基于安全效益理論的輸電線路防覆冰舞動技改項目效果評價體系及應(yīng)用研究

冀凱琳，鄭 燕，石維特，辛 誠

（國網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司，北京 102209）

0 引言

生產(chǎn)技術(shù)改造是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，提升設(shè)備運行狀況的重要手段，是電網(wǎng)公司資本性支出的重要組成部分。為提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行水平，電網(wǎng)公司每年需要投入大量資金用于電網(wǎng)生產(chǎn)技術(shù)改造，技改成本是影響企業(yè)經(jīng)營成果和現(xiàn)金流量的重要因素之一。電網(wǎng)企業(yè)當(dāng)前肩負(fù)著降電價、穩(wěn)增長、保利潤艱巨任務(wù)，嚴(yán)控企業(yè)投資總額、精準(zhǔn)投資規(guī)模、明確資金流向是運營管理的焦點重點，因而生產(chǎn)技改的投資方向和效益效率是電網(wǎng)公司持續(xù)關(guān)注的重中之重。為優(yōu)化生產(chǎn)技改投資結(jié)構(gòu)，科學(xué)合理評價技改實施效果，亟需開展技改效果評價體系研究，量化項目投資效益效率，為提高和完善投資決策水平提供參考依據(jù)。

國內(nèi)外有關(guān)電網(wǎng)生產(chǎn)技改項目后評價的相關(guān)文獻(xiàn)[1-2]研究生產(chǎn)技改項目的量化評價，給出參考借鑒。文獻(xiàn)[3-5]以石油化工行業(yè)為背景，開展安全投入和安全效益相關(guān)性及安全效益量化評估模型等研究。文獻(xiàn)[6-11]對輸電線路運行狀態(tài)評價開展研究，主要包括輸電線路覆冰的在線監(jiān)測狀態(tài)評估和輸電線路導(dǎo)線舞動的狀態(tài)評估等。在上述研究基礎(chǔ)上，文中致力于探索能夠體現(xiàn)輸電線路技改本質(zhì)特征的、具有普遍適用性和可操作性的效果評價體系，針對于電網(wǎng)企業(yè)技改效果效益形成客觀化的衡量標(biāo)準(zhǔn)。

1 基于安全效益理論的防覆冰舞動技改項目評價指標(biāo)

1.1 基于安全效益理論的技改評價

安全效益，即通過一定資本的投入實現(xiàn)相應(yīng)安全條件所產(chǎn)生的收益。技改項目經(jīng)濟(jì)效益的評價是一個難點，由于輸變電工程技改項目的本質(zhì)屬性，無法像新建工程一樣分?jǐn)傊苯拥慕?jīng)濟(jì)收益，但可以通過預(yù)防運行故障規(guī)避經(jīng)濟(jì)損失。借鑒石油化工行業(yè)對于安全投入與安全效益的理論[4]，安全效益中的經(jīng)濟(jì)效益主要指無益損耗和經(jīng)濟(jì)損耗的減少，可定義為減損收入。因此我們提出安全效益的概念，具體而言，輸電線路技改各項投入即為安全管理成本，因技改而規(guī)避的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性損失，即為安全管理實施后的效果效益，可等同于輸電線路技改收益。

文中基于安全效益理論，結(jié)合輸電線路技改的工程技術(shù)和成本特性，研究適用于輸電線路防覆冰舞動技改項目的效果評價體系。

1.2 防覆冰舞動技改評價指標(biāo)選取原則

電網(wǎng)技術(shù)改造是通過利用成熟、先進(jìn)、適用的技術(shù)、設(shè)備、工藝和材料等，對現(xiàn)有電網(wǎng)生產(chǎn)設(shè)備、設(shè)施及相關(guān)輔助設(shè)施等資產(chǎn)進(jìn)行更新、完善和配套。其中，防覆冰治理是較為典型的排除事故隱患、提高輸電線路安全可靠運行水平的技改措施，故選擇該類項目作為研究對象。

防覆冰舞動技改評價指標(biāo)選取原則為：能夠量化反映或精準(zhǔn)衡量技改項目實施后輸電線路在安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性方面的有效提升，并滿足智能化、節(jié)能環(huán)保等要求。

文中將防覆冰舞動技改評價指標(biāo)分為效能價值指標(biāo)集和效益要素指標(biāo)集兩大類。兩者的關(guān)系相輔相成，辯證統(tǒng)一。前者從技術(shù)升級范疇，評估與量化輸電線路設(shè)備的可靠性、安全性及故障停運對電網(wǎng)安全影響程度等，高度集中反映技改整體效果，是后者的物質(zhì)性呈現(xiàn)。后者則是基于全壽命周期成本層面，表征風(fēng)險管理成本投入與技改收益的波動變化趨勢，是前者的資本性表現(xiàn)。

1.3 防覆冰舞動技改效能價值指標(biāo)集

效能價值指標(biāo)是從安全性、可靠性、風(fēng)險性及影響程度等方面，對防覆冰舞動技改與電網(wǎng)價值實現(xiàn)的相關(guān)性衡量，以實施技改的輸電線路運行結(jié)果為校驗。

1）可靠性指標(biāo)。主要以可用系數(shù)為評價依據(jù)，可用系數(shù)越高說明設(shè)備可靠性越高，選取可用系數(shù)提升率作為可靠性評價指標(biāo)。

2）安全性指標(biāo)。選取故障停運下降率作為評價指標(biāo)，反映單位線路長度單位時長故障停運次數(shù)。

3）風(fēng)險性指標(biāo)。選取電網(wǎng)風(fēng)險等級指標(biāo)，衡量線路發(fā)生舞動或舞動故障的點，所在線路段所屬的通道，當(dāng)整個通道失去負(fù)荷的情況，對應(yīng)造成幾級電網(wǎng)事件。一般而言，若治理后未發(fā)生舞動故障，認(rèn)為已規(guī)避電網(wǎng)風(fēng)險；若治理后仍發(fā)生舞動故障，認(rèn)為電網(wǎng)風(fēng)險仍存在。

4）質(zhì)量性指標(biāo)。缺陷件數(shù)指因覆冰舞動引起的線路設(shè)備缺陷數(shù)量，用缺陷件數(shù)下降率評價輸電線路技改實施后的質(zhì)量控制程度，反映舞動造成的輸電線路質(zhì)量問題。

基于線路防覆冰舞動技改項目技術(shù)特性，研究線路運行狀態(tài)評估相關(guān)文獻(xiàn)以及安全可靠性規(guī)程規(guī)范，結(jié)合實地調(diào)研，采用前后對比法構(gòu)造四個比率型效能指標(biāo)，反映治理前后指標(biāo)值變化的幅度，公式如下：

式中：RAF為可用系數(shù)提升率；AF2為治理后的可用系數(shù)；AF1為治理前的可用系數(shù)。

式中：RGUOR為故障停運率下降率；GUOR2為治理后的故障停運率；GUOR1為治理前的故障停運率；W為氣象條件調(diào)整系數(shù)，由治理前統(tǒng)計區(qū)間舞動日數(shù)除以治理后統(tǒng)計區(qū)間舞動日數(shù)計算得到，目的在于將治理前后氣象條件歸一化。

式中：RC為電網(wǎng)風(fēng)險等級，由調(diào)度部門按照《國家電網(wǎng)公司安全事故調(diào)查規(guī)程》評定。

式中：RD為缺陷件數(shù)下降率；D1為治理前的缺陷件數(shù)；D2為治理后的缺陷件數(shù)；W為氣象條件調(diào)整系數(shù)。

1.4 防覆冰舞動技改效益要素指標(biāo)集

基于安全效益理論，采用有無對比法構(gòu)造效益要素指標(biāo)，對比有無實施防舞動治理項目的線路全壽命周期成本，測算減損效益。為體現(xiàn)治理投資不同的項目之間的效益差異，構(gòu)造“單位投資減少損失效益”指標(biāo)，反映輸電線路技改單位投資經(jīng)濟(jì)效益。由于防覆冰舞動技改方案不同，總投資規(guī)模差異較大，單位投資指標(biāo)可以有效排除總投資規(guī)模差異的干擾，便于不同技改方案之間的橫向比較。

結(jié)合線路覆冰舞動治理工作特點以及線路建設(shè)和運行維護(hù)工作的具體內(nèi)容，將全壽命周期成本劃分如圖1所示。

圖1 輸電線路防覆冰舞動技改全壽命周期成本構(gòu)成示意圖

一次性成本指標(biāo)包括“初期建設(shè)成本C1”、“歷史防舞動治理成本C2”、“防舞動治理建設(shè)成本C3”，均已實際發(fā)生并且不再重復(fù)發(fā)生，按照實際情況直接采集。其中，防舞動治理建設(shè)成本要注意扣除和防覆冰舞動治理無關(guān)的部分投資。

重復(fù)性成本指標(biāo)中，“故障搶修成本C4”是指用于舞動搶修的人、車、工器具、材料費用。“日常運維檢修成本C5”是用于發(fā)生舞動段線路日常運維檢修的人、車、工器具、材料費用。“缺陷處理成本C6”是用于舞動引發(fā)缺陷處理的人、車、工器具、材料費用。“故障停運成本C7”是故障停運期間損失電量對應(yīng)的輸電收益。“其他間接損失成本C9”是其他間接損失，如造成的用戶停電損失等。

單位投資減少損失效益指標(biāo)公式如下：

式中：I單位投資減少損失效益；Y1為不進(jìn)行治理的線路工程全壽命周期年數(shù)，為30年；Y2為進(jìn)行治理的線路工程全壽命周期年數(shù)，為治理前已運行年數(shù)加30年；LCC1為不進(jìn)行治理的線路工程全壽命周期成本；LCC2為進(jìn)行治理的線路工程全壽命周期成本；I0為防舞動治理成本。

2 輸電線路防覆冰舞動技改評價體系構(gòu)建

2.1 防覆冰舞動技改評價體系框架構(gòu)建

匯總上述效能價值指標(biāo)集和效益要素指標(biāo)集，得到較為完整的輸電線路防覆冰舞動技改分層級評價體系，其總框架包含2大指標(biāo)集，3個評價模塊，合計5個指標(biāo)。評價體系結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 防覆冰舞動技改評價體系結(jié)構(gòu)示意圖

2. 防覆冰舞動技改評價模型權(quán)重計算

1）評價模型權(quán)重評判方法

效果評價模型借由梯階層次結(jié)構(gòu)的內(nèi)部循環(huán)及層次結(jié)構(gòu)間的依存和反饋關(guān)系，將輸電線路防覆冰舞動技改涉及的各評價對象按照總體構(gòu)造層（輸電線路防覆冰舞動治理效果）、效能效益控制層（效能價值指標(biāo)集和效益要素指標(biāo)集所在層級）和風(fēng)險變動交互層（三級、四級指標(biāo)所在層級）分級構(gòu)建模型，逐層評判決策。一般而言，風(fēng)險變動交互層由2到3個子層級構(gòu)成，各個子層級之間形成ANP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

效果評價體系的計算模型為：

式中：H（f+1）是層次結(jié)構(gòu)中第f+1層級某指標(biāo)的得分；H（f）i是某指標(biāo)的f層級子指標(biāo)i的得分；K（f）i是子指標(biāo)i的權(quán)重；m是某指標(biāo)的f層級子指標(biāo)的個數(shù)。

文中權(quán)重計算涉及層次分析及專家經(jīng)驗兩種評判方法。其中，層次分析法是量化分析定性問題的多準(zhǔn)則尋優(yōu)，專家經(jīng)驗法則能有效彌補(bǔ)評價對象非完備性量化欠缺[12-14]。

2）評價模型中指標(biāo)權(quán)重的確定

本指標(biāo)體系采用層次分析的兩兩比較法和專家經(jīng)驗法，合理確定指標(biāo)權(quán)重。考慮到直觀性和安全效益的重要性，對權(quán)重值進(jìn)行取整處理，并適當(dāng)調(diào)增電網(wǎng)風(fēng)險等級、單位投資減少損失效益指標(biāo)的權(quán)重。最終確定指標(biāo)權(quán)重如表1所示：

表1 輸電線路防覆冰舞動技改評價體系指標(biāo)權(quán)重

2.4 防覆冰舞動技改評價模型評價標(biāo)準(zhǔn)確定

通過對大樣本數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，研究確定各項指標(biāo)的合理值獲取區(qū)間，按照指標(biāo)值的分布規(guī)律確定評價標(biāo)準(zhǔn)。綜合評價體系中四級指標(biāo)權(quán)重的評判結(jié)果如表2所示。

表2 輸電線路防覆冰舞動技改評價標(biāo)準(zhǔn)

3 算例分析及應(yīng)用

3.1 算例評價概況

以某500 kV 線路工程（以下簡稱M 工程）防舞動技改為例。M 工程為緊湊型線路，處于二級舞動區(qū)，5年來出現(xiàn)多次舞動故障情況。本次技改擬將該線路84號～91號塔等6個區(qū)段改造為常規(guī)線路，舞動技改成本7790萬元。

確定M 工程在技改和不技改兩種情境下的全壽命周期年數(shù)，分別采集M 工程防舞動技改實施前后用于效能指標(biāo)計算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、調(diào)整系數(shù)等相關(guān)參數(shù)，計算兩種情境下的各項效能指標(biāo)和全壽命周期成本，得出M 工程防舞動技改單位投資減少損失效益。部分參數(shù)如表3所示。

表3 M工程基礎(chǔ)參數(shù)

本技改評價體系滿分為100分，經(jīng)計算，M 工程得分為75分，在同類工程中處于中上水平，具體得分情況如表4所示。

表4 M工程指標(biāo)值及評價得分

3.2 算例分析及應(yīng)用

根據(jù)上述計算，得出可用系數(shù)提升率為0.49%，得分90分，提高線路運行可靠性效果較為明顯。故障停運率下降率為100%，得分100分，說明技改可有效消除故障停運。電網(wǎng)風(fēng)險等級為8級，得分70分，表征規(guī)避8級電網(wǎng)風(fēng)險，對提升電網(wǎng)安全可靠性有一定貢獻(xiàn)。缺陷件數(shù)下降率為100%，得分100分，通過技改可大幅消除覆冰舞動對線路質(zhì)量影響。單位投資減少損失效益為0.0000515，指標(biāo)值位于0～1區(qū)間，得分60.003分，投入產(chǎn)出為正，具有非顯著經(jīng)濟(jì)效益。實證分析表明評價結(jié)果與實際情況相符，模型的科學(xué)性合理性得到驗證。

3.3 算例評價效果

通過防覆冰舞動技術(shù)改造，改變了原有線路路徑和桿塔結(jié)構(gòu)，從根本上解決了該線路舞動跳閘問題。但由于線路治理前停運時間較短，在系統(tǒng)中重要性程度不高，且改造方案投入較大，基本實現(xiàn)投入產(chǎn)出平衡，因此防覆冰舞動輸電線路技改具有較為顯著的效果效益。

4 結(jié)語

文中借鑒安全效益概念，選取線路防覆冰舞動技改為研究對象，完成效果評價模型的構(gòu)建和驗證，將提高安全可靠性和規(guī)避經(jīng)濟(jì)性損失視為風(fēng)險管理的效果效益，實現(xiàn)效果效益的合理量化。以兼顧科學(xué)性和實用性為前提，對實際情況進(jìn)行必要的抽象、提煉和簡化，最大程度過濾主觀因素的干擾。評價結(jié)果與實際情況相符，量化的評價結(jié)果使不同項目效果效益具有可比性，為線路技改方案比選、電網(wǎng)企業(yè)投資決策提供有力支撐和科學(xué)依據(jù)。