基于資產全壽命周期管理的輸電網規劃方案優化

汪湲，劉曉明，趙龍

（1.國網山東省電力公司，濟南250001；2.國網山東省電力公司經濟技術研究院，濟南250021）

基于資產全壽命周期管理的輸電網規劃方案優化

汪湲1，劉曉明2，趙龍2

（1.國網山東省電力公司，濟南250001；2.國網山東省電力公司經濟技術研究院，濟南250021）

通過應用資產全壽命周期管理的資產技術狀態評價、風險評價、全壽命周期成本評價等方法，對規劃期內的設備購置、土地占用、運行維護、可靠性水平等進行量化，對輸電網規劃方案進行技術經濟和敏感性分析，優化制定安全、效能、壽命周期成本等綜合評價最優的規劃方案，進一步提高了輸電網規劃的科學性和靈活適應性，對于最終實現電網資產全壽命周期各環節工作的協調統一具有重要意義。

資產全壽命周期管理；輸電網規劃；全壽命周期成本

0 引言

資產全壽命周期管理是指運用系統工程的方法和資產評價模型，統籌協調資產在規劃、設計、采購、建設、運維、改造、報廢處置等全壽命周期的管理行為和技術要求，實現資產全壽命周期內安全、效能、成本的綜合最優［1-4］。通過貫徹應用資產全壽命周期管理理念和方法，對規劃研究周期內的設備購置、土地占用、運行維護、可靠性水平等進行了量化，對輸電網規劃方案進行了技術經濟和敏感性分析，優化制定了安全、效能、壽命周期成本等綜合評價最優的規劃方案，進一步提高了電網規劃的科學性和合理性。

1 比選思路

輸電網規劃全壽命周期比選從項目投資的長期經濟效益出發，全面考慮建設期、運行期以及報廢成本，選定全壽命周期成本最小的方法，避免決策局限于某個時間段或節點，實現貫穿各個階段的整體優化。

2 規劃方案全壽命周期成本計算方法

輸電網規劃方案全壽命周期成本（LCC）是指一個系統或設備在全壽命周期內，為購置或維持其正常運行所需支付的全部費用［5］。主要由一次投資成本（CI）、運行維護成本（CO）、廢棄成本（CD）、損耗成本（CL）、土地機會成本（CT）以及環保成本（CE）構成，即

2.1 一次投資成本

一次投資成本（CI）通常包括輸變電設備的購買、安裝、調試以及配套建筑的支出成本等，以及一次征地費用。

式中：CIa為設備購買費用；CIb為設備安裝費用；CIc為其它和設備相關費用；CId為一次征地費用。

2.2 運行維護成本

運行維護成本（CO）通常包括設備的運行、檢修維護支出，以及故障成本。

式中：COa為設備運行成本；COb為設備檢修維護成本；COc為故障成本；rateCOa為運行成本占比；rateCOb為檢修維護成本占比；COc為故障成本，是指電網故障造成的用戶停電成本，通常采用“每千瓦時電能的平均產值（產電比）”來估算停電損失費用。

2.3 廢棄成本

廢棄成本（CD）是指設備殘值及設備拆除和清理費用。

式中：CDa為設備拆除和清理費用；CDb為設備殘值。

2.4 損耗成本

損耗成本（CL）是指輸變電設備的損耗費用，以及不同規劃方案引起的不同系統網損。

式中：CLa為網損電量；Price為電價。

2.5 土地機會成本

土地機會成本（CT）是指土地征做電力建設所用時所放棄的利益。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會成本。

假設規劃計算期為N，兩方案的征地差異為M，單位征地成本為Q，征地成本年增長率為α，折現率為k，由此導致此后第i年土地機會成本（折算為當年值）為

則在設備N年壽命周期內，總的土地機會成本為

2.6 環保成本

環保成本（CE）是指為滿足環境要求或由于對環境的影響而發生的成本。電網及工程的規劃設計階段已嚴格按照設計標準設計，設備及研究費用均已計列，故在以下計算中，不考慮環保成本。

各方案首先計算各年成本支出后折算為現值，成本支出現值再折算為等年值進行比較。

式中：P為現值；CN1為當年支出；；N1為當年年份；N0為起始年份；k為折現率；N為輸變電工程經濟壽命；A為等年值。

3 基于全壽命周期成本方法的規劃方案優化

以山東電網500 kV母線短路電流超標解決方案為例，詳細闡述基于全壽命周期成本方法的電網規劃方案優化。

3.1 比選方案

到2015年，山東電網將通過1 000 kV錫盟—濟南—南京、靖邊—濟南—濰坊交流特高壓大通道及濟南、濰坊、棗莊共3個交流特高壓變電站接入國家特高壓電網。網內形成2個直流、3個特高壓交流變電站伸入負荷中心，500 kV線路為主要輸電通道，覆蓋全省負荷中心和主要電源點的環網或雙回路網絡結構。在原規劃的2015年山東500 kV電網接線方案下，山東電網繼續保持與華北主網500 kV合環運行，2015年山東電網將有部分變電站500 kV母線短路電流超過設備額定遮斷容量（50 kA），主要有：聊城站、濟南站、淄博站、濱州站，相關區域規劃網架如圖1所示。

圖1 2015年山東中西部500 kV及以上電網規劃圖

為解決上述500 kV變電站短路電流超標問題，考慮3種方案。

方案1。在保證可靠供電的前提下，對500 kV網絡進行優化，控制局部500 kV變電站短路水平，滿足電網運行需要。在原規劃主網架基礎上，將聊城電廠—聊城站線路與聊城—長清站線路在串內短接，聞韶—濟南站線路與濟南—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—油城站線路在串內短接。

方案2。在原規劃主網架基礎上，將聊城電廠—聊城站線路與聊城—長清站線路在串內短接，聞韶—濟南站線路與濟南—彩石站線路在站外短接，濟南—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。保持原規劃主網架結構，將短路電流超過50 kA的500 kV變電站相關設備更換為63 kA設備。

方案1、2優化接線如圖2所示。

圖2 2015年山東中西部500 kV電網優化后規劃圖

3.2 全壽命周期成本比較

3.2.1 計算模型

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）費用現值為

式中：COi、CLi、CTi分別為工程投入運行后第i年的運行維護成本、損耗成本、土地機會成本；N為輸變電工程的經濟壽命。主要計算參數見表1。

表1 全壽命周期計算主要計算參數表

3.2.2 計算過程

1）一次投資成本。在投資分析中，63 kA斷路器造價取80萬元／臺，安裝費用為3萬元／臺，總費用90萬元／臺；串內短接無需費用，站外短接按照一基大轉角塔費用計；導線截面為4×400 mm2的同塔雙回線路設備費為180萬元／km，安裝費為80萬元／km，總費用360萬元／km；一個500 kV出線間隔造價取1 500萬元，其中設備費取750萬元，安裝費取200萬元。根據通用造價，并結合山東電網實際情況，每基大轉角塔的造價如表2所示。

表2 大轉角塔造價表

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）運行維護成本。運行成本占比和檢修維護成本占比均取1%。經計算，3種方案下，500 kV主網架發生N-1故障均不會引起系統損失負荷，因此，故障成本不參與比較。

由式（3）～（5）可得方案1的年運維成本為（27+ 27+1680）×2%=34.68（萬元）；方案2的年運維成本為（27+27+1680+27）×2%=35.22（萬元）；方案3中63kA斷路器運維成本與原50kA斷路器運維成本相同，不增加新的運維成本。

因輸變電設備的經濟壽命為40年，由式（10），方案1中設備在全壽命周期內的運維成本（折算為現值）為

方案2中設備在全壽命周期內的運維成本（折算為現值）為

在以方案3為基準的基礎上，3種方案在全壽命周期內折算為現值后的成本比較見表4。可見，方案2的全壽命周期成本最高。

3）損耗成本。2015年，采用方案1的山東電網系統總損耗為1224.2 MW，方案2為1261.8 MW，方案3為1224.9 MW（之后各年份為預測值）。在以方案1為基準的基礎上，3種方案在40年經濟壽命周期內損耗費用計算如表5所示。

表4 3種方案的運維成本比較表萬元

表5 3種方案40年損耗費用差額計算表

可見，在設備全壽命周期內，方案1的損耗成本要低于其余兩方案。

4）土地機會成本。山東省征地單價大約為0.012萬元／m2，500 kV線路占地測算如表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基單回大轉角塔和1 km線路，總計902.67 m2；方案2的征地為站外短接的3基單回大轉角塔和1km線路，總計1156.01m2；方案3不征地。則在設備40年壽命周期內，由式（9），方案1總的土地機會成本為

方案2總的土地機會成本為

可見，折算為現值后，方案1在設備全壽命周期內由于多征地所產生的土地機會成本為15.04萬元；方案2在設備全壽命周期內由于多征地所產生的土地機會成本為19.26萬元，方案1低于方案2。

5）廢棄成本。設備殘值率按設備購買費用5%計，設備拆除和清理費用按設備安裝費用的25%計。3種方案設備廢棄成本如表7所示。

表7 3種方案廢棄成本比較表萬元

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63 795.74萬元，方案3全壽命周期成本較方案1高1 853.11萬元，具體如表8所示。

表8 3種方案全壽命周期成本差額計算表萬元

由式（11），經計算，折算為等年值后，方案2全壽命周期成本比方案1高3 997.26萬元，方案3全壽命周期成本比方案1高116.11萬元。

3.3 小結

從技術上看，主網架優化方案1、2均能在控制系統短路水平的前提下，滿足電網安全穩定運行的要求，但方案1的供電可靠性及穩定性優于方案2。方案3通過更換設備滿足運行要求，但并未對500 kV系統短路電流進行整體控制，后續隨著網架的加強，仍會出現短路電流超標問題，因此將會造成投資浪費。

經全壽命周期技術經濟比較，折算為現值后方案2全壽命周期成本比方案1多63 795.74萬元，方案3全壽命周期成本比方案1多1 853.11萬元；折算為等年值后，方案2全壽命周期成本比方案1高3 997.26萬元，方案3全壽命周期成本比方案1高116.11萬元。

綜上，2015年山東500 kV電網接線方案應采用方案1。

4 結語

通過全面應用資產全壽命周期管理，山東電網規劃的經濟性顯著增強，網架規劃方案靈活適應性明顯提升。通過綜合運用資產全壽命周期管理成本比較方法，對局部電網結構網架微調方案進行比選，選取了技術、經濟性最優的規劃方案，進一步提高了輸電網規劃的科學性和合理性。

［1］帥軍慶.電力企業資產全壽命周期管理［M］．北京：中國電力出版社，2010．

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

［3］葉萍，成功，陳晶晶.電網建設項目全壽命周期成本管理的分析研究［J］．電力學報，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工程項目成本分析［J］．現代電力，2011，28（5）：80－84．

［5］張勇，魏玢．電網企業開展全壽命周期管理的思考［J］．電力技術經濟，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，高級工程師，主要從事電網規劃設計及運行管理等工作。