15、开关设备的质量控制与拥有成本分析

开关设备的质量控制与拥有成本分析

1. 产品一致性与质量控制基础

为确保生产的每个断路器或开关与通过型式试验的单元一致，制造商通常会进行常规检查、测量和有限测试。其中，序列号分配是保证产品一致性的核心环节。

• 序列号分配 ：所有单独测试和检查的组件，如绝缘子、电流和电压互感器以及真空灭弧室等，都应分配唯一的序列号，并永久性标记在组件上。最终组装的断路器或开关也应有唯一序列号，内部测试和检查记录应列出所有编号子组件的序列号。序列号可与合同号或制造年份相关联，方便后续追溯。
• 常规测试 ：依据相关标准（如 IEC62271 - 100），对每个生产单元实施 ISO 9000 质量保证要求的部分工作是进行常规测试。常规测试包括：
  1. 主电路工频耐压测试 ：测试程序、值和持续时间与型式测试相同。例如，12 kV 开关设备应在 28 kV 下进行相间和每相对地测试 1 分钟。测试时通常应将连接的电压互感器和浪涌抑制器与主电路隔离。
  2. 控制和辅助电路耐压测试 ：对二次接线进行 2 kV 对地电压测试，某些类型的电子设备可能需要断开连接。
  3. 主电路电阻测量 ：使用如 Ductor 等设备测量主电路各相的电阻，并与型式测试值和指定的设计验收标准进行比较。
  4. 机械操作测试 ：记录操作时间和速度，并与额定值进行比较。通过测量不同操作电压下的操作时间差异，确认是否安装了正确的脱扣和合闸线圈；通过测量电机充电时间，确认是否安装了正确的机构充电电机或螺线管。
  5. 设计和外观检查 ：检查员应根据检查要点列表进行检查，并在检查单上签字。一些公司会为装配团队成员提供独特颜色的毡尖笔，用于标记紧固情况。检查单应记录设备和子组件的序列号，并保存到合同文件和数据库中，以便后续追溯。

2. 机械操作测试的详细测量内容

机械操作测试记录包含多个重要测量内容，以下是具体介绍：
- 断路器合闸时间 ：从合闸线圈电流启动到触头接触的时间，需在脱扣线圈电压的最小、额定和最大值下进行测量。由于触头不同期性，各相合闸时间可能存在差异，但该差异不得大于短路型式测试中样机的测量值。
- 触头合闸速度 ：在触头接触瞬间测量，手动测量时通常取触头接触前约 5% 行程处的点与触头接触点连线的斜率。
- 触头行程 ：触头打开和闭合位置之间的线性距离。
- 断路器分闸时间 ：从脱扣线圈电流启动到触头分离的时间，各相触头分离时间的差异在分闸操作中相对合闸操作不太重要。
- 触头分闸速度 ：可采用与测量触头合闸速度类似的方法，或从触头分离到机构缓冲器开始减慢触头速度的点进行测量，具体方法应根据灭弧室类型选择。
- 触头行程 ：通过测量确认触头完全打开位置的行程，触头行程记录可能显示触头在打开位置静止前存在明显振荡，但这可能只是行程传感器驱动连杆的振荡，并非实际情况。

3. 自动常规测试设施

一些制造商设计并安装了专门的自动测试设施，可自动执行上述常规测试。以某测试设施为例：
- 工作流程 ：该设施可对两种可抽出式开关设备的断路器部分进行测试，左侧接受水平隔离的断路器，右侧接受垂直隔离的断路器。断路器上标有条形码，测试设施会自动读取。测试设施使用查找数据库，提供断路器的电压、电流、短路额定值、二次电压额定值以及操作机构是否配备电机充电设施等信息，在计算机控制下进行自动测试。
- 测试结果处理 ：测试开始后自动无人操作。若测量值超出设计可接受范围，测试自动停止，计算机打印缺陷报告；若所有测试成功，计算机打印常规测试证书，详细列出所有读数，并将断路器序列号发送到制造部门，告知常规测试已成功完成，同时将所有结果发送到质量控制部门，以便查找结果中的显著趋势。
- 优缺点 ：自动常规测试设施消除了人为判断，使测试可重复进行，但这类设施复杂且生产成本高。

4. 质量控制与问题解决流程

• 质量控制措施 ：质量控制人员应进行质量审核，确保系统正确实施。根据 ISO 9000 质量标准，应召开设计评审会议，由相关部门参加，审查服务经验。通过对常规测试结果的分析，可判断某些质量检查是否必要，是否需要扩展或引入额外测试。
• 设计评审会议 ：制造商应营造鼓励报告和审查所有问题（无论内部还是现场问题，无论多么琐碎）的公司文化。发现问题的人员负责填写投诉表格并提交给质量保证部门，表格分配唯一编号并分发给相关部门负责人。设计评审会议以这些表格为基础，讨论每个问题并商定纠正措施，防止问题再次发生。
• 服务问题解决 ：开关设备在使用中出现问题对制造商和用户都成本高昂。大多数问题通常出在制造商方面，如设计中组件适用性问题、制造中组件质量问题等。为减少问题影响，应尽快确定问题性质和原因。例如，若机械应力作用下的模制绝缘子在使用 50 次后失效，应先确定失效绝缘子的序列号，进而确定制造商和制造时间。通过玻璃化转变温度测试等方法，可能发现绝缘子未正确固化，那么使用该模具生产的所有绝缘子都可能存在问题。制造商数据库可提供装有可疑绝缘子的断路器序列号和受影响客户的名称。此时应采取以下措施：
  • 通知所有拥有可疑断路器的客户。
  • 放行所有未受影响的断路器进行正常运行。
  • 开始采取纠正措施。
  • 制定预防措施。

5. 开关设备拥有成本分析

开关设备的拥有成本远不止购买的初始资本成本，还包括变电站成本、安装调试成本、维护成本、劳动力成本、材料成本、停电时间成本以及使用寿命结束后的处置成本等。以下是计算拥有成本的公式：
- 假设：
- 变电站土地和建筑总成本 = S
- 开关设备初始成本 = A
- 开关设备使用寿命（年） = L
- 维护间隔（年） = M
- 每次维护成本（包括备件和运输成本） = C
- 开关设备使用寿命内的维护次数 = n
- 银行利率（%） = I
- 使用寿命结束时的处置成本 = D
- 则开关设备使用寿命内的拥有成本计算公式为：
- 变电站和开关设备的基本购买和安装成本 = (S + A)(1 + I × L)
- 第一次维护成本 = C[1 + I(L - M)]
- 第二次维护成本 = C[1 + I(L - 2M)]
- 以此类推，直到 L - (n × M) = 0
- 总拥有成本 = (S + A)(1 + I × L) + C[1 + I(L - M)] + C[1 + I(L - 2M)] +… + D

以下是一个具体示例：
|参数|数值|
| ---- | ---- |
|变电站和 SF6 开关设备购买、安装和调试成本|100,000 单位货币|
|维护间隔|5 年|
|每次维护成本|2000 单位货币|
|使用寿命|40 年|
|银行利率|4%|
|使用寿命结束时的处置成本|初始安装成本的 10%|

计算过程如下：
- 购买、安装和调试成本 = 100,000[1 + (40 × 4/100)] = 260,000
- 第一次维护成本 = 2000[1 + 4/100(40 - 5)] = 4800
- 第二次维护成本 = 2000[1 + 4/100(40 - 10)] = 4400
- 第三次维护成本 = 4000
- 第四次维护成本 = 3600
- 第五次维护成本 = 3200
- 第六次维护成本 = 2800
- 第七次维护成本 = 2400
- 总维护成本 = 22,800
- 使用寿命结束时的处置成本 = 10/100 × 260,000 = 26,000
- 总拥有成本 = 260,000 + 22,800 + 26,000 = 308,800

6. 不同参数对拥有成本的影响分析

通过改变银行利率、维护间隔、维护成本和处置成本等参数，可以分析它们对总拥有成本的影响。以下是不同情况下的成本对比：
|开关设备类型|变电站和开关设备成本|使用寿命（年）|维护间隔（年）|每次维护成本|银行利率|使用寿命结束时的处置成本|总拥有成本|
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
|SF6 开关设备|100,000|40|5|2000|4%|26,000|308,800|
|SF6 开关设备|100,000|40|5|2000|6%|26,000|396,800|
|真空开关设备|100,000|40|10|1000|4%|0|265,000|
|真空开关设备|100,000|40|10|1000|6%|0|346,000|

从上述表格可以看出，降低维护成本、增加维护间隔以及避免使用寿命结束时的处置成本，可以显著降低拥有成本。在示例中，即使为真空开关设备支付 40,000 单位货币的溢价，仍能实现总拥有成本的整体降低。

综上所述，在选择开关设备时，不仅要考虑初始购买成本，还应综合考虑长期的拥有成本，包括维护和处置等方面的费用。通过合理的质量控制和成本分析，可以做出更经济、可靠的决策。

graph LR
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    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px;

    A([发现服务问题]):::startend --> B{是否有组件序列号?}:::decision
    B -->|是| C(确定问题组件序列号):::process
    B -->|否| D(寻找其他减少涉事数量的方法):::process
    C --> E(确定制造商和制造时间):::process
    E --> F(进一步调查问题原因):::process
    F --> G(确定受影响的断路器序列号和客户):::process
    G --> H(通知有问题断路器的客户):::process
    G --> I(放行无问题的断路器):::process
    G --> J(开始纠正措施):::process
    G --> K(制定预防措施):::process
    D --> L(根据相关记录确定可疑范围):::process
    L --> H
    L --> I
    L --> J
    L --> K

以上流程图展示了服务问题解决的大致流程，从发现问题开始，根据是否有组件序列号采取不同的处理方式，最终采取通知客户、放行无问题设备、纠正和预防等措施，以解决服务问题并减少影响。

开关设备的质量控制与拥有成本分析

7. 拥有成本模型的实际应用意义

拥有成本模型为我们提供了一个全面评估开关设备成本的框架，它能让我们清晰地看到各个因素对总成本的影响。通过这个模型，我们可以进行不同场景下的成本模拟，从而为决策提供有力依据。

例如，在选择开关设备时，我们可以根据不同类型开关设备的特点，如 SF6 开关设备和真空开关设备，结合银行利率、维护间隔、维护成本和处置成本等因素，计算出各自的总拥有成本。从前面的示例中我们已经看到，真空开关设备在维护成本和处置成本方面具有明显优势，即使初始购买成本相同，其总拥有成本也可能更低。

此外，对于企业来说，拥有成本模型还可以帮助进行成本预算和规划。企业可以根据自身的财务状况和运营需求，调整相关参数，预测未来的成本支出，从而合理安排资金和资源。

8. 影响拥有成本的关键因素深入分析

• 银行利率 ：银行利率对总拥有成本的影响较为显著。从前面的计算结果可以看出，当银行利率从 4% 提高到 6% 时，SF6 开关设备的总拥有成本从 308,800 增加到 396,800。这是因为银行利率的提高会增加资金的使用成本，使得购买和安装开关设备以及维护过程中的资金占用成本上升。因此，企业在进行投资决策时，需要密切关注银行利率的变化。
• 维护间隔和维护成本 ：维护间隔和维护成本是影响总拥有成本的重要因素。较长的维护间隔意味着在设备使用寿命内进行维护的次数减少，从而降低了维护成本。同时，降低每次维护的成本也能直接减少总维护成本。例如，真空开关设备通过增加维护间隔和降低维护成本，显著降低了总拥有成本。企业可以通过优化设备的设计和维护策略，来延长维护间隔和降低维护成本。
• 处置成本 ：处置成本在总拥有成本中也占有一定的比例。对于 SF6 开关设备，由于其特殊的结构和材料，需要专业公司进行安全处置，这会产生较高的处置成本。而真空开关设备在使用寿命结束后，处置相对简单，甚至可能实现自我融资或获得一定的利润。因此，在选择开关设备时，处置成本也是一个需要考虑的重要因素。

9. 质量控制与拥有成本的关联

质量控制和拥有成本之间存在着密切的关联。有效的质量控制可以提高开关设备的可靠性和稳定性，减少故障发生的概率，从而降低维护成本和因故障导致的停电损失。

例如，通过严格的常规测试和质量审核，可以及时发现和解决潜在的质量问题，避免问题在设备使用过程中恶化。这样可以减少设备的维修次数和维修成本，延长设备的使用寿命。同时，高质量的开关设备在运行过程中更加稳定，能够保证电力系统的正常运行，减少停电对企业生产和生活造成的影响。

另一方面，拥有成本的考虑也会影响质量控制的策略。如果企业希望降低总拥有成本，可能会选择在质量控制方面投入更多的资源，以提高设备的质量和可靠性，减少后期的维护和处置成本。

10. 未来开关设备选择的趋势

随着技术的不断发展和对成本效益的追求，未来开关设备的选择可能会呈现以下趋势：
- 更注重长期成本 ：企业将越来越关注开关设备的总拥有成本，而不仅仅是初始购买成本。这意味着具有较低维护成本、较长维护间隔和较低处置成本的开关设备将更受青睐。
- 环保型开关设备的需求增加 ：随着环保意识的提高，对环保型开关设备的需求将不断增加。真空开关设备由于其无污染、易处置等特点，可能会在市场上占据更大的份额。
- 智能化和自动化程度提高 ：智能化和自动化的开关设备可以实现实时监测和故障诊断，提高设备的运行效率和可靠性，减少人工维护成本。未来，这类设备将成为开关设备发展的方向。

11. 决策建议

基于以上对开关设备质量控制和拥有成本的分析，以下是一些决策建议：
- 全面评估成本 ：在选择开关设备时，要综合考虑初始购买成本、维护成本、处置成本以及银行利率等因素，使用拥有成本模型进行详细的成本计算和比较。
- 加强质量控制 ：重视开关设备的质量控制，建立完善的质量控制体系，包括常规测试、质量审核和设计评审等环节。确保设备在投入使用前具有较高的质量和可靠性。
- 关注技术发展 ：及时了解开关设备的技术发展趋势，关注环保型、智能化和自动化的开关设备。在条件允许的情况下，优先选择具有先进技术的设备。
- 与供应商合作 ：与可靠的开关设备供应商建立长期合作关系，共同探讨降低成本和提高质量的方法。供应商可以提供专业的技术支持和售后服务，帮助企业更好地管理开关设备。

12. 总结

开关设备的质量控制和拥有成本是企业在选择和使用开关设备时需要重点考虑的两个方面。通过有效的质量控制，可以提高设备的可靠性和稳定性，减少故障和维修成本；而合理分析拥有成本，可以帮助企业做出更经济、更符合自身需求的决策。

在未来的发展中，企业应不断优化质量控制策略，关注拥有成本的变化，适应市场和技术的发展趋势。只有这样，才能在保证电力系统安全稳定运行的同时，实现成本的有效控制和经济效益的最大化。

因素	对拥有成本的影响	应对策略
银行利率	利率提高增加资金使用成本，使总拥有成本上升	关注利率变化，合理安排资金
维护间隔	间隔延长减少维护次数，降低维护成本	优化设备设计和维护策略
维护成本	成本降低直接减少总维护成本	提高设备质量，减少维修需求
处置成本	有处置成本增加总拥有成本，无处置成本降低成本	选择环保型、易处置的开关设备

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    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px;

    A([选择开关设备]):::startend --> B{考虑总拥有成本?}:::decision
    B -->|是| C(使用拥有成本模型计算):::process
    B -->|否| D(仅考虑初始购买成本):::process
    C --> E{比较不同类型设备成本}:::decision
    E -->|选择成本低的设备| F(确定设备类型):::process
    E -->|重新评估参数| C
    F --> G(加强质量控制):::process
    G --> H(建立质量控制体系):::process
    H --> I(进行常规测试和审核):::process
    I --> J(确保设备质量和可靠性):::process
    D --> K(可能面临高维护和处置成本):::process
    K --> L(影响企业经济效益):::process

以上流程图展示了选择开关设备的决策过程，强调了考虑总拥有成本和加强质量控制的重要性。从选择设备开始，通过成本计算和比较，选择合适的设备，然后加强质量控制，以确保设备的质量和可靠性，避免因仅考虑初始购买成本而带来的高成本问题。