基于全寿命周期管理的风险评估

基于全寿命周期管理的风险评估一、前言随着电网的快速发展和资产规模的日益扩大，以资产密集型为特征的电力企业需要在资产管理中不断引入新的理念、新的技术和新的管理手段。资产全寿命周期管理是从长期效益出发，实现资产在整个寿命周期中收益/成本的最优。资产全寿命周期管理（LCM）的关键技术风险评估是在经济效益和社会效益、风险和费用三者之间寻求达到风险最小、效益最大的目标。本文首先介绍了全寿命周期管理的定义与特点，随后简单介绍了国家电网公司2008年公布的《国家电网输变电设备风险评估导则》，针对国家电网所给出导则对于LCM的不足之处进行讨论，提出新的解决方案，最后展望基于全寿命周期管理的风险评估未来发展方向。二、资产全寿命周期管理2.1资产全寿命周期管理的定义与特点传统的设备管理主要是指设备在役期间的运行维修管理，是从设备可靠性的角度出发，为保障设备稳定可靠运行而进行的维修管理，主要包括设备的实体运动形态，即设备的安装、使用、维修直至拆换。随着工业技术的进步，现代生产设备朝着系统化、自动化、技术密集方向发展，设备的构成更加复杂，功能日益强大，企业设备管理的内容不断丰富和深化，不仅需要先进的维修技术，更需要先进的管理模式与手段。设备综合管理体制的出现是设备管理已经不仅仅是线与设备的保养和维护，而是上升为资产的管理，其核心内容是全寿命周期成本（LCC）的计算。资产全寿命周期管理目前国家电网给出的定义是：从企业的长期经济效益出发，通过一系列的技术经济组织措施，对设备的规划、设计、制造、购置、安装、调试、运行、维护、改造、更新直至报废的全过程进行全面管理、在保证电网安全效能的同时，对全过程发生的费用进行控制，使寿命周期费用最小的一种管理理念。资产全寿命周期管理克服了传统项目管理以工程建设管理为核心、强调对工程质量、进度、费用三大方面进行控制所带来的管理视角低、系统性不足的问题。资产全寿命周期管理是对资产各环节管理的优化，是以资产全过程管理为核心，以流程优化为重点，以信息化为手段，应用全寿命周期成本（LifeCycleCost，简称LCC）评价方法、状态检修等先进决策和运行管理方法，实现资产全寿命周期的高效率、低成本。资产全寿命周期管理有五个特点：（1）追求寿命周期费用最经济。（2）从技术、经济、管理三方面进行综合管理和研究。（3）应用可靠性工程和维修工程技术。（4）管理范围扩展到设备的一生，即对设备进行全过程管理。（5）注重各种信息的反馈管理。2.2资产全寿命周期管理的基本理论LCC可以表达为LCC=购置成本+维持成本电力企业中用得较多的是将维持成本再细化成运行成本、检修维护成本、故障成本和退役处置成本之和，故LCC又表达为LCC=CI+CO+CM+CF+CD式中：LCC—全寿命周期成本；CI—投资成本；CO—运行成本；CM—检修维护成本；CF—故障成本；CD—退役处置成本。上述各个成本又可以按设备类型的不同进行分解。三、资产全寿命周期管理的关键技术风险评估3.1电力系统风险评估风险评估方法起源于20世纪70年代核动力工业的风险管理学科，在90年代逐渐形成，并在航空航天、石油化工、压力容器和管道等诸多行业得到了广泛的应用。它是在经济效益和社会效益、风险和费用三者之间寻求达到风险最小、效益最大的目标。电力系统的风险评估是在可靠性评价的基础上，将潜在风险在社会、经济等方面的影响予以量化，考虑成本、环境与安全等多个方面。国家电网公司2008年公布了《输变电设备风险评估导则》，为输变电设备的状态检修决策提供依据。3.2风险评估与LCC、可靠性的关系全寿命周期成本(LCC)、可靠性分析都是近年来在电力系统受到关注的分析方法。LCC管理方法通过对资产的规划、设计、采购、建设、运行、检修、技改、报废全过程进行计算和管理，以期达到资产全寿命周期成本最低的目标。可靠性是指设备在规定条件下和预定时间内，完成特定功能的能力。电力系统的可靠性分析包括可用率、故障率、平均寿命等指标。风险评估和LCC、可靠性分析存在密切的联系。风险决策中可以采用LCC中的成本控制方法。风险和可靠性两个概念的含义存在一定相通，在某种意义上，它们描述着同一事实的两个方面，更高的风险意味着更低的可靠性。可以看出，风险评估、LCC、可靠性分析这3种方法，各有侧重，各有特点。而风险评估的突出优点主要有2个：（1）风险可以突出发生概率较小但后果较为严重的事件，相比可靠性更为醒目，评估精度也可能更高。（2）目前的研究工作中，全寿命周期成本更多倾向于设备自身的成本，而可靠性更多倾向于系统损失成本。风险可以较好地将现有的两个概念结合起来。3.3《国家电网输变电设备风险评估导则》的风险评估的基本理论《国家电网输变电设备风险评估导则》采用半定量的方法分别计算设备及风险评估和系统及风险评估。比如在变电站改造过程中，设备风险评估方法对变电站改造所涉及的各要素均有反映，包括设备、系统，以及对社会的影响。其中，对设备进行了详细的状态评价，描述比较全面，面对系统、社会的影响，基本上采用定性分析。系统级风险评估侧重于改造对系统影响的定量计算，包括输送容量、运行可靠性等；间接反映了对社会的影响。两种方法的结合点在于，设备风险评估中获得的每台设备故障率，可做为系统风险评估中元件的可靠性数据。《国家电网输变电设备风险评估导则》中规定风险评价以风险值作为指标，综合考虑设备资产、资产损失程度及设备故障发生的概率三者的作用。其风险模型如式所示：RtAtFtPt式中：t—某个时刻；A—资产；F—资产损失程度；P—设备故障发生的概率，平均故障率；R—设备风险值。某一部件的故障发生概率与其状态评价结果密切相关，可表示为式所示。P(t)=eCISEK式中：ISE—部件的状态评价分值；K—比例系数；C—曲率系数；P—部件的故障发生概率。资产损失程度由设备损坏、人身安全、供电可靠性和社会影响四个要素的损失程度群定，即每个要素损失程度的加权之和。不同的地区对要素损失程度考虑的侧重有所不同。建议各地区根据自己的实际情况进行归一化权重的设定。41FKKkFWF式中：K=1-4—1设备损坏，2人身安全，3供电可靠性，4社会影响；FKW—要素损失程度的归一化权重；KF—某一要素的损失程度；F—资产损失程度。1nkjkjkjFIOFPOF式中：j=1-3—要素损失程度等级划分；jkIOF—某一等级下的要素损失程度值；jkPOF—某一等级下的要素损失概率；kF—某一要素的损失程度。3.4资产全寿命周期管理中的风险评估如果根据《国家电网输变电设备风险评估导则》进行风险评估，将会使技术、经济两条主线过于独立，导致经济性评价中没能充分体现设备的技术评价结果。所以资产全寿命周期管理中的风险评估要加以改进，将经济与可靠性相结合。风险费用评估是一种将风险和经济因素放在统一的价值尺度上来衡量的方法。风险损失费用可以用单位停电费用损失乘以期望缺供电量来进行计算。1、确定元件停运模型，比如是可修复失效模型，老化失效，不可修复失效模型，共因失效等，计算每一个元件失效的概率；2、通过状态枚举法或者蒙特卡洛模拟法选择系统状态和计算它们的概率；状态枚举法适用于失效概率小不复杂的运行工况，蒙特卡洛模拟法适用于严重事件的数量相对较大，计及复杂工况。3、评估所选择状态的后果；根据所研究的不同，分析过程可能是简单的功率平衡，或者网络结构的连通性识别，也可能是包括潮流、优化潮流，甚至暂态和电压稳定性分析在内的计算过程。4、计算风险指标。对于资产全寿命周期管理的要求，风险指标取期望缺供电量指标（EENS），《电力企业资产全寿命周期管理理论、方法及应用》一书提出断供成本（UEC）的概念，为了方便而不是一般性的反映缺电影响，同时考虑可靠性的影响，在LCC成本的故障成本CF的计算过程中，可以构造一种简单的断供成本估算方法，如式所示：priceUECEENSC08760(kWh/year)iiicEENSCP式中：iC消减负荷量；iP消减负荷量为iC的概率；priceC系统售电价格。采用EENS指标来构造断供成本，是为了将可靠性有效的纳入到LCC成本中。四、全寿命周期管理的风险评估发展前景资产全寿命周期管理以系统工程的基本原理方法，为了达到所有系统要素的优化平衡，控制整个系统工作的管理职能，把工作需求转化为一组系统参数的描述，并综合这些参数来优化整个系统效能，实现系统化、精益化的有序管理。它按照战略层、管理层、执行层三个层次明确各级管理权限、工作目标和职责要求，把资产管理的总体目标、管理策略、实施措施逐层进行分解和落实，实现战略层的决策能过落实到执行层的每一个员工，执行层的信息和需求及时反馈到战略层。整个资产全寿命周期管理体系由包括资产的规划设计、基建采购、运行维护、退役四个阶段和管理策略、工作流程、评估考核和保障机制四个要素组成，通过不断完善和优化管理模块，实现资产管理水平的不断提升。电力系统LCM的四个阶段，即规划设计阶段、基建采购阶段、运行维护阶段和退役阶段，每个阶段都含有相应的风险评估任务。1、规划设计阶段的基于LCM的风险评估任务在规划阶段，LCM的主要任务是不同电网规划建设方案的综合比较，比如电源优化研究，规划方案的论证，工程方案的比选等，都需要风险评估指标EENS来作为主要参数之一进行研究，将经济性与可靠性相结合。2、基建采购阶段的基于LCM的风险评估任务在设备的采购过程中，不仅仅是考虑设备的购买价格，更是要考虑设备在整个寿命周期内的支持成本，包括安装、调试、运行、检修、改造、更新直至报废的全过程。此阶段LCM计算中较难确定的是由于设备故障造成的停电损失计算问题，需要风险评估策略。3、运行维护阶段的基于LCM的风险评估任务在此阶段，全寿命周期管理工作主要包括：资产的状态评价、资产的风险评价、资产的寿命评价、资产的改造原则、系统运行风险评估等几方面，风险评估至关重要。4、退役阶段的基于LCM的风险评估任务此阶段研究的内容包括资产的物理寿命、技术寿命、经济寿命以及它们和系统可靠性之间的关系，统计调研现有设备退役的原因等。五、风险评估实例某500kV变电站在2008~2010年期间进行了大型改造，换了7组500kV断路器，此变电站为例，运用设备风险评估和系统风险评估进行了评价。（1）设备评价对改造前后的7组500kV断路器进行了状态评价和风险评估，如表1所示。其中5042、5043断路器改造的原因是短路开断能力不足，次评价暂未对短路开断能力扣分，所以得分为满分100分。风险评估中的资产和资产损失程度的计算采用国网相关导则。表1中的风险值表示了该设备改造需求的迫切程度。（2）系统风险根据该变电站一次设备主接线图，搭建用于变电站可靠性分析的计算模型;利用PTI公司提供的TPLAN软件对变电站改造前后输电设备N-2故障指标进行计算，并在此基础上进一步对各N-2故障下电网的运行方式进行校核(主要包括线路重载、母线低电压以及电压稳定校核)。计算结果表明:各N-2事故下系统虽然不会出现负荷损失，但这并不表示N-2事故本身对系统运行没有影响，而是因为系统规划运行中具有比较充分的事故备用，因而发生事故停运的输电设备上所传输的功率可以由系统中其他输电设备来承担。因此，对系统风险的评估可以从N-2事故下系统需提供的事故备用功率来加以衡量。各N-2事故下系统提供的事故备用功率可根据对应运行方式下事故所造成的该站输送功率的减少量来考虑。在此基础上，结合各事故的发生概率，可以得到N-2事故下系统提供的备用电量总和。比较改造前后这一电量的变化，即可反映出系统运行风险的变化。计算中N-2事故的发生概率由变电站各元件可靠性数据以及元件之间的相关性分析获得。针对79种故障组合在改造前后的事故概率、平均事故时间、系统事故备用功率、事故备用电量进行了计算，得到各种故障组合的平均事故时间，改造前为41.96h，改造后为35.29h。这样，定量评估了改造对系统的影响。