基于全壽命周期成本的配電網輸電線路設計

袁夢瑤++于景瀟++孫國凱

摘要：在經濟關系和技術處理中，輸電工程相關設計的影響至關重要，對計算工程的全周期成本也起著舉足輕重的作用。依據全壽命周期的基本理論，提出輸電線路全壽命成本整體經濟分析和分級反饋的設計模型，通過設計輸電路徑的實例，驗證全壽命周期成本管理在配電網輸電線路設計方面的現實意義和經濟效益。

關鍵詞：輸電線路；全周期壽命；可靠性；成本

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）09-0042-03

近年來，在我國大力提倡可持續發展、科學發展觀、發展循環經濟的形勢下，全壽命周期理念對輸電建設的影響越來越大。由于輸電線路受各類氣象條件的直接和間接作用，因此線路所經路徑要求有足夠的塔基寬度和凈空走廊。然而，受土地利用、自然環境和城市建筑等復雜條件的限制，輸電線路的規劃和設計不僅復雜，也增加了電網建設項目全壽命周期費用估算的難度。因此，估算電網建設工程的合理投資額，實現成本最優化、經濟效益和社會效益最大化具有重大意義。

1 全壽命周期概念

全壽命周期成本管理是這樣的一種管理方法——為達到合理分配成本花費與更高經濟利益的目的，在設備預期的壽命周期內，綜合考慮各個環節，最終使全壽命周期成本最小。LCC是由資產設備一生所消耗的一切資源量化為貨幣值后累加而得，明確地指出了為擁有一個設備一生的成本費用，是一個極其重要的經濟性參數量[1]。電網全壽命成本的表達式為：

LCC=IC+OC+MC+FC+DC （1）

式中，LCC為Life Cycle Cost，即全壽命周期成本；IC為Investment Costs，即電網一次投入成本，分為試運行之前的成本投入和運行期間的更換設備時成本投入；OC為Operation Costs，即電網運行成本，指在電網運行過程中的保養費及人工費等費用的總和；FC為Failure Costs，即電網故障引起的供電損失成本，指的是在運行過程中臨時停電或故障致使的缺電而引起的損失成本；DC為Discard Costs，即設備報廢成本[2]，存在于壽命周期結束后，視具體情況而分為正值和負值。其年值可表示為：

Ca=Lcc （2）

式中，TL為電網項目的全壽命期限，其現金流向示意如圖1所示。

2 輸電線路全壽命成本的設計理論方法

全壽命成本的輸電線路設計方法，其本質是在系統規劃給定的決策信息條件下，在滿足輸電線路各部件及整體技術性要求的基礎上，通過一般性的設計，對輸電線路全壽命周期內的所有成本進行有效地預測，從而根據全壽命成本的比較對輸電線路的原有設計進行必要的反饋以改善其設計，使之符合輸電線路建設的全壽命理念要求。

基于LCC的預算有很大優勢。首先，LCC除了考慮設計、建設、運行維護、設備更新改造等費用外，還考慮事故停電損失費用及停電造成社會和環境影響的間接損失費用[5]，會更加客觀，比傳統以工程的直接投資費用最小為目標的方案評價更科學。此外，LCC包含了規劃方案質量及風險評估，使投資決策方案更為科學合理，社會效益更大。其次，輸電線路的設計是基于LCC分層次設計，各個層次均需全壽命成本的循環比較來進行具體設計的選擇，設計和全壽命成本的預測是共同進行的。即各個層次的輸電線路設計及全壽命成本預測均是在部分確定的已知條件下，由常規性設計的經驗，進行輸電線路后續本體的設計假定，從而確定模糊的假設條件，如后續設計部件大約的型號、數量等參數，以此進行各個設計過程的全壽命成本預測，從而對設計方案的選擇提供全局性的經濟指標。

3 基于輸電線路全壽命周期的實例分析

采用基于全壽命周期成本的電網規劃方法，對蒙東地區2015年66 kV農網網架進行優化規劃。該地區66 kV電網有66 kV線路27條，線路長度593.69 km。其中LGJ-70、LGJ-120、LGJ-150型懸垂線路466.39 km，LGJ-50、LGJ-70型陶瓷橫擔線路127.28 km。66 kV線路26.02%為瓷橫擔線路，建設年限早，設計標準低、線經細。這些線路經30多a風吹日曬，已達運行極限。66 kV變電所布點稀，造成10 kV供電半徑大，線損高，事故停電頻繁，原來的供電設備以滿足不了現有的用電水平。預計2015年該地區總用電量9.2億kW·h。

規劃中對于66kV線路按線型LGJ-240和LGJ-150考慮，該線型的壽命為30 a，全線采用鐵塔架線，投資為49萬元/km，組合投資成本率5%，設備可靠性參數取自該地區設備統計值。本文根據提出的模型，運用算法，對蒙東某地區2015年66 kV農網部分網架進行規劃，得到優化方案，取其中LCC最小的方案作為最優規劃方案1，該方案架線總長398.8 km，LCC計算結果規劃方案二的全壽命周期成本大于方案一。為了對比分析，本文利用常規方法（不考慮LCC）得到優化規劃方案2，其架線總長為383.3 km。本文也對方案2進行LCC計算，結果列在表1中。

選取其中部分規劃方案說明分析，圖3為LCC最小的規劃方案，圖4為常規優化的方案，其中虛線部分為新架設的線路。

從圖4和圖3可以看出，兩個方案的差異主要在節點9-10、8-10、4-8、6-12、2-6的架線方式上。其中節點6為主要電源點。方案1在4-8節點架設了多回線路，間接地增強了8點及以外的地區與電網的聯系，以保證接入電源的出力，在線路發生1點甚至5點故障時也能順利送出；方案1的8-9-10聯通、方案的8-9-10聯通，具有幾乎一樣的電網安全效果。但是9-10之間的距離遠小于為8-10之間的距離，因此9-10之間架設線路花費的投資要減少一半左右。即方案1在這里用較少的投資達到了和方案2同樣的安全效果；2點為較小的電源點，在方案2中2-6的線路，效果不夠明顯且不夠經濟實惠，故在方案1中刪去了其中的一條。綜合考慮方案1考慮了電網的經濟性和可靠性，使得電網全壽命周期成本最小，是最佳的規劃方案。

從上面的算例分析可以看出，如果沒有LCC理念作為指導，可能會因為只考慮初始投入成本而誤認為方案2優于方案1，從而錯過了更好的方案，顯然方案1具有更長遠的經濟效益。

4 結語

依據全壽命周期的基本理論，將它實際應用大農網線路規劃中，根據設計模型，結合設計輸電路徑的實例，驗證全壽命周期成本管理在配電網輸電線路的設計上可行性，也為供電可靠性和最大的社會效益提供理論保障，采用基于全壽命周期成本的電網規劃方法具有重要的現實意義。

摘要：在經濟關系和技術處理中，輸電工程相關設計的影響至關重要，對計算工程的全周期成本也起著舉足輕重的作用。依據全壽命周期的基本理論，提出輸電線路全壽命成本整體經濟分析和分級反饋的設計模型，通過設計輸電路徑的實例，驗證全壽命周期成本管理在配電網輸電線路設計方面的現實意義和經濟效益。

關鍵詞：輸電線路；全周期壽命；可靠性；成本

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）09-0042-03

近年來，在我國大力提倡可持續發展、科學發展觀、發展循環經濟的形勢下，全壽命周期理念對輸電建設的影響越來越大。由于輸電線路受各類氣象條件的直接和間接作用，因此線路所經路徑要求有足夠的塔基寬度和凈空走廊。然而，受土地利用、自然環境和城市建筑等復雜條件的限制，輸電線路的規劃和設計不僅復雜，也增加了電網建設項目全壽命周期費用估算的難度。因此，估算電網建設工程的合理投資額，實現成本最優化、經濟效益和社會效益最大化具有重大意義。

1 全壽命周期概念

全壽命周期成本管理是這樣的一種管理方法——為達到合理分配成本花費與更高經濟利益的目的，在設備預期的壽命周期內，綜合考慮各個環節，最終使全壽命周期成本最小。LCC是由資產設備一生所消耗的一切資源量化為貨幣值后累加而得，明確地指出了為擁有一個設備一生的成本費用，是一個極其重要的經濟性參數量[1]。電網全壽命成本的表達式為：

LCC=IC+OC+MC+FC+DC （1）

式中，LCC為Life Cycle Cost，即全壽命周期成本；IC為Investment Costs，即電網一次投入成本，分為試運行之前的成本投入和運行期間的更換設備時成本投入；OC為Operation Costs，即電網運行成本，指在電網運行過程中的保養費及人工費等費用的總和；FC為Failure Costs，即電網故障引起的供電損失成本，指的是在運行過程中臨時停電或故障致使的缺電而引起的損失成本；DC為Discard Costs，即設備報廢成本[2]，存在于壽命周期結束后，視具體情況而分為正值和負值。其年值可表示為：

Ca=Lcc （2）

式中，TL為電網項目的全壽命期限，其現金流向示意如圖1所示。

2 輸電線路全壽命成本的設計理論方法

全壽命成本的輸電線路設計方法，其本質是在系統規劃給定的決策信息條件下，在滿足輸電線路各部件及整體技術性要求的基礎上，通過一般性的設計，對輸電線路全壽命周期內的所有成本進行有效地預測，從而根據全壽命成本的比較對輸電線路的原有設計進行必要的反饋以改善其設計，使之符合輸電線路建設的全壽命理念要求。

基于LCC的預算有很大優勢。首先，LCC除了考慮設計、建設、運行維護、設備更新改造等費用外，還考慮事故停電損失費用及停電造成社會和環境影響的間接損失費用[5]，會更加客觀，比傳統以工程的直接投資費用最小為目標的方案評價更科學。此外，LCC包含了規劃方案質量及風險評估，使投資決策方案更為科學合理，社會效益更大。其次，輸電線路的設計是基于LCC分層次設計，各個層次均需全壽命成本的循環比較來進行具體設計的選擇，設計和全壽命成本的預測是共同進行的。即各個層次的輸電線路設計及全壽命成本預測均是在部分確定的已知條件下，由常規性設計的經驗，進行輸電線路后續本體的設計假定，從而確定模糊的假設條件，如后續設計部件大約的型號、數量等參數，以此進行各個設計過程的全壽命成本預測，從而對設計方案的選擇提供全局性的經濟指標。

3 基于輸電線路全壽命周期的實例分析

采用基于全壽命周期成本的電網規劃方法，對蒙東地區2015年66 kV農網網架進行優化規劃。該地區66 kV電網有66 kV線路27條，線路長度593.69 km。其中LGJ-70、LGJ-120、LGJ-150型懸垂線路466.39 km，LGJ-50、LGJ-70型陶瓷橫擔線路127.28 km。66 kV線路26.02%為瓷橫擔線路，建設年限早，設計標準低、線經細。這些線路經30多a風吹日曬，已達運行極限。66 kV變電所布點稀，造成10 kV供電半徑大，線損高，事故停電頻繁，原來的供電設備以滿足不了現有的用電水平。預計2015年該地區總用電量9.2億kW·h。

規劃中對于66kV線路按線型LGJ-240和LGJ-150考慮，該線型的壽命為30 a，全線采用鐵塔架線，投資為49萬元/km，組合投資成本率5%，設備可靠性參數取自該地區設備統計值。本文根據提出的模型，運用算法，對蒙東某地區2015年66 kV農網部分網架進行規劃，得到優化方案，取其中LCC最小的方案作為最優規劃方案1，該方案架線總長398.8 km，LCC計算結果規劃方案二的全壽命周期成本大于方案一。為了對比分析，本文利用常規方法（不考慮LCC）得到優化規劃方案2，其架線總長為383.3 km。本文也對方案2進行LCC計算，結果列在表1中。

選取其中部分規劃方案說明分析，圖3為LCC最小的規劃方案，圖4為常規優化的方案，其中虛線部分為新架設的線路。

從圖4和圖3可以看出，兩個方案的差異主要在節點9-10、8-10、4-8、6-12、2-6的架線方式上。其中節點6為主要電源點。方案1在4-8節點架設了多回線路，間接地增強了8點及以外的地區與電網的聯系，以保證接入電源的出力，在線路發生1點甚至5點故障時也能順利送出；方案1的8-9-10聯通、方案的8-9-10聯通，具有幾乎一樣的電網安全效果。但是9-10之間的距離遠小于為8-10之間的距離，因此9-10之間架設線路花費的投資要減少一半左右。即方案1在這里用較少的投資達到了和方案2同樣的安全效果；2點為較小的電源點，在方案2中2-6的線路，效果不夠明顯且不夠經濟實惠，故在方案1中刪去了其中的一條。綜合考慮方案1考慮了電網的經濟性和可靠性，使得電網全壽命周期成本最小，是最佳的規劃方案。

從上面的算例分析可以看出，如果沒有LCC理念作為指導，可能會因為只考慮初始投入成本而誤認為方案2優于方案1，從而錯過了更好的方案，顯然方案1具有更長遠的經濟效益。

4 結語

依據全壽命周期的基本理論，將它實際應用大農網線路規劃中，根據設計模型，結合設計輸電路徑的實例，驗證全壽命周期成本管理在配電網輸電線路的設計上可行性，也為供電可靠性和最大的社會效益提供理論保障，采用基于全壽命周期成本的電網規劃方法具有重要的現實意義。

摘要：在經濟關系和技術處理中，輸電工程相關設計的影響至關重要，對計算工程的全周期成本也起著舉足輕重的作用。依據全壽命周期的基本理論，提出輸電線路全壽命成本整體經濟分析和分級反饋的設計模型，通過設計輸電路徑的實例，驗證全壽命周期成本管理在配電網輸電線路設計方面的現實意義和經濟效益。

關鍵詞：輸電線路；全周期壽命；可靠性；成本

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）09-0042-03

近年來，在我國大力提倡可持續發展、科學發展觀、發展循環經濟的形勢下，全壽命周期理念對輸電建設的影響越來越大。由于輸電線路受各類氣象條件的直接和間接作用，因此線路所經路徑要求有足夠的塔基寬度和凈空走廊。然而，受土地利用、自然環境和城市建筑等復雜條件的限制，輸電線路的規劃和設計不僅復雜，也增加了電網建設項目全壽命周期費用估算的難度。因此，估算電網建設工程的合理投資額，實現成本最優化、經濟效益和社會效益最大化具有重大意義。

1 全壽命周期概念

全壽命周期成本管理是這樣的一種管理方法——為達到合理分配成本花費與更高經濟利益的目的，在設備預期的壽命周期內，綜合考慮各個環節，最終使全壽命周期成本最小。LCC是由資產設備一生所消耗的一切資源量化為貨幣值后累加而得，明確地指出了為擁有一個設備一生的成本費用，是一個極其重要的經濟性參數量[1]。電網全壽命成本的表達式為：

LCC=IC+OC+MC+FC+DC （1）

式中，LCC為Life Cycle Cost，即全壽命周期成本；IC為Investment Costs，即電網一次投入成本，分為試運行之前的成本投入和運行期間的更換設備時成本投入；OC為Operation Costs，即電網運行成本，指在電網運行過程中的保養費及人工費等費用的總和；FC為Failure Costs，即電網故障引起的供電損失成本，指的是在運行過程中臨時停電或故障致使的缺電而引起的損失成本；DC為Discard Costs，即設備報廢成本[2]，存在于壽命周期結束后，視具體情況而分為正值和負值。其年值可表示為：

Ca=Lcc （2）

式中，TL為電網項目的全壽命期限，其現金流向示意如圖1所示。

2 輸電線路全壽命成本的設計理論方法

全壽命成本的輸電線路設計方法，其本質是在系統規劃給定的決策信息條件下，在滿足輸電線路各部件及整體技術性要求的基礎上，通過一般性的設計，對輸電線路全壽命周期內的所有成本進行有效地預測，從而根據全壽命成本的比較對輸電線路的原有設計進行必要的反饋以改善其設計，使之符合輸電線路建設的全壽命理念要求。

基于LCC的預算有很大優勢。首先，LCC除了考慮設計、建設、運行維護、設備更新改造等費用外，還考慮事故停電損失費用及停電造成社會和環境影響的間接損失費用[5]，會更加客觀，比傳統以工程的直接投資費用最小為目標的方案評價更科學。此外，LCC包含了規劃方案質量及風險評估，使投資決策方案更為科學合理，社會效益更大。其次，輸電線路的設計是基于LCC分層次設計，各個層次均需全壽命成本的循環比較來進行具體設計的選擇，設計和全壽命成本的預測是共同進行的。即各個層次的輸電線路設計及全壽命成本預測均是在部分確定的已知條件下，由常規性設計的經驗，進行輸電線路后續本體的設計假定，從而確定模糊的假設條件，如后續設計部件大約的型號、數量等參數，以此進行各個設計過程的全壽命成本預測，從而對設計方案的選擇提供全局性的經濟指標。

3 基于輸電線路全壽命周期的實例分析

采用基于全壽命周期成本的電網規劃方法，對蒙東地區2015年66 kV農網網架進行優化規劃。該地區66 kV電網有66 kV線路27條，線路長度593.69 km。其中LGJ-70、LGJ-120、LGJ-150型懸垂線路466.39 km，LGJ-50、LGJ-70型陶瓷橫擔線路127.28 km。66 kV線路26.02%為瓷橫擔線路，建設年限早，設計標準低、線經細。這些線路經30多a風吹日曬，已達運行極限。66 kV變電所布點稀，造成10 kV供電半徑大，線損高，事故停電頻繁，原來的供電設備以滿足不了現有的用電水平。預計2015年該地區總用電量9.2億kW·h。

規劃中對于66kV線路按線型LGJ-240和LGJ-150考慮，該線型的壽命為30 a，全線采用鐵塔架線，投資為49萬元/km，組合投資成本率5%，設備可靠性參數取自該地區設備統計值。本文根據提出的模型，運用算法，對蒙東某地區2015年66 kV農網部分網架進行規劃，得到優化方案，取其中LCC最小的方案作為最優規劃方案1，該方案架線總長398.8 km，LCC計算結果規劃方案二的全壽命周期成本大于方案一。為了對比分析，本文利用常規方法（不考慮LCC）得到優化規劃方案2，其架線總長為383.3 km。本文也對方案2進行LCC計算，結果列在表1中。

選取其中部分規劃方案說明分析，圖3為LCC最小的規劃方案，圖4為常規優化的方案，其中虛線部分為新架設的線路。

從圖4和圖3可以看出，兩個方案的差異主要在節點9-10、8-10、4-8、6-12、2-6的架線方式上。其中節點6為主要電源點。方案1在4-8節點架設了多回線路，間接地增強了8點及以外的地區與電網的聯系，以保證接入電源的出力，在線路發生1點甚至5點故障時也能順利送出；方案1的8-9-10聯通、方案的8-9-10聯通，具有幾乎一樣的電網安全效果。但是9-10之間的距離遠小于為8-10之間的距離，因此9-10之間架設線路花費的投資要減少一半左右。即方案1在這里用較少的投資達到了和方案2同樣的安全效果；2點為較小的電源點，在方案2中2-6的線路，效果不夠明顯且不夠經濟實惠，故在方案1中刪去了其中的一條。綜合考慮方案1考慮了電網的經濟性和可靠性，使得電網全壽命周期成本最小，是最佳的規劃方案。

從上面的算例分析可以看出，如果沒有LCC理念作為指導，可能會因為只考慮初始投入成本而誤認為方案2優于方案1，從而錯過了更好的方案，顯然方案1具有更長遠的經濟效益。

4 結語

依據全壽命周期的基本理論，將它實際應用大農網線路規劃中，根據設計模型，結合設計輸電路徑的實例，驗證全壽命周期成本管理在配電網輸電線路的設計上可行性，也為供電可靠性和最大的社會效益提供理論保障，采用基于全壽命周期成本的電網規劃方法具有重要的現實意義。