基于資產(chǎn)全壽命周期管理的輸電網(wǎng)規(guī)劃方案優(yōu)化

汪湲，劉曉明，趙龍

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，濟(jì)南250001；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，濟(jì)南250021）

基于資產(chǎn)全壽命周期管理的輸電網(wǎng)規(guī)劃方案優(yōu)化

汪湲1，劉曉明2，趙龍2

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，濟(jì)南250001；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，濟(jì)南250021）

通過應(yīng)用資產(chǎn)全壽命周期管理的資產(chǎn)技術(shù)狀態(tài)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、全壽命周期成本評(píng)價(jià)等方法，對(duì)規(guī)劃期內(nèi)的設(shè)備購(gòu)置、土地占用、運(yùn)行維護(hù)、可靠性水平等進(jìn)行量化，對(duì)輸電網(wǎng)規(guī)劃方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)和敏感性分析，優(yōu)化制定安全、效能、壽命周期成本等綜合評(píng)價(jià)最優(yōu)的規(guī)劃方案，進(jìn)一步提高了輸電網(wǎng)規(guī)劃的科學(xué)性和靈活適應(yīng)性，對(duì)于最終實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)資產(chǎn)全壽命周期各環(huán)節(jié)工作的協(xié)調(diào)統(tǒng)一具有重要意義。

資產(chǎn)全壽命周期管理；輸電網(wǎng)規(guī)劃；全壽命周期成本

0 引言

資產(chǎn)全壽命周期管理是指運(yùn)用系統(tǒng)工程的方法和資產(chǎn)評(píng)價(jià)模型，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)資產(chǎn)在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、采購(gòu)、建設(shè)、運(yùn)維、改造、報(bào)廢處置等全壽命周期的管理行為和技術(shù)要求，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)全壽命周期內(nèi)安全、效能、成本的綜合最優(yōu)［1-4］。通過貫徹應(yīng)用資產(chǎn)全壽命周期管理理念和方法，對(duì)規(guī)劃研究周期內(nèi)的設(shè)備購(gòu)置、土地占用、運(yùn)行維護(hù)、可靠性水平等進(jìn)行了量化，對(duì)輸電網(wǎng)規(guī)劃方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)和敏感性分析，優(yōu)化制定了安全、效能、壽命周期成本等綜合評(píng)價(jià)最優(yōu)的規(guī)劃方案，進(jìn)一步提高了電網(wǎng)規(guī)劃的科學(xué)性和合理性。

1 比選思路

輸電網(wǎng)規(guī)劃全壽命周期比選從項(xiàng)目投資的長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，全面考慮建設(shè)期、運(yùn)行期以及報(bào)廢成本，選定全壽命周期成本最小的方法，避免決策局限于某個(gè)時(shí)間段或節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)貫穿各個(gè)階段的整體優(yōu)化。

2 規(guī)劃方案全壽命周期成本計(jì)算方法

輸電網(wǎng)規(guī)劃方案全壽命周期成本（LCC）是指一個(gè)系統(tǒng)或設(shè)備在全壽命周期內(nèi)，為購(gòu)置或維持其正常運(yùn)行所需支付的全部費(fèi)用［5］。主要由一次投資成本（CI）、運(yùn)行維護(hù)成本（CO）、廢棄成本（CD）、損耗成本（CL）、土地機(jī)會(huì)成本（CT）以及環(huán)保成本（CE）構(gòu)成，即

2.1 一次投資成本

一次投資成本（CI）通常包括輸變電設(shè)備的購(gòu)買、安裝、調(diào)試以及配套建筑的支出成本等，以及一次征地費(fèi)用。

式中：CIa為設(shè)備購(gòu)買費(fèi)用；CIb為設(shè)備安裝費(fèi)用；CIc為其它和設(shè)備相關(guān)費(fèi)用；CId為一次征地費(fèi)用。

2.2 運(yùn)行維護(hù)成本

運(yùn)行維護(hù)成本（CO）通常包括設(shè)備的運(yùn)行、檢修維護(hù)支出，以及故障成本。

式中：COa為設(shè)備運(yùn)行成本；COb為設(shè)備檢修維護(hù)成本；COc為故障成本；rateCOa為運(yùn)行成本占比；rateCOb為檢修維護(hù)成本占比；COc為故障成本，是指電網(wǎng)故障造成的用戶停電成本，通常采用“每千瓦時(shí)電能的平均產(chǎn)值（產(chǎn)電比）”來估算停電損失費(fèi)用。

2.3 廢棄成本

廢棄成本（CD）是指設(shè)備殘值及設(shè)備拆除和清理費(fèi)用。

式中：CDa為設(shè)備拆除和清理費(fèi)用；CDb為設(shè)備殘值。

2.4 損耗成本

損耗成本（CL）是指輸變電設(shè)備的損耗費(fèi)用，以及不同規(guī)劃方案引起的不同系統(tǒng)網(wǎng)損。

式中：CLa為網(wǎng)損電量；Price為電價(jià)。

2.5 土地機(jī)會(huì)成本

土地機(jī)會(huì)成本（CT）是指土地征做電力建設(shè)所用時(shí)所放棄的利益。不同的方案占地除了一次征地成本不同外，占地差異部分還存在機(jī)會(huì)成本。

假設(shè)規(guī)劃計(jì)算期為N，兩方案的征地差異為M，單位征地成本為Q，征地成本年增長(zhǎng)率為α，折現(xiàn)率為k，由此導(dǎo)致此后第i年土地機(jī)會(huì)成本（折算為當(dāng)年值）為

則在設(shè)備N年壽命周期內(nèi)，總的土地機(jī)會(huì)成本為

2.6 環(huán)保成本

環(huán)保成本（CE）是指為滿足環(huán)境要求或由于對(duì)環(huán)境的影響而發(fā)生的成本。電網(wǎng)及工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段已嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)備及研究費(fèi)用均已計(jì)列，故在以下計(jì)算中，不考慮環(huán)保成本。

各方案首先計(jì)算各年成本支出后折算為現(xiàn)值，成本支出現(xiàn)值再折算為等年值進(jìn)行比較。

式中：P為現(xiàn)值；CN1為當(dāng)年支出；；N1為當(dāng)年年份；N0為起始年份；k為折現(xiàn)率；N為輸變電工程經(jīng)濟(jì)壽命；A為等年值。

3 基于全壽命周期成本方法的規(guī)劃方案優(yōu)化

以山東電網(wǎng)500 kV母線短路電流超標(biāo)解決方案為例，詳細(xì)闡述基于全壽命周期成本方法的電網(wǎng)規(guī)劃方案優(yōu)化。

3.1 比選方案

到2015年，山東電網(wǎng)將通過1 000 kV錫盟—濟(jì)南—南京、靖邊—濟(jì)南—濰坊交流特高壓大通道及濟(jì)南、濰坊、棗莊共3個(gè)交流特高壓變電站接入國(guó)家特高壓電網(wǎng)。網(wǎng)內(nèi)形成2個(gè)直流、3個(gè)特高壓交流變電站伸入負(fù)荷中心，500 kV線路為主要輸電通道，覆蓋全省負(fù)荷中心和主要電源點(diǎn)的環(huán)網(wǎng)或雙回路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在原規(guī)劃的2015年山東500 kV電網(wǎng)接線方案下，山東電網(wǎng)繼續(xù)保持與華北主網(wǎng)500 kV合環(huán)運(yùn)行，2015年山東電網(wǎng)將有部分變電站500 kV母線短路電流超過設(shè)備額定遮斷容量（50 kA），主要有：聊城站、濟(jì)南站、淄博站、濱州站，相關(guān)區(qū)域規(guī)劃網(wǎng)架如圖1所示。

圖1 2015年山東中西部500 kV及以上電網(wǎng)規(guī)劃圖

為解決上述500 kV變電站短路電流超標(biāo)問題，考慮3種方案。

方案1。在保證可靠供電的前提下，對(duì)500 kV網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，控制局部500 kV變電站短路水平，滿足電網(wǎng)運(yùn)行需要。在原規(guī)劃主網(wǎng)架基礎(chǔ)上，將聊城電廠—聊城站線路與聊城—長(zhǎng)清站線路在串內(nèi)短接，聞韶—濟(jì)南站線路與濟(jì)南—蟠龍站線路在站外短接，淄川—淄博站線路與淄博—濱州站線路短接，并將原淄博—濱州站線路開斷接入高青站，將惠民—濱州站線路與濱州—油城站線路在串內(nèi)短接。

方案2。在原規(guī)劃主網(wǎng)架基礎(chǔ)上，將聊城電廠—聊城站線路與聊城—長(zhǎng)清站線路在串內(nèi)短接，聞韶—濟(jì)南站線路與濟(jì)南—彩石站線路在站外短接，濟(jì)南—淄博站線路與淄博—濱州站線路短接，并將原淄博—濱州線路開斷接入高青站，將惠民—濱州站線路與濱州—淄博站線路在站外短接。

方案3。保持原規(guī)劃主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，將短路電流超過50 kA的500 kV變電站相關(guān)設(shè)備更換為63 kA設(shè)備。

方案1、2優(yōu)化接線如圖2所示。

圖2 2015年山東中西部500 kV電網(wǎng)優(yōu)化后規(guī)劃圖

3.2 全壽命周期成本比較

3.2.1 計(jì)算模型

選取全壽命周期成本最小的方案作為推薦方案，全壽命周期（成本）費(fèi)用現(xiàn)值為

式中：COi、CLi、CTi分別為工程投入運(yùn)行后第i年的運(yùn)行維護(hù)成本、損耗成本、土地機(jī)會(huì)成本；N為輸變電工程的經(jīng)濟(jì)壽命。主要計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 全壽命周期計(jì)算主要計(jì)算參數(shù)表

3.2.2 計(jì)算過程

1）一次投資成本。在投資分析中，63 kA斷路器造價(jià)取80萬(wàn)元／臺(tái)，安裝費(fèi)用為3萬(wàn)元／臺(tái)，總費(fèi)用90萬(wàn)元／臺(tái)；串內(nèi)短接無(wú)需費(fèi)用，站外短接按照一基大轉(zhuǎn)角塔費(fèi)用計(jì)；導(dǎo)線截面為4×400 mm2的同塔雙回線路設(shè)備費(fèi)為180萬(wàn)元／km，安裝費(fèi)為80萬(wàn)元／km，總費(fèi)用360萬(wàn)元／km；一個(gè)500 kV出線間隔造價(jià)取1 500萬(wàn)元，其中設(shè)備費(fèi)取750萬(wàn)元，安裝費(fèi)取200萬(wàn)元。根據(jù)通用造價(jià)，并結(jié)合山東電網(wǎng)實(shí)際情況，每基大轉(zhuǎn)角塔的造價(jià)如表2所示。

表2 大轉(zhuǎn)角塔造價(jià)表

3種方案的線路投資成本比較如表3所示。

表3 3種方案的一次投資成本比較表萬(wàn)元

可見，由于方案3更換斷路器較多，一次投資要高于方案1與方案2。

2）運(yùn)行維護(hù)成本。運(yùn)行成本占比和檢修維護(hù)成本占比均取1%。經(jīng)計(jì)算，3種方案下，500 kV主網(wǎng)架發(fā)生N-1故障均不會(huì)引起系統(tǒng)損失負(fù)荷，因此，故障成本不參與比較。

由式（3）～（5）可得方案1的年運(yùn)維成本為（27+ 27+1680）×2%=34.68（萬(wàn)元）；方案2的年運(yùn)維成本為（27+27+1680+27）×2%=35.22（萬(wàn)元）；方案3中63kA斷路器運(yùn)維成本與原50kA斷路器運(yùn)維成本相同，不增加新的運(yùn)維成本。

因輸變電設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命為40年，由式（10），方案1中設(shè)備在全壽命周期內(nèi)的運(yùn)維成本（折算為現(xiàn)值）為

方案2中設(shè)備在全壽命周期內(nèi)的運(yùn)維成本（折算為現(xiàn)值）為

在以方案3為基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，3種方案在全壽命周期內(nèi)折算為現(xiàn)值后的成本比較見表4?？梢姡桨?的全壽命周期成本最高。

3）損耗成本。2015年，采用方案1的山東電網(wǎng)系統(tǒng)總損耗為1224.2 MW，方案2為1261.8 MW，方案3為1224.9 MW（之后各年份為預(yù)測(cè)值）。在以方案1為基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，3種方案在40年經(jīng)濟(jì)壽命周期內(nèi)損耗費(fèi)用計(jì)算如表5所示。

表4 3種方案的運(yùn)維成本比較表萬(wàn)元

表5 3種方案40年損耗費(fèi)用差額計(jì)算表

可見，在設(shè)備全壽命周期內(nèi)，方案1的損耗成本要低于其余兩方案。

4）土地機(jī)會(huì)成本。山東省征地單價(jià)大約為0.012萬(wàn)元／m2，500 kV線路占地測(cè)算如表6所示。

表6 500kV線路征地差異表

方案1征地為站外短接的2基單回大轉(zhuǎn)角塔和1 km線路，總計(jì)902.67 m2；方案2的征地為站外短接的3基單回大轉(zhuǎn)角塔和1km線路，總計(jì)1156.01m2；方案3不征地。則在設(shè)備40年壽命周期內(nèi)，由式（9），方案1總的土地機(jī)會(huì)成本為

方案2總的土地機(jī)會(huì)成本為

可見，折算為現(xiàn)值后，方案1在設(shè)備全壽命周期內(nèi)由于多征地所產(chǎn)生的土地機(jī)會(huì)成本為15.04萬(wàn)元；方案2在設(shè)備全壽命周期內(nèi)由于多征地所產(chǎn)生的土地機(jī)會(huì)成本為19.26萬(wàn)元，方案1低于方案2。

5）廢棄成本。設(shè)備殘值率按設(shè)備購(gòu)買費(fèi)用5%計(jì)，設(shè)備拆除和清理費(fèi)用按設(shè)備安裝費(fèi)用的25%計(jì)。3種方案設(shè)備廢棄成本如表7所示。

表7 3種方案廢棄成本比較表萬(wàn)元

可見，方案2的廢棄成本最高。

6）全壽命周期成本。折算為現(xiàn)值后，方案1全壽命周期成本最低，方案2全壽命周期成本較方案1高63 795.74萬(wàn)元，方案3全壽命周期成本較方案1高1 853.11萬(wàn)元，具體如表8所示。

表8 3種方案全壽命周期成本差額計(jì)算表萬(wàn)元

由式（11），經(jīng)計(jì)算，折算為等年值后，方案2全壽命周期成本比方案1高3 997.26萬(wàn)元，方案3全壽命周期成本比方案1高116.11萬(wàn)元。

3.3 小結(jié)

從技術(shù)上看，主網(wǎng)架優(yōu)化方案1、2均能在控制系統(tǒng)短路水平的前提下，滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，但方案1的供電可靠性及穩(wěn)定性優(yōu)于方案2。方案3通過更換設(shè)備滿足運(yùn)行要求，但并未對(duì)500 kV系統(tǒng)短路電流進(jìn)行整體控制，后續(xù)隨著網(wǎng)架的加強(qiáng)，仍會(huì)出現(xiàn)短路電流超標(biāo)問題，因此將會(huì)造成投資浪費(fèi)。

經(jīng)全壽命周期技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，折算為現(xiàn)值后方案2全壽命周期成本比方案1多63 795.74萬(wàn)元，方案3全壽命周期成本比方案1多1 853.11萬(wàn)元；折算為等年值后，方案2全壽命周期成本比方案1高3 997.26萬(wàn)元，方案3全壽命周期成本比方案1高116.11萬(wàn)元。

綜上，2015年山東500 kV電網(wǎng)接線方案應(yīng)采用方案1。

4 結(jié)語(yǔ)

通過全面應(yīng)用資產(chǎn)全壽命周期管理，山東電網(wǎng)規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)性顯著增強(qiáng)，網(wǎng)架規(guī)劃方案靈活適應(yīng)性明顯提升。通過綜合運(yùn)用資產(chǎn)全壽命周期管理成本比較方法，對(duì)局部電網(wǎng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)架微調(diào)方案進(jìn)行比選，選取了技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的規(guī)劃方案，進(jìn)一步提高了輸電網(wǎng)規(guī)劃的科學(xué)性和合理性。

［1］帥軍慶.電力企業(yè)資產(chǎn)全壽命周期管理［M］．北京：中國(guó)電力出版社，2010．

［2］蔣躍軍.電力系統(tǒng)全壽命周期成本管理與智能電網(wǎng)建設(shè)［J］．浙江電力，2011（6）：57－60．

［3］葉萍，成功，陳晶晶.電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目全壽命周期成本管理的分析研究［J］．電力學(xué)報(bào)，2011，26（5）：413－415，421．

［4］陳茜，張建華，李曉黎，等.基于全壽命周期的電網(wǎng)工程項(xiàng)目成本分析［J］．現(xiàn)代電力，2011，28（5）：80－84．

［5］張勇，魏玢．電網(wǎng)企業(yè)開展全壽命周期管理的思考［J］．電力技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2008，20（4）：62－65．

Optimization of Transmission Network Planning Based on Asset Life Cycle Management

WANG Yuan1，LIU Xiaoming2，ZHAO Long2
（1.Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China；2.Economic&Technology Research Institute，State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250021，China）

By means of state evaluation，risk evaluation and life cycle cost evaluation of technical asset presented by asset life cycle management，the cost of equipment purchase，land occupation，operational maintenance and reliability level in planning period are quantified.Also，the cost-effectiveness and sensibility analysis of transmission network planning are presented.Based on all these mentioned above，the best transmission network planning is presented from the viewpoint of comprehensive evaluation on safety，efficiency and life cycle cost.The scientificalness and flexibility of transmission network planning have been enhanced，which is of vital significance for the realization of the coordination of each link in power grid asset life cycle management.

asset life cycle management；transmission network planning；life cycle cost

TM715

A

1007－9904（2015）03－0019－05

2015－01－05

汪湲（1978），女，高級(jí)工程師，主要從事電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理等工作。