基于全壽命成本的輸電線路設計方法

邱玉德

摘要：從全壽命周期的角度出發，運用全周期的經濟分析手段來優化輸電線路設計方案，能夠保障輸電線路工程的長期利益，節約社會資源。本文結合輸電線路建設項目全壽命周期的相關理論，對項目的全壽命成本進行了深入研究，旨在為避免項目設計短期行為，實現輸電線路項目的經濟和社會效益提供參考。

關鍵詞：全壽命成本;輸電線路設計;成本構成

前言

輸電線路部件由于暴露于大氣環境中，受各類氣象條件的作用，對輸電線路的壽命和可靠性都帶來了一定的損害。并且輸電線路路徑的選擇受土地利用、城市建筑和周圍環境的影響，也較為復雜。這些因素不僅導致了電網建設全壽命周期費用估算的復雜性，而且也導致了輸電線路規劃和設計的復雜性。據統計，電網建設項目30%的資金消耗在了運行維管上，因此對于新建工程要從建設、維護、發展等全壽命周期來考慮，給電網建設工程一個合理的投資額，使整個電網建設在全壽命周期內實現成本最優化。

1.全壽命成本研究

1.1全壽命成本分析的特點

全壽命周期成本分析是一種新的概念和決策方法，目的是為了提高系統的全壽命周期費用的經濟性。同傳統的概念和方法相比，它具有以下特點：

1）在選擇系統時，不僅考慮初始費用，也要將壽命周期內的其他所有費用放在相應的位置上加以研究。

2）在系統開發的初期考慮壽命周期費用。

3）就像對系統的性能、精度、容量、可靠性、維修性等技術規定一樣，把全壽命周期費用作為系統開發的主要因素。

4）深入地進行初始費用和和運行維護費用之間的權衡、系統效用和全壽命周期成本之間的權衡，以及開發設置所需的時間和壽命周期成本之間的權衡。

5）為了更好地進行權衡，對系統各組成部分考慮多種方案，以便選擇最佳的方案。

6）要準備好可以有效利用的費用數據庫。

全壽命周期成本評價的結果，在很大程度上取決于以上各要點的滿足程度。如果以上的各要點不充分，則全壽命周期成本分析不會對作出正確的決策提供指導。

1.2輸電線路設計階段全壽命周期成本分析的作用

在電網工程可行性研究獲得核準后，進入了線路設計階段，該階段與可行性研究的最大區別在于需要明確設備布局和設備選型等工程建設細節問題，也即全壽命周期成本分析工作可以落實到具體的設備層面，將有實實在在的成本數據支持，而不是同類設備的相關成本估算。設計單位可以根據可行性研究審定的技術方案，提出多個設計方案，進行全面的全壽命周期成本分析工作。特別是要計算確定不同方案下的運行檢修成本和故障損失成本。具體說來，輸電線路設計階段的全壽命周期成本管理技術應用歸納為基建初投資和投運設備檢修成本的平衡，基建初投資與故障率之間的平衡、設備初投資與為了使設備在故障時便于快速診斷和快速修復而采用的額外檢測儀器的平衡，以及設備的選型或布置方案與占地面積的平衡，最終全壽命周期成本管理分析演變為比較各種設計方案的全壽命周期成本優化問題[1]。

2.輸電線路全壽命周期設計過程

設計是工程建設的龍頭，設計的好壞對工程質量及經濟性的優劣具有決定性影響。因此，抓好設計管理是全壽命周期管理最重要、最根本的一環。全壽命周期設計可理解為：從工程設計、管理、建設和運營的各個環節來尋求恰當的措施，以滿足工程全壽命周期的總體性能（經濟、技術、環保等）最優的設計理念方法。

具體來講就是，以工程全壽命周期的安全性、適用性及經濟性為目標，研究從可研、立項、設計、施工到維護管理各個階段所應采取的理論、方法和措施，使得工程項目的建設既滿足安全性和適用性的要求，又滿足經濟性的要求。

結合輸電線路工程來講，欲實現全壽命周期設計，當前應主要做好以下各項工作：

（1）首先應做好信息交流工作。因為，只有設計能及時、全面了解已有工程的施工及運行信息資料，以及最新的科研成果資料，才能做出符合實際的好的設計方案。

（2）充分利用已有信息及科研成果資料，結合工程的實際情況，以全壽命周期的觀點做好設計方案的技術比選工作。

（3）從全壽命視角做好設計方案的經濟比較工作。這就要求不僅要從初投資，而且要從維行維護費、設備更新費及故障損失費等各方面，對設計方案進行全壽命過程的動態經濟比較工作。

（4）抓好設計的“三結合”工作。在20世紀60年代，為搞好設計工作，提倡在設計中實行以設計為主的“設計、施工、運行”三結合，以彌補設計人員對施工、運行經驗了解的不足。信息全面、及時的交流，已為設計能充分考慮運行、施工要求創造了良好條件。在此基礎上，再結合本工程的具體情況，運行、施工單位能在設計過程中及時參與咨詢建議也是十分重要的。例如，在設計方案的選定、路徑方案的選擇以及塔位的選定過程中，運行、施工單位能及時提供咨詢建議，這對線路的安全運行及經濟性是十分必要的。

（5）做好對設計的評審工作。對設計的評審，不但要做好對初步設計的評審，而且要做好對施工圖的檢查評審工作。對施工圖的檢查，其優越性已在多個工程施工圖檢查評審中有了充分的體現。

3.基于全壽命成本的輸電線路設計方法

輸電線路設計中應要充分體現工程項目全壽命周期管理、實現社會、經濟、環境效益的設計理念，具體設計優化措施主要有以下幾個方面：

3.1節能優化措施

電力行業是經濟發展中的基礎，作為能源產業和消費鏈中的重要環節，在輸電線路設計中應采取以下措施：優化路徑選擇，節約線路走廊;優化導線材質選擇，節省原材料;合理選擇導線分裂根數和間距，減少導線表面場強、無線電干擾和可聽噪聲;采用分段絕緣地線，可以有效地避免形成感應電流通路，從而降低線路長期運行的能耗;采用節能金具，減少電暈和渦流損失;塔型選擇及優化，改進和完善鐵塔結構型式，使之充分滿足使用要求，達到安全可靠、經濟合理、保護環境的目的;根據地形條件鐵塔基礎采用全方位高低腿型式，保護自然環境和減少水土流失[2]。

3.2基于經濟效益的優化措施

首先從設備選擇方面來說，在設計中要科學合理地選擇設備結構型式和主要參數，選用免維護或少維護設備，還要合理選擇電氣設備爬距，減少污閃的發生。其次從材料方面來說，應選擇隔熱環保建筑材料，降低建筑物能耗;采用新型鋼結構防腐工藝，提高保護年限;根據運行維護要求，合理選擇道路路面材料。最后從自動化水平方面來說，設計要提高自動化、數字化水平，達到減人增效目的。對重要設備實行不間斷監視，及早發現故障，避免事故擴大，減少停電損失。

3.3分層次設計方法

圖1基于全壽命成本的輸電線路“分層循環反饋”設計流程

該方法的設計流程如圖1所示。這種方法的本質是在滿足輸電線路整體技術性的基礎上，對輸電線路全壽命周期內的所有成本進行預測。這種設計方法是通過對各個層次設計，經過全壽命成本的循環對比，來最終確定設計，能夠有效地保證設計方案的經濟型性[3]。

4.結語

全壽命成本分析目前已被廣泛應用于各個領域，輸電線路由于自身特點的多樣性，導致了輸電線路的規劃和設計具有了復雜性。基于全壽命成本分析的輸電線路設計，能夠不斷的修正和完善設計方案，進而保證線路設計的經濟合理性。隨著信息化的不斷加劇，未來輸電線路的設計還可以考慮編制輸電線路全壽命成本計算的軟件，來減少設計計算工作量，并且未來對輸電線路的設計還要考慮社會效益，這樣才能真正實現輸電線路的經濟和社會效益。

參考文獻：

[1]郭青.輸電線路建設工程全壽命周期管理的探討[J].山西電力，2007，143（12）：88-92.

[2]徐種.全壽命周期成本管理在電力設備管理中的應用探討[J].中國電力，2010（03）：72-74.

[3]國家電網公司基建部，組編.電網工程建設管理基礎知識及應用[M].北京：中國電力出版社，2009（05）：200-204.