基于全壽命周期理論的智能變電站一次主設(shè)備選型探索

蔡亮

無錫市廣盈電力設(shè)計(jì)有限公司 214171

摘要：全壽命周期理論要求對(duì)資金、質(zhì)量、采購等環(huán)節(jié)進(jìn)行全面監(jiān)管，以取得長遠(yuǎn)效益為目標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。在實(shí)際生活中，全壽命周期理論被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，并取得了較好效果。基于智能變電站的運(yùn)作特性，許多電力企業(yè)也對(duì)全壽命周期理論進(jìn)行較好應(yīng)用，并將其滲透進(jìn)企業(yè)各項(xiàng)工作的方方面面。在智能變電站中，一次主設(shè)備的選型有著重要作用，對(duì)變電站的運(yùn)作質(zhì)量有著較大影響。本文主要以10kV電流互感器、站用變壓器為例對(duì)全壽命周期理論下智能變電站一次主設(shè)備的選型進(jìn)行合理分析，提出了一些建議。

關(guān)鍵詞：全壽命周期理論；智能變電站；一次主設(shè)備

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)下，我國的電力事業(yè)有了較大發(fā)展，各類智能變電站不斷涌現(xiàn)，給人們的正常用電帶來了較大便利。在智能變電站中，一次主設(shè)備的選型有著重要作用，不僅影響到智能變電站的質(zhì)量，而且關(guān)系到整個(gè)智能變電站的造價(jià)，因此，對(duì)一次主設(shè)備進(jìn)行理性選型至關(guān)重要。在全壽命周期理論下，智能變電站一次主設(shè)備的選型與一般的情況下的選型有著較大不同，因此，如何更好進(jìn)行選型成為技術(shù)人員面臨的重大問題。

一、全壽命周期理論分析

全壽命周期理論注重整體性，強(qiáng)調(diào)長遠(yuǎn)效益，在電力事業(yè)中，全壽命周期理論指的是電力工程從開始到終結(jié)整個(gè)過程中的成本和，通過對(duì)工程成本和進(jìn)行對(duì)比，幫助企業(yè)更好控制經(jīng)濟(jì)成本，促進(jìn)企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。在電力工程成本和中，主要有兩種成本形式，一種是施工成本，另一種是運(yùn)行成本。施工成本指的是工程建設(shè)過程中的整體成本，包括材料成本、設(shè)備成本、人員成本等；運(yùn)行成本指的是工程在運(yùn)作過程中產(chǎn)生的成本，包括維護(hù)成本、檢修成本、管理成本等。以往企業(yè)在對(duì)施工成本及運(yùn)行成本進(jìn)行管理時(shí)，一般采用分開管理的形式，在這種情況下，工程成本處于分散狀態(tài)，給企業(yè)的資金管理帶來了極大不利。在全壽命周期理論下，企業(yè)需將施工成本及運(yùn)行成本進(jìn)行統(tǒng)一管理，雖然運(yùn)行成本具有一定的不可預(yù)見性，但是在工程施工過程中，運(yùn)行成本也會(huì)有所體現(xiàn)。因此，企業(yè)在對(duì)經(jīng)濟(jì)造價(jià)進(jìn)行管理時(shí)，必須從整體性出發(fā)，以降低施工成本以及運(yùn)行成本的成本總和為成本控制目標(biāo)，這樣才能更好發(fā)揮出全壽命周期理論的作用，促進(jìn)企業(yè)更好發(fā)展。一般情況下，全壽命周期成本由多個(gè)部分組成，包括投資成本、運(yùn)行成本、維護(hù)成本、檢修成本、廢棄成本。

二、基于全壽命周期理論的智能變電站一次主設(shè)備選型分析

在全壽命周期理論下，電力企業(yè)在對(duì)智能變電站一次主設(shè)備進(jìn)行選型時(shí)，能夠從整體性出發(fā)，對(duì)智能變電站從開始到終結(jié)的整個(gè)成本進(jìn)行分析，包括設(shè)備購置費(fèi)用、設(shè)備安裝費(fèi)用、設(shè)備檢修費(fèi)用、設(shè)備維護(hù)費(fèi)用等，從而有效控制智能變電站的整體成本。在以往設(shè)備選型過程中，電力企業(yè)往往沒有對(duì)長遠(yuǎn)效益進(jìn)行合理考慮，只對(duì)設(shè)備當(dāng)前的購置以及安裝等成本進(jìn)行分析，在這種情況下，傳統(tǒng)一次主設(shè)備的選型在初選方面成本較低，但是之后的成本較高；而基于全壽命周期理論的智能變電站一次主設(shè)備選型則在整體方面具有較低成本，所以能給企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。在全壽命周期理論下，對(duì)智能變電站一次主設(shè)備的選型分析如下：

（一）基于全壽命理論的電流互感器選型

在智能變電站中，電流互感器的種類較多，主要包括羅氏線圈電流互感器、光學(xué)電流互感器、獨(dú)立式電磁式電流互感器以及低功率線圈電流互感器等。在智能變電站實(shí)際運(yùn)作過程中，每種電流互感器都有著不同的運(yùn)作情況，對(duì)智能變電站的成本以及運(yùn)作質(zhì)量都有著不同的影響。在光學(xué)電流互感器方面，一般需在滿足變電站運(yùn)作需求的前提下進(jìn)行多配置，在對(duì)10kV典型出線間的間隔進(jìn)行處理時(shí)，一般需安裝6個(gè)敏感環(huán)。羅氏線圈電流互感器配置數(shù)量同光學(xué)電流互感器。在低功率線圈電流互感器方面，一般在中低壓系統(tǒng)中每相安裝1臺(tái)，在10kV典型出線間隔處安裝3臺(tái)電流互感器。在獨(dú)立式電磁式電流互感器方面，一般在每相安裝一臺(tái)，并在10kV典型出線間隔處安裝3臺(tái)電流互感器。如表1，顯示的是電流互感器購置成本表。

表1 電流互感器購置成本表

電流互感器種類 單價(jià)（元） 電壓 數(shù)量（個(gè)） 總價(jià)（萬元）

羅氏線圈電流互感器 5900元/線圈 10kV 110 64.9

光學(xué)電流互感器 7200元/敏感環(huán) 10kV 110 79.2

獨(dú)立式電磁式電流互感器 1400元/臺(tái) 10kV 110 15.4

低功率線圈電流互感器 1600元/臺(tái) 10kV 110 17.6

從表中可知，獨(dú)立式電磁式電流互感器以及低功率線圈電流互感器的購置成本較低，因此，在全壽命周期理論下，本文主要對(duì)獨(dú)立式電磁式電流互感器以及低功率線圈電流互感器進(jìn)行整體成本計(jì)算。從全壽命理論的相關(guān)概念可知，全壽命周期成本由多個(gè)部分組成，包括投資成本、運(yùn)行成本、故障成本、檢修成本以及廢棄成本。其中投資成本主要指設(shè)備的購置及安裝費(fèi)用；運(yùn)行成本指的是設(shè)備的運(yùn)行周期成本以及維修和更換設(shè)備的成本；檢修成本指的是設(shè)備運(yùn)行周期內(nèi)的檢修費(fèi)用總和；故障成本指的是一定周期內(nèi)故障費(fèi)用的總和；廢棄成本指的是設(shè)備廢棄所產(chǎn)生的成本。

在獨(dú)立式電磁式電流互感器方面，其大致有30年的壽命，而智能變電站正常運(yùn)行年限也約為30年，即在智能變電站整個(gè)使用周期內(nèi)獨(dú)立式電磁式電流互感器基本不用更換；在運(yùn)行維護(hù)以及設(shè)備檢修方面，大致一年的總體成本為900元；在一年的時(shí)間內(nèi)，設(shè)備的故障率大致為3%，且單次故障費(fèi)用大致為1400元；最終的廢棄成本大約為設(shè)備購置成本的5%。通過全壽命周期公式，以30年為限，可以計(jì)算出獨(dú)立式電磁式電流互感器的全壽命周期成本，具體如下：

全壽命周期成本=15.4+0.09×30+0.14×3%×30+15.4×5%=18.996萬元

在低功率線圈電流互感器方面，其大致有10年壽命，在智能變電站整個(gè)使用周期內(nèi)一般要進(jìn)行更換，大致為兩次；在運(yùn)行維護(hù)以及設(shè)備檢修方面，大致一年的總體成本為420元。在一年的時(shí)間內(nèi)，設(shè)備的故障率大致為2.5%，且單次故障費(fèi)用大致為1400元；最終的廢棄成本大約為設(shè)備購置成本的5%。同樣以30年為限，計(jì)算出的低功率線圈電流互感器全壽命周期成本如下：

全壽命周期成本=（17.6+0.042×10+0.14×2.5%×10+17.6×5%）

×3=56.805萬元

從相關(guān)數(shù)據(jù)可知，雖然獨(dú)立式電磁式電流互感器與低功率線圈電流互感器在購置成本上沒有較大差別，但是在全壽命周期理論下，由于兩種設(shè)備的壽命長短存在差異較大，致使在智能變電站整個(gè)使用周期內(nèi)，低功率線圈電流互感器的全壽命周期成本要遠(yuǎn)大于獨(dú)立式電磁式電流互感器。在實(shí)際情況中，由于低功率線圈電流互感器在一定周期內(nèi)需進(jìn)行多次更換，從而增加了整體的維護(hù)成本以及斷電成本，并且對(duì)變電站的運(yùn)作質(zhì)量造成較大影響，因此，從全壽命周期理論出發(fā)，電力企業(yè)可以選擇獨(dú)立式電磁式電流互感器。

（二）基于全壽命理論的站用變壓器選型

在10kV站用變壓器方面，一般包括硅鋼片鐵心變壓器、非晶合金鐵心變壓器等，在負(fù)載損耗方面，兩者相差不大，但是在空載方面，非晶合金鐵心變壓器的有功損耗小于硅鋼片鐵心變壓器。在對(duì)站用變壓器進(jìn)行選擇時(shí)，技術(shù)人員可以對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理分析，如表2，顯示的是硅鋼片鐵心變壓器與非晶合金鐵心變壓器相關(guān)參數(shù)比較表。

表2 硅鋼片鐵心變壓器與非晶合金鐵心變壓器相關(guān)參數(shù)比較表

變壓器額定容量（kVA） 非晶合金鐵心變壓器（空載損耗/W） 硅鋼片鐵心變壓器（空載損耗/W） 空載損耗下降（%）

100 75 200 62.5

250 140 400 65

315 170 480 64.58

400 200 570 64.91

在全壽命周期理論下，變壓器一年的電費(fèi)損耗情況如下：

X=[8500×（A+）+2100×（D+）] ×0.66

在公式中，X指的是變壓器一年電費(fèi)損耗費(fèi)用；A指的是變壓器的空載損耗；B指的是空載電路百分比；C指的是變壓器的額定容量；D指的是變壓器的負(fù)載損耗；E指的是短路阻抗百分比；8500指的是變壓器全年空載小時(shí)數(shù)；2100指的是變壓器等效滿載小時(shí)數(shù)；0.66指的是電費(fèi)單價(jià)。

通過公式計(jì)算可知，在一定的額定容量下，非晶合金鐵心變壓器的空載損耗比硅鋼片鐵心變壓器的空載損耗低，而且整體運(yùn)作成本更低，能夠有效降低損耗，所以在全壽命周期理論下，技術(shù)人員可以選擇非晶合金鐵