基于全寿命周期成本理论的输电线路设计措施与建议

黄超

上海艾能电力工程有限公司浙江分公司 浙江杭州 310000

摘要：输电电路在设计时应充分考虑到生产投入以及使用的寿命、后期的维护能有关其使用周期的内容。从长远的利益角度出发，成本分析是设计线路中的核心关键，目的是通过基本设计实现后期的效益，最大限度地节省资源和成本，统治确保线路的实用性能,延长使用寿命、保证使用安全。本文分析了影响输电线路全寿命周期成本的设计因素，对优化输电线路设计提出了措施与建议，并给出了工程应用案例。

关键词：输电线路；全寿命周期；导线截面；路径；杆塔和基础

1全寿命周期成本概念

电网的全寿命周期成本管理是从项目的长期经济效益出发，全面考虑项目或系统的规划、设计、制造、购置、安装、运行、维修、改造、更新直至报废的全过程，追求供电质量控制和提高的最优化，使全寿命周期成本最小的一种管理方法。全寿命周期成本模型为：

LCC=IC+OC+MC+FC+DC

式中LCC———全寿命成本；

IC—投入成本，包括决策(设计)成本和实现成本；OC——运行成本；MC—维护成本，即在寿命期内按照检修要求定期更换零部件等备件的费用，以及抢修、维护、试验、巡检等所需要的材料费、人工费、交通费等；FC—故障引起的中断供电损失成本，亦称惩罚成本；DC—废弃成本，即电网设备退役后拆除、运输等费用减去电网设备报废后可回收的费用)

其中，OC、MC和FC是电网项目系统调试后，整个经济运行周期内逐年支付的单元成本总和；LCC是电网项目在期望的使用寿命期限内，现在以及将来发生的所有成本费用总和。输电线路工程的全寿命周期费用通常采用寿命结束时间进行计算。

2影响全寿命周期成本的设计因素

2.1导线截面的选择

通过对工程输电线路全寿命成本的计算和分析可知，输电线路全寿命周期内电能损耗所占比例较大，而以往工程设计中对此认识不足。影响电能损耗的主要因素是导线截面和导线材质。因此，应在系统规划阶段合理选择导线截面，在线路设计阶段结合不同导线的材料、结构进行电气和机械特性综合比对，通过综合技术经济比较，确定导线材质和结构型式。

值得注意的是，虽然电能损耗在整个成本中所占比例最大，但不能因其成本高而盲目增大导线截面。导线截面的选择应综合考虑电能损耗节约、本体投资增加和设备维护保障成本增加等3方面因素，通过综合技术经济比较分析，寻求全寿命周期成本的最低结合点。

2.2路径方案比较及路径优化

线路路径方案直接关系到工程建设的初期投资，是影响投资最敏感的因素。同时，线路路径方案对运行维护成本影响较大，线路路径长度对电能损耗同样有较大影响。优化线路路径，缩短线路长度，尽量避开不良地质区(采矿区、采空区、地质灾害危险区等)、恶劣气候区、微气象区、林区等地段，不仅能有效降低工程投资，还有利于减少运行维护成本，是全寿命周期成本控制的关键之一。

2.3杆塔和基础设计

杆塔和基础在工程建设初期投资中所占比例较大，约为本体投资的52%，占整个寿命周期成本12%左右。考虑到杆塔和基础具有30年经济使用寿命，合理规划塔型和基础型式、优化杆塔和基础设计，对保证线路安全可靠运行、合理控制投资、减少运行维护及故障损失成本至关重要。

2.4线路绝缘配合设计与防雷

线路绝缘配合设计主要体现在维护成本方面，不合适的绝缘配合设计，会使线路发生故障(跳闸、雷击、污闪等)的概率成倍增加。需根据线路路径，合理设计绝缘配合，适当提高污秽等级(如增大爬距、减小保护角等)。接地设计中，应根据线路沿线土壤环境，包括土壤腐蚀性、土壤电阻率等，选择满足全寿命周期成本最小的接地材料，降低输电线路运行维护成本。

3全寿命周期成本的设计思路

3.1优化选择路径

路径选择时，应尽量避开不良地质区、恶劣气候区、微气象区、林区等地段。无法避开的地段，应采取各种措施保证线路安全运行。有时即使线路绕行的成本稍高于穿越加处理成本，也要选择绕行方案，只是应综合考虑未来可能发生的改造成本和收益，以最大投资收益确定最终方案。

3.2科学确定气象区

设计气象条件是输电线路的基本设计参数，直接关系到送电线路的工程造价、安全性和可靠性。若设计最大风速、覆冰厚度取值偏小，则安全可靠性低，可能发生倒塔、断线或闪络事故；反之，若取值过大，则工程投资增大，经济性低。在设计过程中，必须对沿线的气象情况进行全面的统计分析，对不同气象区采取不同的原则。

3.3导线选择及绝缘配置

架线工程在工程本体造价中所占比例较大(约30%)，导线的选择直接关系到电能的损耗，对全寿命周期成本影响较大。结合工程实际情况，设计应根据系统规划要求，从电气特性、环境特性、机械性能、电能损耗、综合技术经济指标等方面全方位比较多种导线。从减少运行维护的成本考虑，适当提高绝缘标准、选择合适的绝缘介质和型式、适当增加工程建设费用，协调基建一次性投资和长期生产运行的关系。

3.4提高运行维护可靠性

输电线路分布在荒郊野外，应考虑运行的困难，增大设计参数(如使用更大窗口尺寸的铁塔、增加建设投资)。综合考虑，总成本应低于运行改造成本。从运行维护角度分析，如果出现超过设计条件的自然灾害，一旦事故发生，其处理难度大、费用高。2008年初，我国南方地区覆冰灾害，对该地区电网造成了巨大经济损失。按照全寿命周期成本理论，在工程设计阶段，线路难以避开不利地形时，适当提高建设标准是最经济的措施，由此避免的损失远远超过前期增加的工程建设投资。

3.5线路结构优化设计

近年来，保护生态平衡、保护树木林业资源成为整个社会的共识，但树木却是直接影响线路安全运行的最大隐患。工程项目建设期的荒地将变成林区，若线路建设初期没有考虑或考虑不周，造成对地距离不能满足要求，势必迫使运行部门改造线路或砍伐树木，代价高昂。近年来外力破坏事件愈发严重，电力铁塔逐渐成为职业盗窃分子的目标，带来的经济损失很大。为提高杆塔运行的安全性，从塔横担以下包括横隔面的所有连接螺栓均使用防卸螺栓，其他除已标双帽的所有螺栓加装一防松扣紧螺母，提高铁塔螺栓抗震和防盗能力。建设期间增加的投资会大大减少运行期间的修补、改造费用。

4全寿命周期成本的设计应用

某线路工程严格按照输电线路全寿命周期设计理念和“两型三新”线路设计要求，通过经济技术分析比对，确定主要经济技术原则。如在杆塔接地单项设计中，进行了土壤电化学试验、实测土壤电阻率、按全寿命周期进行经济技术比对，选择了周期成本较低的铜包覆钢接地材料，优化了工程设计。

为满足线路30年的免维护接地网设计，对不同接地材料腐蚀性分析尤为重要。在该工程区域内，镀锌钢材料的腐蚀速度均明显高于铜覆钢材料，0.05mm厚的镀锌钢仅可使用2年左右，耐腐蚀性极差；1号、2号及3号杆塔区域土腐蚀性较强，建议选择0.8～1mm的铜覆钢材料代替圆钢作为接地材料；4号和5号杆塔附近土壤的电化学腐蚀性非常高，建议使用1mm的铜覆钢材料。针对该工程土壤腐蚀性情况，若采用传统钢接地材料，杆塔接地引下线运行5～7年地表的钢筋就会锈断，入地部分的钢筋运行8年左右锈蚀程度也将达到70%，均须适时安排整体性更换大修，运行维护成本较高；而铜包覆钢具有导电性能好、抗腐蚀性强、电阻率及压降小等特点。通过对热镀锌钢、铜包覆钢、铜等3种接地材料的全寿命成本比较，根据全寿命周期成本分析，工程接地装置选择了铜包覆钢材料，全寿命成本最优。

5结束语

输电线路设计只要严格执行“两型三新”的要求，采用全寿命周期成本分析方法，从资产的长期效益出发，应用先进的技术手段进行建设和运行等各项成本分析，开展多方案比选，全面优化设备选型，即可实现工程项目功能匹配、寿命协调、资产全寿命周期整体收益成本的最大化。

参考文献

[1]张仕廉主编.建设项目全寿命周期成本控制理论与方法[M].北京：中国计划出版社，2007.

[2]郑淮，陈海波，杨凌辉，等.输变电资产全寿命周期管理的探索研究[J].华东电力，2009，(5)：15-17