電力輸配線系統之程資產管理 940825 郭亦楷 9534006 王浩庭 9534015 詹涵雅

電力輸配線系統之程資產管理 940825 郭亦楷 9534006 王浩庭 9534015 詹涵雅 1

報告架構 1. 緒論 ◦ 研究背景 ◦ 研究目的 2. 文獻回顧 ◦ ◦ ◦ 程資產管理(EAM) 維修管理業務與改革以可靠度為中心之維修理論(RCM) 狀態為基之維修理論(CBM) 協商機制 2

報告架構 3. 輸配線系統現況分析 ◦ ◦ ◦ 導因於輸配線系統之重大停電事故電力輸配線系統概述各國家之電力輸配線系統現況各國電力輸配線系統問題點輸配線系統程資產管理作法輸配線系統資產管理架構 4. 電力輸配線系統之程資產管理方法 ◦ 電力輸配線系統之EAM架構 ◦ 程資產管理中心供應商協商機制 5. 未來作 3

1. 緒論 4

研究背景電力能源系統在生產和服務等經濟活動中扮演舉足輕重的角色，一旦電力中斷，將造成嚴重的經濟損失因停電事故帶來的重大傷害，各國陸續發展不同的維修作法，以期望降低停電事故發生之機率其中，電力輸配線系統又屬電力供應之樞紐所在，如何降低甚至防止停電事故的發生，輸配送系統中的組成設備便成為改善重點對於設備的管理導入新的EAM概念，成為近年來各國大型企業之發展方向 5

研究目的導入程資產管理想法於台灣的電力輸配線系統上，並輔以可靠度為中心之維保、狀態為基之維保和風險為基之檢驗等理論，發展出一套電力輸配線系統的程資產管理模式，以期望達到提昇電力資產的可靠度、電力設備的即時狀態監控、生命週期的預測等目的，將資產效用發揮至最大 6

2. 文獻回顧 7

程資產管理 Dennis Parkes (1971) 首先提出設備綜合管理（ Terotechnology）的概念英國商部 (1974) 對 Terotechnology的定義是：為了使設備的生命週期成本（Life Cycle Cost, LCC）最具經濟效益，而把適用於有形資產的有關程技術、管理、財務以及其他業務加以綜合的學科 8

程資產管理整合性程資產管理(Integrated Engineering Asset Management, IEAM) ，整合程技術、財務、人力資源、資訊系統和知識管理系統等元素，對有形資產的全生命週期進行管理。資產全生命週期循環，一般可分為以下四個階段：規劃設計、製造採購、運行維護以及報廢退役 Madu (2000) 指出維修、可靠度和跨組織的分析為程資產管理之核心議題，並搭配資訊技術來實現 9

整合性程資產管理架構 [陳海波等學者，2009] 10

維修管理業務與改革 Pintelon和Gelders (1992) 認為維修是指，使一個系統或產品維持（retaining）在或修護（restoring）到可服務狀態下所必要的活動，包括清潔、潤滑、檢查、維護、調整、校正、局部維修、翻修等作業均屬之 11

蔡有藤 (1999) 提出維護策略主要可分為： 12

沈育樹和宮大川 (2003) 提出整合性維修管理系統架構： 13

以可靠度為中心之維修理論以可靠度為中心之維修理論（Reliability centered maintenance, RCM），其目的在於建立最佳的預防性維修計畫，平衡維修成本與效率，發揮系統最佳操作性能 Kennedy (2007) 提出執行RCM邏輯分析的七個步驟： 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 選擇影響層面較顯著的區域決定關鍵功能與績效標準找出明確的功能故障因素找出故障模式及其影響層面選擇彈性有效的維修策略排程與執行選定的策略目標最適化整體策略計畫 14

以可靠度為中心之維修理論 Bowler、Primrose 和Leonard (1995) 提出了一個經濟評估的方法，將 RCM 的引進視為一個投資決策(Investment Decision)的問題，來判斷一系統值不值得引進 RCM。優點在於： 1) 管理者可清楚瞭解RCM帶來的經濟效益，增加管理者對於引進RCM的支持度 2) 在引進RCM的資源投入之前，就可以決定 RCM的經濟適宜性(economic suitability) 3) 使執行策略能同時兼顧財務和營運上的考慮 15

狀態為基之維修理論狀態為基之維修理論(Condition based maintenance, CBM)是一種可以用來動態制定維修計畫之預防性維修理論，利用狀態監控(Condition monitoring)即時獲得資產之重要參數資訊，並藉由這些資訊決定之後的維修行動（例如：保養、零件換修）。 Mobley (2002) 指出，實施CBM最主要的兩個目的如下： ◦ 決定被監控之資產是否真的存在問題、情況多嚴重以及在失效之前還可正常運作多少時間 ◦ 偵測並指出哪一些零件出問題，並診斷它 16

狀態為基之維修理論實行CBM的三個關鍵步驟： ◦ （1）資料收集階段：得到系統健康狀態的相關資料 ◦ （2）資料處理階段：處理分析在步驟（1）得到的資料或訊號，成為較易理解的資訊 ◦ （3）維修決策階段：建議有效率的維修政策 Jardine (2006) 等學者認為CBM之優點為，可以避免過度維修（Excessive maintenance）和缺乏維修（Lacking maintenance） 17

拍賣理論拍賣是指有一個清楚的遊戲規則，且依據競標者的出價來決定資源如何分配的一種市場制度。 Klein (1997) 將拍賣的功能以及目的歸納成以下四點： 1) 2) 3) 4) 作為協調(Co-ordination) 達成價格決定(Price determining) 進行資源分配 (Allocation)機制：作為引人注目配銷機制 (Highly visible distribution mechanism)： 18

拍賣理論 1) 為因應各種不同的需求，拍賣制度依競價過程的公開與否，可以分成兩大類：公開喊價(Open Outcry)： ◦ 英式拍賣(English Auction)　 ◦ 荷式拍賣(Dutch Auction) 2) 秘密投標(Sealed Bid)： ◦ 第一價位秘密競標(First-price Sealed-bid Auction) ◦ 第二價位秘密競標(Second-price Sealed-bid Auction) 19

協商機制買賣雙方在交易時對某項概念達成協議的一個過程，由一方提出協商的條件，再由一方進行條件談判與退讓，最後雙方都可以接受的循環過程 (Choi et al. , 2001) 協商模式 ◦ 單一議題協商(single-issue negotiation) ◦ 多項議題協商(multi-issue negotiation) 20

協商機制 Bazerman(1994)將協商依參與協商者在面對協商問題時的參與態度區分成兩種 ◦ 分配協商形式(distribution in negotiation) ◦ 整合協商形式(integration in negotiation) 21

3. 輸配線系統現況分析 22

導因於輸配線系統之重大停電事故 2003年，美加大停電 ◦ 因提升設備使用率之要求，導致輸配線電力負荷超載 ◦ 設備維修與監控作業不受重視，致使電力系統老舊不堪而未做更替 ◦ 維修人員無法及時排除輸配線路的故障問題 2003年，義大利全國大停電 ◦ 因暴風雨，導致法國通往義大利的兩條 40 k. V 高壓電線中斷 2005年，莫斯科停電事故 ◦ 導因於老舊變電所中的設備老化 ◦ 設備沒有採取相關預防措施以及緊急維修作 23

電力輸配線系統概述電力系統 ◦ 分為發電系統、供電系統以及配電系統 345 k. V 高壓電塔發電廠 161 k. V 超高壓變電所一次變電所 69 k. V 22 k. V、 11 k. V 電桿二次變電所電力輸配線系統 ◦ 由供電系統與配電系統組成 24

電力輸配線系統概述電桿高壓電塔發電廠輸配線路超高壓變電所一次變電所二次變電所 ◦ 電塔 ◦ 電纜：傳輸和分配大功率電能的線路，可分為架空線　路與地下電纜 ◦ 礙子：隔開電線的絕緣體，以避免電線交叉導電，確　保輸電線通暢，一旦受到「鹽霧害」或蒙上灰塵，失去絕緣效果，將發生導電現象，造成輸電線跳脫，無法輸送電廠產生的電 25

電力輸配線系統概述電桿高壓電塔發電廠變電所超高壓變電所一次變電所二次變電所 ◦ 利用變壓器將發電廠產出電力的電壓逐次調降，並搭配其他設備如：電容器、斷路器等，以即時控制輸配線系統的電力流量，維持適當電壓，提高供電的可靠性 ◦ 為電力系統及輸配線系統核心所在，故其內部設備之作業可靠度對電力供應品質影響重大 26

電力輸配線系統概述變電所主要設備 ◦ 變壓器：降低電壓以供應需求，是輸配線系統中造價昂貴設備之一，一旦發生故障，除了造成供電失衡與中斷外，亦會帶來龐大維修費用 ◦ 斷路器：電力系統中最重要的保護設備，用作短路保護和防止嚴重超載，亦為價格昂貴之設備，一但故障將導致其他受保護之設備損壞或電力供應中斷 ◦ 電容器：能夠儲存並改善電壓，以減少線路損失 ◦ 氣體絕緣開關：開啟或關閉高壓輸電線負載電流。當輸電線發生故障時，能迅速啟斷電路 27

各國家之電力輸配線系統現況台電對輸配線系統之維護 ◦ 輸配線系統的維修保養管理方式主要採取「事故後維修」，即指當機台發生故障，台電維修人員接獲通報後才趕至現場進行機器的維修，從機台故障始至機台修復完成並恢復供電的這段期間，已經造成許多用戶停電以及廠作業停擺 ◦ 預防性作法妥善規劃設計新建之輸配電系統預防性定期維護與檢修鼓勵民眾通報輸配線路異常狀況加強緊急維修演練 28

各國家之電力輸配線系統現況美國對輸配線系統之維護 ◦ 緊急事故搶修故障自動偵測：透過故障線路指示器來標示發生故障之設備的明確位置，以加速恢復電力透過電腦圖資系統以及GPS定位系統，迅速判斷事故明確發生地點，再派人員前往查明事故發生原因 Call center：事故通報及維修調度中心 ◦ 預防性作法強化輸配線系統以及線路的設計、規畫，如：線路地下化來防止輸送電纜因暴露於外在環境而加速劣化定期檢修與維護，如礙子的定期清洗，以及線路的定期巡視加速老舊、不良設備的汰換透過夜間觀測電暈閃爍以及紅外線來判斷礙子是否劣化，於故障前作更換 29

各國家之電力輸配線系統現況日本對輸配線系統之維護 ◦ 緊急事故搶修各區域組成三個維修特別小組，一個負責調查全面的災害情形，一個分析損害情況並判斷應採取何種維修措施，而另一個則負責和協力廠商執行維修作利用高壓發電車來做暫時性復電各家電力公司相互協助，提供大量人力、物力，使得搶修設備充足以應付維修作變電站和電力調度中心間設有微波通信系統，地震時，可保持各級電力系統間的聯繫，以順利進行維修。 ◦ 預防性作法電力系統設計具變通性，輸配電設備亦加強抗震設計定期巡視週期性維護 30

各國家之電力輸配線系統現況日本對輸配線系統之維護 ◦ 狀態監控在電塔地基較不穩定之區域裝設邊坡滑動感知器或監視器，以隨時監控地基狀態 31

各國電力輸配線系統問題點各國大多採行「事故後維修」以及定期檢修作法，無法完全預防設備故障的發生，造成相當大的停電損失 ◦ 如：美國三里島核電站重大洩露事故，就是因為缺乏設備監控與診斷方法，不能早期發現故障並加以控制無設備診斷系統以判斷故障原因，導致維修作無法順利進行因缺乏設備老化預測，大多數電力輸配線系統設備老化、機台逾齡卻未察覺各電力公司間或與協力廠商間缺乏聯繫，導致事故發生時的緊急搶修作缺乏人力、物力 32

各國電力輸配線系統問題點無預先進行維修排程，造成現場維修作無秩序且物資缺乏，且通常只能聽取現場指導人員或調度中心人員指派設備狀態資訊缺乏，維修人員無法獲知即時資訊以及相關維修地理位置，降低維修時效性以及效率定期維修花費巨大的維修費用卻無法預防突發事故的發生，造成多餘的維修花費變電所設備大型且集中，採購與維修成本皆高，且一旦故障將造成巨大損失，更是監控、診斷與預測的首要目標 33

輸配線系統程資產管理作法美國電力系統現況 ◦ 自 1998年起，無預警停電的頻率與規模已經達到需要提高警覺的程度了…芝加哥、德拉威、亞特蘭大、新奧爾良、紐約、底特律、舊金山以及2001年的加州電力異常，顯示北美大陸有大半都有無預警停電的隱憂 - Roger Anderson (Columbia University, 2007) ◦ 取得能源付出的代價與供給問題阻礙了美國的經濟發展，而這樣的情況隨著極度需要電力的數位科技發展及人們的依賴以指數倍數的速度在惡化 – Harbor Institute Research (2005) 34

輸配線系統導入程資產管理作法美國電力系統現況 ◦ Austin, Texas managing 500, 000 devices real-time in 2009 ◦ Boulder, Colorado 35

輸配線系統導入程資產管理作法歐洲電力系統現況 ◦ 在ABB的報告中指出歐洲電網正與美國面臨同樣的問題歐洲電網整合問題點 ◦ 歐洲的電力網路設計 ◦ 長距離高壓電的傳輸風險全球首例 ◦ Enel S. p. A. of Italy (2005) 36

輸配線系統導入程資產管理作法智能電網 (Smart Grid) 地理資訊系統 (GIS) 37

輸配線系統導入程資產管理作法智能電網一種新型態的電力網路概念架構，取代以往老舊電力網路發電、輸送的型態智能電網不只是單一整體，而是許多網路、發電單位與人員在許多層級上的整合。 38

輸配線系統導入程資產管理作法智能電網現代化的即時管理與監控已成為必要現代化的挑戰 ◦ 發展智能電網不只能讓現有設備使用得更有效率，同時也更具有彈性應付人口與使用模式的改變，且能接受易變動的替代性能源 – Deloittee (2009) ◦ 智能電網的發展會創造許多綠色產業並成為國際間努力達到能源獨立與對抗氣候變遷的基石 - Patrick Gallagher (NIST, 2009) 39

輸配線系統導入程資產管理作法智能電網主要功能： ◦ ◦ ◦ ◦ 自我修復促動消費者主動參與電網作業抵抗攻擊提供高品質的電力以省下電力供應中斷產生的損失協同運作所有的發電設備與儲存設備促進電力市場繁榮以更好的效率運行 40

輸配線系統導入程資產管理作法 GIS 地理資訊系統 (Geographic Information System)是結合許多學科搭配地理空間資料庫透過網路技術提供即時的位置與地理環境分析資訊，應用在智能電網中能夠做為決策支援的參數來源以及圖像化地理模型的依據 ◦ 植入GIS首要的任務是提升OMS (Outage Management System) 系統的運作，而GIS的確發揮了作用，可靠度因此提升了30~40個百分點 - Paul Allen (2009) ◦ GIS技術在自動化策略上扮演著重要的角色，能提供分析者最初始的設備資料，在智能電網的分析上藉由地理資訊面向來呈現分析結果也是較佳的做法 - Cindi Salas (2007) 41

輸配線系統導入程資產管理作法 GIS 歐美國家的電力系統較為發達，在 20世紀70和80 年代逐步在記錄資產與設備的位置上加入地理資訊到 20世紀90年代初期，歐美的電力產業隨著GIS技術的成熟導入自動製圖/設備管理/地理資訊系統 (AM/FM/GIS) 42

輸配線系統導入程資產管理作法 GIS服務功能： ◦ 發電廠類似管理資訊系統 (MIS) 的功能圖像化資訊系統的功能 ◦ 輸電網電網規畫管理程設計評估施進度管控運行與維護管理 ◦ 配電網配電設備管理輔助配電網規劃設計電網監控管理 43

輸配線系統導入程資產管理作法 GIS服務功能： ◦ 客戶服務客戶資訊管理投訴電話管理空間定位查詢計價收費管理區域統計用電情況監控 44

輸配線系統資產管理架構日本務部門的保養管理業務 ◦ 導因：發生保養know how空洞化且設備逾齡，造成電力供應系統內外問題頻繁 ◦ 管理業務依循PDCA循環，著重設備資料的管理與維護改革方案 ◦ 提昇ROA，以資產觀點來管理設備的EAM作法 ◦ 確立狀態監控保養與制定合理保養計畫以節省保養成本，根據RCM、CBM 以及 RBM ◦ 發展務設備保全管理系統 45

輸配線系統資產管理架構務設備保全管理系統 ◦ 建立設備的統合資料庫ADM 保養數據的一元化管理 ◦ 由傳統的多點連結傳送資料改為藉由中間代理人來處理繁雜的連結作業 46

輸配線系統資產管理架構務設備保全管理系統 ◦ 結合GIS呈現設備的歷史與最新資訊 47

4. 電力輸配線系統之程資產管理方法 48

EAM一般架構 EAM傳統架構示意圖 49

EAM一般架構組織內部資產管理整合架構圖 50

電力輸配線系統之EAM架構 51

程資產管理中心 52

程資產管理中心供應商協商機制供應商選擇是供應鏈中關鍵的採購管理活動之一，牽涉到了質與量上的多項準則，選擇最佳的供應商事實上就是在多項的有形或是無形因素中取得平衡 53

程資產管理中心供應商協商機制供應商選擇系統流程 54

程資產管理中心供應商協商機制供應商選擇─AHP法 ◦ 建立層級架構 ◦ 各層級間權重計算成對比較矩陣計算特徵值或特徵向量一致性檢定 ◦ 整體層級權重計算 55

程資產管理中心供應商協商機制供應商選擇架構 56

程資產管理中心供應商協商機制供應商協商─以Neubert et al(2003)所提出之協商方法為基協商架構 57

5. 未來作 58

未來作持續閱讀程資產管理相關文獻找出更完整與完善的程資產管理模式強化程資產管理中心之功能針對協商和診斷、預測模式作更深入的探討 ◦ 如將拍賣理論導入協商機制 ◦ 歸納協商機制中的演算規則、參數 59

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References GENI (National Energy Network Institute) - http: //www. geni. org/globalenergy/library/national_energy_grid. html Why the Smart Grid is important - http: //www. grist. org/article/adventuresin-the-smart-grid-no-1 "The European power grid - the need for regulatory changes and advanced technology" - http: //www. abb. com/ "Blackout puts outdated power grid in spotlight" - http: //www. euractiv. com/en/energy/blackout-puts-outdated-power-gridspotlight/article-159530 Choi, S. P. M. , J. Liu, S. P. Chan. 2001. A genetic agent-based negotiation system. - Computer Networks, 37 195 -204. Bazerman, M. H. 1994. Judgment in Managerial Decision Making, New York: John Wiley & Sins, Inc. 吳蕙圜. 2005. 以程式代理人為基礎之供應商選擇系統國立成功大學資訊管理研究所 61

References Neubert, R. , O. Gorlitz, T. Teich. 2003. Automated negotiations of supply contracts for flexible production networks. International journal of Production Economics, 89 175 -187. Nydick, R. L. , R. P. Hill. 1992. Using the Analytic Hierarchy Process to Structure the Supplier Selection Procedure. International Journal of Purchasing and Materials Management, 28(2) 31 -36. Nowlan, F. S. , Heap, H. , “Reliability-Centered Maintenance, ” US Department of Commerce(NTIS), Springfiled, VA, 1978. Kennedy, Ross, “Examining the Processes of RCM and TPM, ” URL: http: //www. plant-maintenance. com/articles/RCMv. TPM. shtml D. J. Bowler, P. L. Primrose, R. Leonard, “Economic evaluation of reliability-centered maintenance(RCM) ： an electricity transmission industry perspective, ” IEE Proc. -Gener. Transm. Distrib. , Vol. 142, No. 1, pp. 9 -16, 1995. 62

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