基于全壽命周期管理的輸電工程規劃設計

方兵華

（廣州天河供電局計劃建設部，廣東 廣州 510075）

0 引言

目前，我國傳統的輸電工程規劃設計主要依據的是電力工程限額設計制度。電力工程限額設計的核心思想就是在初步設計和施工圖設計前，就對各電力工程項目、各單位工程、各分部工程進行合理的投資分配，以控制設計，主動地對投資進行控制。但是如果發生超概預算的情況，在不考慮是否有利于降低工程壽命周期成本的情況下就必須變更設計，滿足限額設計要求，這樣不但降低了設計的合理性，同時也使投資處于很被動的地位。

同時，傳統的輸電規劃設計側重對不同規劃方案進行技術經濟比較，尋求最佳的電網投資決策，對整個工程在壽命周期中的經濟、環保、可靠性等各方面的效益和成本缺乏整體考慮；二是規劃、可研、初步設計、運行維護各環節的決策方法不統一和協調，這種決策依據的不統一使規劃、可研、初步設計流程中方案調整幅度較大，最終決策出的方案沒有達到最優。因而，傳統的輸電工程規劃設計是存在不足的。

本文在傳統的輸電工程規劃設計流程的基礎上，融入全壽命周期管理的理念，設計出一種基于全壽命周期管理的輸電工程規劃設計模式。

1 全壽命周期管理的引入

全壽命周期管理（Life Cycle Management，LCM）是起源于美國軍方武器裝備采辦過程的一種設計思想和管理原則。它強調全壽命發展過程實施持續不斷、協調統一的管理，綜合考慮各個階段的問題，保證各個階段的活動前后銜接，各個階段決策的一致性，通過并行設計方法，達到全壽命周期內技術最優、質量最可靠、時間最短、成本最低、服務最好、環保最佳。

全壽命周期管理作為一種先進的管理理念和決策方法，基于系統的觀點，通過對規劃、可研、設計、建設、運行維護直至退役等全過程的統籌管理，在保證安全可靠運行和滿足使用需求的條件下，使工程全壽命周期的整體成本最低。國外實踐證明，推行全壽命周期管理能夠為企業節約可觀的成本，促進經濟效益的顯著提升。

2 基于全壽命周期管理的輸電工程規劃設計

輸電工程的全壽命周期成本在設備的選型和設計階段已確定大部分（70%以上）。設計階段是第一個階段，其設計的合理性直接影響到建設和運營階段的經濟性和可靠性，是項目全壽命周期管理中最為關鍵的階段。因此在設計階段開始實施全壽命周期管理是必要的也是可行的。

2.1 規劃設計理念

基于全壽命周期管理的輸電工程規劃設計是一種基于可靠性和壽命管理基礎上的利益最大化的管理方式的工程設計，它運用集成的思想，綜合考慮規劃設計、施工建設、運營維護到報廢的各個環節，使電網規劃面向運行，以較低的全壽命費用，實現功能，創造最大的經濟效益、社會效益和環境效益。

與傳統的設計相比，這種新型的設計模式充分考慮了輸電工程的規劃、設計、設備購置、安裝、運行、維修、改造、更新、直至報廢的全過程的所發生的成本費用，使輸電工程設計方案更加合理化，全壽命周期收益最大化。

2.2 規劃設計流程

基于全壽命周期管理的輸電工程規劃設計按階段可劃分為：決策設計階段、施工建設階段、運營管理階段。

2.2.1 決策設計階段

決策設計階段是指項目從項目立項至設計方案確定這一時間段，主要包括現場勘測與調研、市場調研、路徑勘測選擇、導地線選型、鐵塔規劃、絕緣配合等。

2.2.2 施工建設階段

施工建設階段是指工程從開始施工到全部建成投產的時間段，主要包括設備采購、送電線路本體工程和輔助設施工程等工程建設施工。

2.2.3 運營管理階段

運營管理階段是指工程建設投產到主要固定資產報廢為止所經歷的階段，主要包括運行和檢修2大部分。

基于全壽命周期管理的輸電工程規劃設計以決策設計為導向，運營管理階段為重點，兼顧建設施工階段。也就是在設計階段就重點考慮線路工程建成投產后，設計方案對線路運行管理產生的影響，如對線路的維修費用的影響、對線路停電損失的影響等，同時也考慮施工建設對運營管理階段帶來的影響，并將這些影響轉化為對全壽命周期費用的影響，最后從不同方案中選出最優設計方案。規劃設計流程如圖1所示。在常規設計的基礎上，進行LCC（Life Cycle Cost）計算比較，決策出推薦方案并進行經濟評價。評價結果顯示該方案為合理，即推薦方案為最終工程設計方案；不合理，需要重新設計。

2.3 輸電工程全壽命周期費用（LCC）決策

輸電工程規劃設計方案全壽命費用決策，采用“壽命期相同互斥方案比選法”。即參與比較的方案只能選取一個，其余的必須放棄，且各方案均能滿足線路輸電的要求。我們假設各方案的收益（即輸送電量）是相等的，比較各方案的費用，根據效益極大化目標的要求，以及依據費用較小的項目之收益較大的項目更為可取的原則來選擇最佳方案，這種方法稱為最小費用法。

LCC最小費用法不同于傳統最小費用法。首先，費用比較的內容發生了變化。全壽命周期費用（LCC）還考慮了運行維護、檢修、設備更新改造等各項費用以及事故損失費用，這些是傳統最小費用法不考慮的。其次，費用比較的意義發生了變化。全壽命周期費用（LCC）比較，不是單純意義上費用的比較，同時包含了線路工程質量等的比較。線路工程質量比較通過停電損失、社會成本等體現。

圖1 基于全壽命周期管理的輸電工程規劃設計流程圖

LCC為全壽命周期內所發生的全部費用，它包括項目的可研決策、設計、施工、運行維護、檢修、設備更新改造等各項費用以及事故損失費用。

輸電工程全壽命周期費用LCC計算模型在圖2的基礎上結合設計的具體情況進行細化，輸電工程全壽命周期費用組成如圖2所示。

3 某直流輸電工程設計方案的全壽命費用決策

本文以某直流輸電工程為例在常規設計的基礎上進行設計方案的全壽命費用決策。

3.1 某直流輸電工程規劃設計概述

工程電力系統條件：系統額定電壓為660kV、系統最高運行電壓為680kV、額定電流為3000kA、系統輸送功率為4000MW、最大利用小時數為6500h。經過初步設計規劃后，形成2個方案分別成為方案1（現推薦方案）、方案2（原推薦方案），如表1所示。

3.2 輸電工程設計方案LCC費用計算

輸電工程設計方案的LCC費用計算結果如表2所示。

計算說明：

（1）方案1和方案2的工程靜態投資單價分別為494.4萬元/km、459.9萬元/km。

（2）運行成本主要考慮包括運行維護費和運行損耗費。根據工程經驗大致估算，年運行維護費=初投資費用×1.5%=投入成本×1.5%。

表1 某直流輸電工程設計方案

表2 設計方案的LCC費用計算結果 單位：億元

（3）運行損耗主要考慮線路電阻損耗和電暈損耗。運行損耗成本=年運行損耗×電價成本×壽命期。

（4）故障成本包括停電損失費用和社會成本。由于社會成本難以估計，本文中不予以考慮。停電損失費=能量不可用率×總輸送電量×電價。

3.3 結果分析

根據表2的計算結果可以看出，方案1的靜態投資66.645億元大于方案2的61.322億元。基于傳統的輸電工程設計，得出方案2為最優方案；方案1的LCC費用228.84億元小于方案2的238.023億元，基于全壽命周期管理的輸電工程規劃設計，得出方案1為最優推薦方案。

方案1在充分考慮輸電工程的全壽命維護成本、全壽命運行損耗和全壽命周期故障成本后，較方案2費用更低，所以方案1應為較優推薦方案。

4 結語

基于全壽命周期管理的輸電工程規劃設計出的方案充分考慮了工程壽命周期中的經濟、環保、可靠性等各方面的效益和成本，統一協調了決策設計階段、運營管理階段和建設施工階段的相互影響，實現了工程的全壽命費用最低。

［1］金正軍.考慮環境影響評估的中小城鎮電網規劃研究［D］.浙江大學，2012