基于资产墙分析的电网设备运维策略研究_龚芳馨.pdf

2023.05/基于资产墙分析的电网设备运维策略研究龚芳馨1吴俊洋2(1.国网湖南省电力有限公司长沙供电分公司2.国网湖南省电力有限公司湘潭供电分公司)摘要:电网设备作为公司实物资产管理主体对象，本质安全水平至关重要，当前设备可用率、使用寿命、供电可靠性等指标与国际领先水平仍有差距，新设备运行不稳定，老旧逾龄资产逐年增加，资产墙风险逐步积聚，资产投入产出效率不高等问题依然突出，大修技改策略管理是电网公司设备运维管理的关键，本文引入“资产墙”分析及预测方法，分析研究存量资产的价值规模、投产时间、使用年龄等信息与未来投资的关联关系，结合设备健康状态评定结果，科学分析存量资产大修技改优先级，合理指导电网设备运维管理策略。关键词:电网设备;资产墙;大修技改;分析预测0引言电网公司作为资产密集型企业，电力设备等固定资产是维持和提高供电企业生产能力的重要物质保障，且占总资产的比重较大，新一轮输配电价改革对电网公司有效资产管理提出了更严、更高的要求，公司资产在未来存在同类设备批量退运、设备集中更新改造等风险，有可能严重影响电网运行的稳定性和供电可靠性，亟需有效管控和科学决策，提前应对资金缺口风险与设备运行风险。通过对设备技改规模进行中长期预测，合理开展电网建设，有序进行电网资产技术改造，是电网安全稳定、高效经济运行的基础和保障。依靠历史经验进行大修技改决策和分配，难以对未来大修技改项目规模做出准确规划，无法有效衡量投资规模与资产规模及状态匹配情况，本文引入“资产墙”分析预测方法，预测未来资产退役高峰，结合平滑模型，生成投资建议与运营策略，均衡企业经营压力与风险，推动电网资产在投资、分配、运维、退役及报废等环节的科学决策。1资产墙模型构建资产墙(AssetWall)模型是时间序列预测法的一种应用，将历史数据按照时间的顺序排列成为时间序列，然后分析它随时间的变化趋势进行外推的定量预测方法。即以投运时间为横轴，以资产价值规模(原值、净值)或技术规模(数量、容量、长度)为纵轴，表现出投运资产规模呈现“墙”的形状，反映了现有资产的在历史上不同年限投运的规模量。(1)在运资产墙构建以上年末在运资产为分析对象，以资产原值(或资产技术规模)和投运年份为分析维度，以 30 年的技术改造年限反向推算，建立自 1993 年至 2023 年单类资产“资产墙”，通过将各类资产墙进行叠加，形成电网企业总体资产“资产墙”。(2)资产墙平移在电网企业折旧政策下运用资产墙分析模型分别按财务折旧年限、设备实际使用年限和设备设计寿命三类场景，预测未来设备更新改造引发的资本性投入规模。由于准确、可靠的通货膨胀和原材料价格变化的预测信息难以获取，为了简化计算，所有的预测分析暂不考虑通货膨胀和原材料上涨因素，仅以现役资产的资产原值为准，模型可表示为g(x)=f(x t)(1)式中，f(x)为单类资产的历史投运规模;x 为投运年份;t 为实际使用年份/折旧年限/设计寿命;g(x)为预测资产墙。将平移后的单类预测资产墙金额加总，便得到总的预测资产墙:G(x)=ni=1g(xi)(2)(3)基于蒙特卡罗模拟的投资预测设备的寿命有折旧年限、使用寿命、设计寿命等三种，简单按任一种设备寿命进行资产墙的预测得到的数据准确性都不高，实际上设备的各类寿命都存在一定的随机性，并且服从一定的概率分布，因此可以用统计学的分析方法，采用蒙特卡罗随机模拟各类设备的使用寿命，对未来的设备退役情况投映。资产投映过程如图 1 所示，2003 年投运的 10 台隔离开关，可能有3 台在2013 年退役，5 台在2014 年退役，2 台在 2016 年退役。93电气技术与经济/研究与开发/2023.05图 1资产投映过程对历史资产墙各年的设备进行投映操作，得到资产投映曲线。首先确定平移时间 t，对每个设备进行“轮盘赌”，对历史资产墙的一次预测可以得到一条资产投映曲线。用 aij表示该类设备的集合，aij为 i 年投运的第 j 台设备，假设当前时间为 a0，产生(0，1)之 间 的 随 机 数 r，当 i+T1 t0时，若0rnk=1g(Tk)g(T1)，则 T=T1，否则 T=Ts(s=2，3，n);当 i+T1 t0时，取 Ti=min Tk|Tk+i 0，k=1，2，n，若 0 rnk=1g(Tk)g(T1)，则 T=Ti，否则 T=Ts(s=i，i+1，n)。通过蒙特卡罗方法进行多次投映得到多条资产投映曲线，可以进一步计算分析未来技改投资规模的平均水平及波动范围，以此类推可以产生需要平滑设备的资产墙(技改投资均值)，推演生成投资运维策略数据为电网规划和设备运维提供数据支撑。2资产墙仿真测算以公司输电架空线路未来整体技改资金量的预测为例，分别基于公司财务折旧年限、设计寿命和平均使用寿命，采用资产墙预测分析模型(其中公司输电架空线路以 25 年作为财务折旧年限、40 年作为设计寿命、18 年作为平均使用寿命作为预测基础)对公司总体资产规模进行预测。(1)基于财务折旧年限投资预测:截止到 2026年，投运超过 25 年的输电线路 架空线路需累计改造的金额总数为 77.03 亿元;其中，在 2021 年以前，投运时间已超过 25 年的输电线路 架空线路的改造金额为 49.03 亿元;2022 2026 年，投运时间将到达25 年的架空线路改造金额为 27.99 亿元。如果将2021 年投运超过 25 年的输电架空线路(改造金额49.03 亿元)在未来十年改造完成(4.90 亿元/年)，再考虑每年新增的技改金额，则 2022 2026 年每年的技 改 金 额 分 别 为 8.80、10.45、10.18、12.44、10.64 亿元，合计 52.51 亿元。(2)基于设计寿命投资预测:截止到 2026 年，投运超过 40 年的输电线路 架空线路需累计改造的金额总数为 14.66 亿元;其中，在 2021 年以前，投运时间已超过 40 年的架空线路的改造金额为 8.93 亿元;2022 2026 年，投运时间将到达 40 年的架空线路改造金额为 5.74 亿元。如果将 2021 年投运超过 40年的输电架空线路(改造金额 14.66 亿元)在未来五年改造完成，再考虑每年新增的技改金额，则2022 2026 年每年的技改金额分别为 2.37、2.92、2.4、2.61、4.35 亿元，合计 14.65 亿元。(3)基于平均使用寿命投资预测:截止到 2026年，投运超过 18 年的输电线路需累计改造的金额总数为 205.92 亿元;其中，在 2021 年以前，投运时间已超过 18 年的输电线路的改造金额为 91.27 亿元;2022 2026 年，投运时间将到达 18 年的输电线路改造金额为114.65 亿元。如果将2021 年投运超过18 年的输电线路(改造金额 91.27 亿元)在未来十五年改造完成，再考虑每年新增的技改金额，则 2022 202604电气技术与经济/研究与开发2023.05/年每 年 的 技 改 金 额 分 别 为 16.36、17.52、31.95、31.40、47.84 亿元，合计 145.07 亿元。(4)基于蒙特卡罗算法模拟的投资预测:结合本文提出的资产墙投映模型对输电架空线路技改投资规模进行预测，通过 50 次蒙特卡罗模拟，取置信度0.9 预测结果如图 2 所示，现有架空输电线路技改将主要集中在 2025 年至 2030 年，输电架空线路技术改造退役波峰出现在 2028 年，技改投资需求为 17.20亿元。图 2基于蒙特卡罗架空输电线路资产墙预测3运维策略制定依据资产墙预测结果，针对未来将集中退役的设备，确定重点运维设备清单，从设备重要性和价值两个方面进行综合评定，以综合成本最优为目标，辅助决策出技改、大修、运维设备清单，智能化生成资产运维策略建议。(1)确认重点运维设备清单:根据资产墙预测的未来会集中退役设备，选定区间范围后，形成重点关注设备清单，通过对这些设备提前科学规划运维策略，延长这些设备退役年限，缓解集中退役带来的资金压力。(2)建立设备健康风险矩阵评估表:针对圈定的重点运维设备状态开展评价，根据评价结果形成设备风险矩阵，如图 3 设备风险矩阵所示，横轴表示健康程度，纵轴表示重要程度，从技术层面评估电网和资产运维决策。(3)进行设备 LCC 均值评估:建立设备 LCC 年均值及成本对比决策模型，对重点运维的设备进行大修、技改综合成本评估，其计算模型如下:LCC 年均值=(初始投资+后续使用成本净现值)/剩余使用年限其中剩余使用年限按以下规则取值，大修设备剩余使用年限=设计使用年限 已使用年限，技改设备剩余使用年限=设计使用年限。图 3设备风险矩阵(4)计算设备风险成本综合得分:结合上述风险健康评估和 LCC 成本均值评估，分别从技术和价值方面对重点运维设备进行赋权，计算风险与成本综合得分，如下表设备风险成本综合得分(可结合公司实际情况设置权重)。14电气技术与经济/研究与开发/2023.05表设备风险成本综合得分级级级技改成本 大修成本技改成本=大修成本技改成本 大修成本得分731731权重60%40%总得分风险得分 60%+成本得分 40%(5)制定设备运维策略:通过上述步骤，结合设备运维年限的技术要求，最终形成设备日常运维、大修、技改辅助决策矩阵，如下图 4 所示:其中决策矩阵中 A 区的设备属于运行年限长、风险高、成本高，建议纳入技改设备清单;B 区设备属于运行年限中等、风险一般、成本略高，建议纳入大修设备清单;C 区设备运行年限短、低风险、低成本建议进行日常运维。图 4日常维护、大修、技改决策矩阵4结束语综上所述，使用资产墙平移来预测出的实物资产技改规模仅仅是一个理论值，结合蒙特卡罗模拟，可以预测公司现有设备中长期技改投资规模的期望值，并且能够根据不同的置信水平给出技改投资的波动区间，可以用来反映技改规模的上限值和整体趋势，为公司整体技改计划提供借鉴。鉴于此，技改规模的预测需综合考虑公司实物资产技改投入的历史趋势，同时基于 LCC 的大修、技改经济性评价，合理预测技改投资规模及时序，才能有效化解资产投资未考虑存量资产更新需求、投资规划、计划检修被动式运维、集中退役/集中报废等问题，推动资产投资、运维、退役及报废管理从定性决策向定量决策转化，从而使运维策略的制定更加准确有效，有效延缓资产墙规模积聚风险，指导设备大修技改、退役策略管理，全面提升资产全寿命周期管理规范化水平，助力电网企业资产精益化管理。参考文献 1杨玺，陈杏 基于资产墙的变电一次主设备技改投资预测 J 广东电力，2015，28(3):5 2刘艺贺，周耀俊，万晓苹电网实物资产“资产墙”分析方法研究 J 华东电力，2014(3):596-600 3毕竟 基于全生命周期电网设备资产墙预测模型研究 J 数字化用户，2019(37):241-244(收稿日期:2023-05-25)24电气技术与经济/研究与开发