基于全壽命周期理論的智能變電站一次主設備選型探索

蔡亮

無錫市廣盈電力設計有限公司 214171

摘要：全壽命周期理論要求對資金、質量、采購等環節進行全面監管，以取得長遠效益為目標，進而實現企業的穩定發展。在實際生活中，全壽命周期理論被廣泛應用于各行業，并取得了較好效果?；谥悄茏冸娬镜倪\作特性，許多電力企業也對全壽命周期理論進行較好應用，并將其滲透進企業各項工作的方方面面。在智能變電站中，一次主設備的選型有著重要作用，對變電站的運作質量有著較大影響。本文主要以10kV電流互感器、站用變壓器為例對全壽命周期理論下智能變電站一次主設備的選型進行合理分析，提出了一些建議。

關鍵詞：全壽命周期理論；智能變電站；一次主設備

在社會經濟的推動下，我國的電力事業有了較大發展，各類智能變電站不斷涌現，給人們的正常用電帶來了較大便利。在智能變電站中，一次主設備的選型有著重要作用，不僅影響到智能變電站的質量，而且關系到整個智能變電站的造價，因此，對一次主設備進行理性選型至關重要。在全壽命周期理論下，智能變電站一次主設備的選型與一般的情況下的選型有著較大不同，因此，如何更好進行選型成為技術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，強調長遠效益，在電力事業中，全壽命周期理論指的是電力工程從開始到終結整個過程中的成本和，通過對工程成本和進行對比，幫助企業更好控制經濟成本，促進企業穩定發展。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，另一種是運行成本。施工成本指的是工程建設過程中的整體成本，包括材料成本、設備成本、人員成本等；運行成本指的是工程在運作過程中產生的成本，包括維護成本、檢修成本、管理成本等。以往企業在對施工成本及運行成本進行管理時，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，給企業的資金管理帶來了極大不利。在全壽命周期理論下，企業需將施工成本及運行成本進行統一管理，雖然運行成本具有一定的不可預見性，但是在工程施工過程中，運行成本也會有所體現。因此，企業在對經濟造價進行管理時，必須從整體性出發，以降低施工成本以及運行成本的成本總和為成本控制目標，這樣才能更好發揮出全壽命周期理論的作用，促進企業更好發展。一般情況下，全壽命周期成本由多個部分組成，包括投資成本、運行成本、維護成本、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備選型分析

在全壽命周期理論下，電力企業在對智能變電站一次主設備進行選型時，能夠從整體性出發，對智能變電站從開始到終結的整個成本進行分析，包括設備購置費用、設備安裝費用、設備檢修費用、設備維護費用等，從而有效控制智能變電站的整體成本。在以往設備選型過程中，電力企業往往沒有對長遠效益進行合理考慮，只對設備當前的購置以及安裝等成本進行分析，在這種情況下，傳統一次主設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備選型則在整體方面具有較低成本，所以能給企業帶來更多的經濟效益。在全壽命周期理論下，對智能變電站一次主設備的選型分析如下：

（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、光學電流互感器、獨立式電磁式電流互感器以及低功率線圈電流互感器等。在智能變電站實際運作過程中，每種電流互感器都有著不同的運作情況，對智能變電站的成本以及運作質量都有著不同的影響。在光學電流互感器方面，一般需在滿足變電站運作需求的前提下進行多配置，在對10kV典型出線間的間隔進行處理時，一般需安裝6個敏感環。羅氏線圈電流互感器配置數量同光學電流互感器。在低功率線圈電流互感器方面，一般在中低壓系統中每相安裝1臺，在10kV典型出線間隔處安裝3臺電流互感器。在獨立式電磁式電流互感器方面，一般在每相安裝一臺，并在10kV典型出線間隔處安裝3臺電流互感器。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（元） 電壓 數量（個） 總價（萬元）

羅氏線圈電流互感器 5900元/線圈 10kV 110 64.9

光學電流互感器 7200元/敏感環 10kV 110 79.2

獨立式電磁式電流互感器 1400元/臺 10kV 110 15.4

低功率線圈電流互感器 1600元/臺 10kV 110 17.6

從表中可知，獨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，本文主要對獨立式電磁式電流互感器以及低功率線圈電流互感器進行整體成本計算。從全壽命理論的相關概念可知，全壽命周期成本由多個部分組成，包括投資成本、運行成本、故障成本、檢修成本以及廢棄成本。其中投資成本主要指設備的購置及安裝費用；運行成本指的是設備的運行周期成本以及維修和更換設備的成本；檢修成本指的是設備運行周期內的檢修費用總和；故障成本指的是一定周期內故障費用的總和；廢棄成本指的是設備廢棄所產生的成本。

在獨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行年限也約為30年，即在智能變電站整個使用周期內獨立式電磁式電流互感器基本不用更換；在運行維護以及設備檢修方面，大致一年的總體成本為900元；在一年的時間內，設備的故障率大致為3%，且單次故障費用大致為1400元；最終的廢棄成本大約為設備購置成本的5%。通過全壽命周期公式，以30年為限，可以計算出獨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，在智能變電站整個使用周期內一般要進行更換，大致為兩次；在運行維護以及設備檢修方面，大致一年的總體成本為420元。在一年的時間內，設備的故障率大致為2.5%，且單次故障費用大致為1400元；最終的廢棄成本大約為設備購置成本的5%。同樣以30年為限，計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

從相關數據可知，雖然獨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，由于兩種設備的壽命長短存在差異較大，致使在智能變電站整個使用周期內，低功率線圈電流互感器的全壽命周期成本要遠大于獨立式電磁式電流互感器。在實際情況中，由于低功率線圈電流互感器在一定周期內需進行多次更換，從而增加了整體的維護成本以及斷電成本，并且對變電站的運作質量造成較大影響，因此，從全壽命周期理論出發，電力企業可以選擇獨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。在對站用變壓器進行選擇時，技術人員可以對相關數據進行合理分析，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參數比較表。

表2 硅鋼片鐵心變壓器與非晶合金鐵心變壓器相關參數比較表

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損耗費用；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數；2100指的是變壓器等效滿載小時數；0.66指的是電費單價。

通過公式計算可知，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，技術人員可以選擇非晶合金鐵