行５年后，主要由于电气元件故 障频发导致缺陷率飙升，可通过南方电网公司（（电 力设备检修规程 中规定的Ｂ类检修，即通过对 开关柜开展停电类的局部检查、维修、更换和试验 工作，来提升开关柜运行稳定性； （２）运行１０年以后，由于机构部件磨损、绝 缘件老化以及电气元件故障等情况加剧，缺陷率进 一步提高，此时只能通过大修或技改来提升设备的 可靠性。 一９一 电力安全技术 第ｌ８卷（２０１６年第６期） 对此，以１台开关柜为例，综合分析比较了其 在运行ｌ０年的节点上分别选择大修和技改策略的 全寿命周期成本。 ３．３维修和技改方案费用预算 ３．３．１ （投入费用） （１）开展大修。即 电力设备检修规程 中所 谓必要时开展的Ａ修，在Ｂ修的基础上增加柜体、 断路器以及机构的解体大修等工作，１台开关柜约 需费用４万元。 （２）进行技改更换。投入费用包括设备购置费 和设计、安装、调试及监理等费用。以ｌ台４ｋＡ 进线开关柜为例，参考（（南方电网公司电网工程主 要设备材料信息价 ，购置费用为１７万元，设计、 安装、调试及监理等费用平均约５万元，则投入费 用总计２２万元。 ３．３．２ ０（运行费用） 常规运行损耗和设备巡视等费用约０．０ｌ万元 ／（台·年）。 ’ ３．３．３ （检修维护费用） 根据南方电网公司（（电力设备检修规程》要求， 开关柜在６年时限内须开展１次Ｂ修；根据深圳 供电局缺陷率统计分析情况，每５年对开关柜开展 Ｂ修，对断路器室、母线室、电缆室、断路器本体、 机构、动静触头或刀闸等部件进行维护和检测，费 用约０．２万元／台。 ３．３．４ ＣＦ（故障费用） ＣＦ即因缺陷或故障导致开关柜非计划停运产 生的费用。对于开关柜，平均每消除１个缺陷需投 人人工和物资成本约０．１万元；消缺工作需１０ｈ， 按照目前无法转供负荷比率３Ｏ％、深圳电费０．６８ 元／（ｋＷ·ｈ）、馈线平均负荷２００Ａ、功率因数 ０．９计算，停电造成的电费损失约为０．６８×１０×√３ Ｘ １０×２００×０．９×０．３×１０ ４＝０．６３６万元，则１个缺 陷的故障费用为０．１＋０．６３６＝０．７３６万元。 若每５年仅对开关柜开展Ｂ修，在前１０年， 开关柜缺陷率可保持在卜４年的平均水平，即约 ０．００４个／（台·年），相应的费用为０．００４×０．７３６＝ ０．００２ ９４４万元／（台·年）。运行１０年后，由于Ｂ 修仅能有效解决电气元件和普通机械故障，即Ｂ 修可降低缺陷率为０．０３３ ２－０．００３ ９４＝０．０２９ ２６个 ／（台·年），则相应缺陷率为０．０６１ ７９－０．０２９ ２６＝ ０．０３２ ５３个／（台·年），费用为０．０３２ ５３×０．７３６一 一 一 ０．０２３ ９４万元／（台·年）。另据统计，开关柜运行 ｌ０年后平均每年因绝缘老化、触头磨损等缺 陷和隐患导致炸柜烧损故障所产生的费用约 １５０万元，每台开关柜由于故障产生的费用为 １５０／６ ９８９＝０．０２１ ４６万元。则故障费用总计为 ０．０２３ ９４＋０．０２１ ４６＝０．０４５ ４０万元。 若按照５年Ｂ修，ｌ０年Ａ修对开关柜开 展运维，缺陷率可以维持在卜４年的平均水 平，即约０．００４个／（台·年），则产生的费用为 ０．００４×０．７３６＝０．００２ ９４４万元／（台·年）。由于定 期开展Ａ修，可有效解决绝缘老化、主回路活动 导体磨损等问题，开关柜基本不会发生炸柜烧损等 故障。 ３．３．５ ＣＤ（废弃费用） 深圳供电局规定开关柜设备折旧年限为ｌ２年， 期间等价折旧；满ｌ２年后，残值率始终为５％。 开关柜１０年前初始购置费用为１５万元，运 行１０年时残值率为２０．８３％，则设备剩余价值为 １５×２０．８３％＝３．１２５万元；运行１２年后设备残值 回收费用为１５×５％＝０．７５万元。 技改更换的新开关柜初始购置费用为ｌ ７万元， 运行ｌ２年后设备残值回收费用为１７×５％＝０．８５ 万元。 ３．３．６维修和技改方案成本计算分析 根据南方电网公司 主网技改项目准入及预算 标准 的指导意见，开关柜使用寿命为３０年。开 关柜在运行ｌ０年时若开展大修，则剩余寿命为２０ 年；若进行技改，则更换后的开关柜寿命为３Ｏ年。 （１）维修方案下，在５年节点开展Ｂ修，ｌ０年 节点开展Ａ修，初始投资表示为：维修方案初始 投资＝维修过程费用＋设备剩余价值。设备剩余 寿命周期的各部分费用如表３所示。 （２）技改方案下，每５年需开展Ｂ修，设备寿 命周期各部分费用如表４所示。 （３）各方案年均成本比较如表５所示。 对比可见，对开关柜定期进行Ａ，Ｂ修年均成 本最低，为０．５５１万元，较技改方案年均成本节省 ２８．８％ ４结论 （１）对于１０ｋＶ开关柜采取维修策略，在５年 第１８卷（２０１６年第６期） 电力安全技术 续表 ０ 节点开展Ｂ修，１Ｏ年节点开展Ａ修，相应的ＬＣＣ ０ 成本和设备运行状态均优于技改策略。 （２）对于不同期望寿命的设备的ＬＣＣ成本计 算，应该比较各方案在决策年以后的期望寿命内的 年均成本的大小，这样较为合理、客观。 ０ ０ 表３维修方案下设备寿命周期费用 万元 表４技改方案下设备寿命期费用 万元 年数 年值ＣＯ年值ＣＭ年值ＣＦ年值ＣＤ年值 合计 Ｏ ０ ２２ ０．０１ ０．００２ ０．０１２ ０．Ｏ１ ０．００２ ０．０１２ ０．０１ ０．００２ ０．Ｏｌ２ ０．０１ ０．００２ Ｏ．Ｏ１２ ０．Ｏｌ ０．００２ ０．２１２ ０．０１ ０．００２ ０．０１２ ０．Ｏ１ ０．００２ ０．０１２ Ｏ．０１ ０．００２ ０．０１２ ０．０１ ０．００２ ０．０１２ ０．０１ ０．００２ ０．２１２ Ｏ．０ｌ ０．０３８ ０．０４８ ０．Ｏ１ ０．０３８ ０．０４８ ０．０１ ０．０３８ ０．０４８ ０．Ｏｌ ０．０３８ ０．０４８ 表５开关柜维修技改方案下的年均成本 参考文献： １赵宏．基于ＬＣＣ的输变电设备维修与技改综合优化 的研究［Ｄ】．北京：华北电力大学，２００９． ２ Ｔａｋａｔａ Ｓ，Ｙａｍａｄａ Ａ，Ｉｎｏｕｅ Ｙ．Ｌｉｆｅ ｃｙｃｌｅ ｃｏｓｔ［Ｃ］． Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｆｉｒｓｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙ Ｃｏｎｓｃｉｏｕｓ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ，１９９９． ３ Ｐｅｃｈｔ Ｍ Ｇ，Ｄａｓ Ｄ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐａｒｔ ｌｉｆｅ ｃｙｃｌｅ［Ｊ】． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，２０００，２３（１）：１９０－１９２． ４张引弘．电网企业固定资产全寿命周期管理研究【Ｄ］．北 京：华北电力大学，２００９． ５中华人民共和国国家发展和改革委员会．ＤＬ／Ｔ４Ｏ４—２００７ ３．６ｋＶ一４０．５ ｋＶ交流金属封闭开关设备和控制设备【ｓ］． 北京：中国电力出版社，２００８． ６傅家骥，仝允桓．工业技术经济学［Ｍ］．北京：清华大学 出版社，１９９６． ７束洪春．电力系统以可靠性为中心的维修 】．北京：机 械工业出版社，２００９． 一 一 ０ Ｏ 电力安全技术 第１８卷（２０１６年第６期） 红外测温技术在带电设备维护中的应用 付朝霞 （北京十三陵蓄能电厂，北京昌平 １０２２００） ［摘要］应用红外测温技术对带电运行设备能进行有效的预测性维护，对红外测温的原理、 红外测温条件及红外测温图谱分析诊断方法进行了技术性总结，并通过实例分析了红外测温在设备 维护中发现运行设备缺陷、避免设备事故的重要作用。 ［关键词］带电设备；红外测温；发射率；图谱分析 ０引言 红外测温技术是利用带电设备的发热效应，在 设备正常运行、不停电的情况下，采用专用的测温 设备获取设备表面发出的红外辐射信息，利用红外 软件进行分析比较，进而判断设备状况和缺陷性质 热能，从而在物体表面形成一定的温度场，俗称“热 像”。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分 布与它的表面温度有着十分密切的关系。 对于电力设备，红外检测与故障诊断的基本原 理就是通过探测设备表面的红外辐射信号，从而获 得设备的热状态特征，并根据这种热状态及适当的 的一种设备状态检测技术。 电力系统的各种设备异常，往往表现出局部温 度的异常升高，因此应用红外测温技术监测带电设 判据，作出设备有无故障及故障属性、出现位置和 严重程度的诊断判别。 １．１ 发射率 发射率是指物体表面辐射出的能量与相同温度 下的黑体辐射能量的比率。黑体是一种理想化的辐 射体，它吸收所有波长的辐射能量，没有能量的反 射和透过，其表面的发射率为１。 实际物体的发射率与物体的表面状态（包括物 备的温度变化，及时对设备故障做出诊断，对电气 设备的早期故障缺陷及绝缘性能作出可靠的预测， 使传统电气设备的预防性试验维修提高到预知状态 检修。红外测温技术能实时地在线监测和诊断电气 设备的大多数故障，对提高设备运行可靠性，提高 设备运行经济效益，降低设备维修成本和延长设备 体表面温度、表面粗糙度以及表面氧化层、表面杂 质或涂层的存在）有关，所以其发射率在０一ｌ之间。 １．２发射率的修正 红外测温仪器在接收来自目标红外辐射功率相 同的情况下，因目标的表面发射率不同，将会得到 不同的检测结果。也就是说，相同辐射功率，发射 率越低，就会显示越高的温度。应用红外测温仪准 的使用年限，以及避免设备损坏和人身伤害都具有 十分重要的意义。 １ 红外测温技术原理 在自然界中，一切温度高于绝对零度的物体由 于其自身分子的运动，不停地向周围空间辐射红外 确地测量电气设备温度，必须要知道受检目标的发 刘旭明（１９７０一），男，高级工程师，主要从事变电设备运维及 收稿Ｅｔ期：２０１５—１ｌ一２６；修回日期：２０１６—０４—０８。 作者简介： 肖洋（１９８６一），男，工程师，主要从事全寿命周期理论的变 电设备运维策略的研究、变电设备改造策略及典型缺陷分析工作， ｅｍａｉｌ：３９６１９８６６０＠１６３．ｃｏｒｎ。 大修技改策略、变电设备在线监测技术的应用和研究工作。 黄玉忠（１９７５一），男，工程师，主要从事变电设备运行维护策 略以及基于全寿命周期理论的大修技改策略的研究工作。 李帅（１９８４），男，高级工程师，主要从事变电一次设备大 修技改策略以及基于全寿命周期理论运维策略的研究工作。 一 一
