浅谈设计阶段的电力工程全寿命周期管理

1、浅谈设计阶段的电力工程全寿命周期管理1变电部分全寿命周期管理建议全寿命周期成本（LifeCycleCost,简称LCC）管理是现代管理论、系统论、控制论和信息论与工程项目交叉融合而产生的一种全新管理理念和方法，具有全系统、全费用、全过程的特性。设计方案决定着施工成本、运行能源消耗多少、运行维护的难易程度、维修费用的高低、与环境的协调程度、项目的扩展性以及拆除回收的难易程度等方面的问题。设计阶段对整个工程项目的影响程度，决定了在该阶段实施全寿命周期管理理念的重要性和必要性。控制寿命周期费用的最佳时机是工程设计阶段。可行性分析、初步设计、采购招标、施工图设计后，就决定了其寿命周期费用95%，该项目

2、寿命周期费用己成定局。本次设计提出了以下几方面建议，在保证项目满足电网功能定位的基础上，使项目全寿命周期内成本最优，从而实现工程项目最佳的经济效益、社会效益及环境效益。（1）电网建设，坚持贯彻全寿命周期管理理念，各电压等级电网按照“导线一次选定、廊道一次到位、土建一次建成”的原则进行建设。（2）装备要求及选型方面，紧密围绕在建设智能、高效、可靠、绿色电网的要求，按照“成熟可靠、技术先进、节能环保”原则，注重节能降耗、兼顾环境协调，采用技术成熟、免（少）维护、低损耗、具备可扩展功能的设备。设备选型一步到位，设备选型和配置利于设备状态检修和不停电作业，变电设备过载30%可持续运行120分钟，地下设

3、备防护等级达到IP67。（3）提升设备本体智能化水平，推行功能一体化、设备模块化、接口标准化。优先选用国内外知名企业设备，变压器、断路器等主要电气一次设备主体部件使用寿命达到60年，控制、保护等电气二次设备的主体部件使用寿命达到20年，建构筑物使用寿命达到100年，主要一、二次设备全寿命周期内不改造。（4）应用装配式建筑物，实现“标准化设计、工厂化加工、模块化建设”。减少现场“湿作业”，提高机械化施工应用范围，减少现场劳动力投入；降低材料成本，缩短工期，节省工程贷款利息和管理费用；提高工程建设质量、工艺水平，延长建筑的使用寿命。2电缆线路部分全寿命周期管理建议电力电缆的使用已经有多年的历史，自

4、交联聚乙烯（简称XLPE）绝缘电缆出现后，由于其敷设容易、运行维护简便，目前已是10220KV供配电系统电缆的主流。近几年来，大量引进35220KV级和国产的35220KV级XLPE电缆已广泛应用于电网送电系统中。电缆线路的运营成本，运行可靠性等逐渐成为供电企业配电网管理的重点之一。这就要求供电企业不断优化电缆运行维护手段和电缆资产的管理办法，推进电缆及附属设备全寿命周期管理，统筹协调运行电缆全寿命评价的各个环节，向标准化、流程化、一体化方向发展。一种在高压电缆设计选型与敷设中应用的资产全寿命费用评估方式，通过建立数学模型和成本结构分解，确定电缆的全寿命周期中有哪些成本组成，计算出各种成本的比

5、例和对总成本的影响，另外通过已统计的不同敷设方式下不同电缆预估寿命或运维费用，给予相应的经济比较，为选型与敷设决策提供、可视、直观、量化的依据。（1）电缆寿命评估1）电缆的设计寿命设计寿命是在资产规划设计阶段，综合考虑电缆的技术寿命、经济寿命、自然寿命及其他参考因子，经过相应的推导所得出的，主要用于评估决策拟定寿命周期。技术寿命：从开始使用到因技术落后而被淘汰所经历的时间。以技术落后作为不能“有效使用”的判别准则。自然寿命：由于物理损耗，达到停止使用的极限状态的日历期间。极限状态便是能否“有效使用”的界限。经济寿命：从开始使用到年平均总费用为最低的使用年限。简单地讲，资产的寿命周期费用包括购置

6、费和运维检修费两大类。随着使用年限的增加，折合到使用阶段每一年所分摊的购置费将逐年减少，而资产的运维检修费却因其性能的逐步恶化，每年所需的费用将逐年增加。两者之和所构成的资产年均总费用就会出现在开始一些年份逐年减少，至某一年份达到最小值，之后随着使用年份的增加又逐渐增大的现象。对应于年均总费用最小的年份，便是从经济角度看“有效使用”的期限。2）电缆的使用寿命使用寿命为设备实际服役“年龄”在资产接近或达到报废“年龄”时，可对使用寿命期内资产增值或亏损部分进行客观评估。3）电缆寿命的评估流程资产全寿命周期管理评估流程。主要关注3个方面：转资前科学制定设计寿命，转资后有效延长经济寿命，报废时准确对资

7、产盈亏进行全面评估。4）电缆寿命综合评价模型经过总结，电缆综合寿命评价可以通过以下模型来实现：/科悚制定/垃訂并命鹑恭耐图1电缆资产全寿命评估流程图T=F（aS,阳,yC）式中：t电缆设备寿命评价综合指数；F（x）函数关系；S安全指数；E效能指数；C周期成本指数;a、卩、y权重系数（通常情况下依照电缆敷设与运行环境不同，或电压等级高低有所变化）。（2）电缆的敷设方式对比1）电缆敷设方式种类与特点目前电缆一共有四种常用的敷设方式，分别为直埋、排管、电缆沟道与电缆隧道。各种敷设方式的特点如下：电缆直埋：费用最低，但是电缆的寿命周期也最短，一般设计年限在20年左右，然而国内使用寿命经常不足15年。腐

8、蚀性土壤、啮齿类动物、白蚁等都会影响直埋电缆寿命。电缆排管：费用比直埋和沟道高，一般电缆寿命周期在30年左右，稳定性高于电缆直埋，受外界影响较小，但是电缆运行温度相对较高。电缆沟道：费用相对便宜，采用全封闭地下结构，一般平均设计寿命在60年左右，可以同时敷设十根以上的电缆。电缆隧道：费用最高，同样为全封闭地下结构，配合各种调控与监测设施，设计寿命在100年左右。敷设数量高于电缆沟道，且易于运维。下表为不同电缆敷设方式在一般情况下适用的情况总结：适用情况电缆直埋L主妾用于城市郊区.或者平时不进荷地面幵挖的地區.也会在路边人讦道下面布设2通希同时采耽直進方式歎说的电缆赛目少于六根电缆排管L当电缆在

9、地下敷设后需要帰护时使用2当电缆路徨经由工厂战畜屈民区时使用工当地下管网情况复栾一电缆沟道I适脚于电缆敷设数目较务的工程一工挖掘工作相对较难一且敷设工作应按步骤进存电缆隧道I一当同时塾设的电缆数目比较备澀出电缆洶道睿纳范国时使用2一一捲建设地戌在埜錯.铁蹭或桥染下面.或者用干周围存在腐蚀性辍强的浪体和水时王当电缆要安蔻在术下或社区管垛区域时比鞍适用2）敷设方式与电缆寿命对于电缆线路而言，电缆接头是最薄弱环节，而对于电缆本体和接头来说，绝缘材料是最薄弱环节。除外力破坏这个原因之外，大多数电缆故障都是由于绝缘击穿所致，导致绝缘击穿的原因多种多样，而在击穿之前电缆绝缘往往会经历一个劣化过程。运行中电

10、缆绝缘材料性能会随时间而发生劣化或老化，局部缺陷如界面开裂、水分、杂质和绝缘材料中间气隙的存在会增加局部应力，其结果是快速劣化或加速老化。敷设方式影响电缆寿命，体现在不同敷设方式下电缆劣化的速度不同。通常情况下，外界温度较低，潮湿度适宜，且电缆本体不与土壤有直接接触的敷设方式下，电缆寿命较长。反之，外界温度较高，潮湿，且电缆本体与土壤接触的情况下，电缆寿命较低。因此在进行电缆敷设前，对当地气候条件与土壤成分进行调查是非常必要的。根据不同条件，选取合适的敷设方式。LCC高压电缆全寿命周期费用计算模型资产全寿命管理相关的理论研究与文献大多集中与变电站与架空输电线路中。LCC(Lifecycleco

11、st)模型是目前较为常用的一种全寿命周期费用计算方式，现在已经应用于变电站改造，绝缘配合等领域，且已有在电缆全寿命周期管理中应用的初步经验。高压电缆的LCC可以分解为电缆本体的LCC费用和电缆附件的LCC费用。考虑到电力行业设备LCC模型的一致性，并根据相关IEC标准的规定，高压电缆全寿命周期费用可以采用以下计算模型框架：讣為术体乾建啪哎备能疑供用H1M助设备能耗贰戏co伏贤方艮榦.样諏t-K擁护周期性會体检催贵用迪t血方厚务费CM尚期性榛悽堆护费用也I:力肚备、材洞费业屯方扎员费rI!锄ICC门肉力fit冬、4州费供凿两务静业主方设雜、丰外I费业牛白扎詁屈WzEIiTBffi:识肖近厂-催噫

12、厅此驾儿巴衣:N吐徉芒州帑：1硏栽用返幔丄厂修塩费用二曼主赴厂见适塹收整用_删細fli矗麽窑睚貶灵t瓦负殛计:心右；节也：丨爭童费t建眩耳境砸坏门降复甬测图2计算模型框架LCC=CI+CO+CM+CF+CD式中：LCC电缆的全寿命周期费用；CI初次投入费用；CO运行费用；CM检修维护费用；CF故障费用；CD设备退役处置费用。设定利率为i,电缆本体及其附件的寿命为a年，按照CI、CO、CM、CF和CD5个功能模块计算LCC值。LCC计算中考虑了资金的时间价值，通常以资金的现值和终值来表征。现值指计算起始年度末的当年值，终值指计算年份终结的当年值。LCC计算结果的比较可采用现值法比较，但对于不同寿

13、命周期的设备或电缆的比较，多采用等额年金的方法比较，其中，等额年金=LCC现值xi(l+i)a/(1+i)a1,在计算出所有模块现值后再计算等额年金，即LCC年值，进行比较。初始投入费用CI主要包括电缆本体及附件的购置费、安装调试费和其他费用。购置费包括电缆本体及附件的购买费、专用工具及初次备品备件费、现场服务费、供货商运输费及其相关税费、保险费等；安装调试费包括电缆本体及附件的建设安装费、业主方运输费、设备投运前的调试费；其它费用包括其它可能发生的有关等的费用。运行费用CO主要包括电缆损耗费用和日常运行巡检(视)费用。日常巡视检查费用包括日常巡视检查需要的巡视设备和材料费用以及巡视人工费用。

14、日常运行工作内容包括环境巡视、专业检查、地温检测、感应电流测试、特巡、红外检测、紫外检测等工作。检修维护费用CM主要包括周期性维护和试验费用。周期性维护费用包括周期性维护时需要的人工材料费用。试验内容包括电缆接地电阻测量、护层遥测、局放试验等三年一次的周期性试验。故障费用CF主要包括故障检修费、故障损失费。故障检修费主要包括故障测寻与修复费用。故障损失费包括停电损失费用等。退役处置费用CD包括电缆本体拆除处置人工、设备费用以及运输费和设备退役处理时的环保费用，并应减去电缆本体在退役时的回收利润。4）电缆设计项目全寿命周期管理评估模型LCC计算方法为目前一种很实用的电缆全寿命周期管理方式，但是目前在电缆全寿命管理中LCC模型依然存在一些问题，比如为考虑到电缆构筑物的存在，尚未考虑电缆使用寿命与设计寿命等。经过对方法的修正，现开发了一种新的LCTC电缆全寿命评估方法：LCTC=LCCxRcable+ICx