中压开关站投资经济性评估

(新疆交通规划勘察设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 引言

开关站是将高压电力分别向周围的几个用电单位供电的电力设施，位于电力系统中变电站的下一级，其电源进线侧和出线侧的电压相同。随着城市负荷密度的增大，城市配电网中投资建设了越来越多的电压开关站。

开关站宜建于城市主要道路的路口附近、负荷中心区和两座高压变电所之间，起分配电源的作用，其最大的好处就是节省变电站出线间隔及出线走廊。

针对中压配电网中开关站的投资建设决策问题，国内一些专家学者进行了研究与分析。文献[1]论述了城市中压配电网多种接线方式下开关站的配置和衔接方法。文献[2] 以负载率为主线，推导出用负荷密度和负载率表示的费用公式，对已建成变电站区域又有新增负荷点的情况，根据负载率的大小考虑是否增设开关站。文献[3] 提出网架规划的综合赋权法,主要针对10kV配电网典型网架模式，将综合赋权法应用于10kV配电网模型规划，从技术性、经济性、可行性、可发展性4个方面对网架模式进行优选，文中的网架模式包括开关站辐射型接线和环网单元环型接线两种方式。

上述文献从接线模式、负载率等角度对开关站在中低压配电网中的配置进行了研究并取得了一定的研究成果,但是对于在中压配电网中投资建设开关站的决策问题没有进行研究,尤其没有考虑到负荷饱和前后最优的供电方案是否应当有所变化。本文首先运用负荷密度法进行空间负荷预测,在可行性的基础上,建立经济性和可靠性模型,对投资建设开关站与变电站直配两种方式在用地、线路及设备投资、网损等方面进行经济性分析,将可靠性指标中的失电损失转化为经济性指标综合计算,计及资金的时间价值,对负荷饱和前后的最优方案进行对比分析,考虑长期投资效果,最终往往选取负荷饱和后的最优供电方案实施。

2 负荷预测

2.1 负荷密度法

区域负荷预测是进行配电网规划的基础,较为准确地对规划区域的负荷增长情况进行预测,才能对开关站是否投资建设这一问题进行准确决策分析。

按照规划区域的用地和用电特性不同分成若干类，称为用地类型。不同规划区域在负荷特性和用地要求上有很大的不同。每一用地类型的用电特性可由典型负荷密度曲线得出，典型负荷密度曲线的变化由终端负荷预测方法来预测。因此，空间负荷预测可以转化成土地分布预测，只要预测出了各用地类型的用地空间分布，简单的负荷叠加运算就可以求出负荷的空间分布。因此把求解用地空间分布过程称为用地仿真过程[4-6]。

2.2 用地类型划分

在空间负荷预测中,需要根据不同的用电和用地特性将电力用户分成若干类型。一般分为4～20类，表1是一种比较通用的用地分类。

表1 用地分类表

3 可行性分析

可行性分析在中压配电网规划中是一项重要工作，所有的改造实施计划都是基于可行性分析的基础上研究完成的。开关站投资建设策略主要包括两个方面：开关站占地、线路走廊、总体规划等指标的可行性分析；在规划区域附近是否有空的开关站出线间隔可以满足供电需求。

本文模型分析中只选主要的可行性指标分析，如：是否满足市政要求(占地面积)；是否满足与其他组织的合作(线路走廊问题)。若满足上述两点，则认为具备开关站投资建设的基本条件；反之，则不具备开关站投资建设的基本条件。

若对规划区域负荷预测后，显示新增负荷很小，规划区域附近的开关站又有空的出线间隔满足新增负荷的需要，那么建开关站是不经济的。换言之，此种情况下投资建设开关站的可行性为零，即不需要投资建设开关站。

4 开关站投资建设决策模型建立

4.1 方案线路成本

4.1.1 开关站投资建设方案估算

中压配电网规划中，各个建设项目均要对其进行投资估算，并检验其经济性。开关站的投资建设方案也需要对其经济性进行分析计算。开关站建设的投资包括土建投资、线路投资及变电投资。

开关站变电投资根据开关站的规模和设备不同有不同的投资估算值,也会根据开关站设备的品牌不同而差别明显,甚至价格会翻好几倍。基于简化考虑,在分析中可取典型的开关站设备的投资值。

开关站投资建设需要从邻近的变电站出两回10kV线路,根据负荷大小不同出线的型号会有所不同。本文为了简化起见,均使用YJV22-3×240型电缆,单价取此型号电缆的购价并计及电缆沟的费用。计算公式：

A1=(a+b)×l1×2

式中：a为YJV22-3×240型电缆的购买价格，万元/km；b为电缆沟单价，万元/km；l1为邻近变电站至开关站的距离，km。

开关站的占地投资因规划区域所在的不同城市、不同地理位置有较大差异。开关站占用地的现值是衡量这块用地的主要标准，现值也称在用价值,是指对未来现金流量以恰当的折现率进行折现后的价值 。指资产按照预计从其持续使用和最终处置中所产生的未来净现金流入量折现的金额,负债按照预计期限内需要偿还的未来净现金流出量折现的金额。根据经济学原理分析,土地利润现值是考虑资金时间价值下的综合值。

对于开关站建设用地,不同的投资决策会带来不同的收益,而且会差异很大。针对不同的规划区域内用地的性质、周边的经济发展状况、近几年的城市规划总体布局情况,相同面积的开关站占地带来的收益会有很大差别,所以本文运用专家评分的方法来确定其取值。专家评分法是一种定性描述方法,它首先根据评价对象的具体要求选定若干个评价项目,再根据评价项目制订出评价标准,聘请若干代表性专家凭借自己的经验按此评价标准给出各项目的评价分值,然后计算最终值。

本文针对土地的地理位置先对其周边性质相近的土地收益进行调研分析,得到收益的一个参考值,运用专家评分制对此土地从用地的性质、周边的经济发展状况、近几年的城市规划总体布局情况这3个方面进行评分,进而对参考值进行修正,每年的收益按资金的时间价值进行递增。

4.1.2 变电站直接供电方案估算

变电站直接配出方案是从变电站直接新出10kV 线路对电力用户进行供电,对于负荷较大或者负荷发展空间比较大的区域,此种方式会占用变电站较多出线间隔,造成变电站出线间隔紧张、线路走廊不足等问题。其经济性指标主要是YJV22-3×240型号电缆及电缆沟投资,以及变电站的间隔及线路走廊费用。变电站直接配出方案经济性指标分析主要有3个方面：

(1)YJV22-3×240型号电缆及电缆沟投资。

变电站直接配出方案需要从邻近的变电站出n回10kV线路，n主要根据负荷大小需要的10kV线路条数来定。电缆型号根据负荷大小不同出线的型号会有所不同，本文为了简化起见，均使用YJV22-3×240型电缆，单价取此型号电缆的购价并计及电缆沟的费用。计算公式：

A2=(a+b)×l2×n

式中：a为YJV22-3×240型电缆的购买价格，万元/km；b为电缆沟单价，万元/km；l1为邻近变电站至负荷中心的距离，km，n为变电站出线回路数。

(2) 配电线路损耗。线损率是供电企业的一项重要综合经济指标 。变电站直接配出方案出线数根据实际的负荷状况确定，开关站需要变电站新出两回线路。理论线损计算公式：

式中：PLoss为理论线损；P为负荷；U为线路电压；r为单位长度电缆电阻值，取0.08Ω/km；l3为线路长度，单位km；n为线路回路数。

(3) 变电站出线间隔及线路走廊使用综合值。此值需要专家根据变电站的造价及相关线路走廊使用情况定出。

4.2 可靠性评估分析

可靠性作为电力供应的一个重要指标，对不同级别的用户均有重要意义。本文的区域供电方案优选中，可靠性指标主要以失电损失作为目标函数：

f4=p×H

式中：f4为一年中停电造成的经济损失值，单位万元；p为规划区域单位时间的停电损失值，万元/小时；H为方案是实施后规划区域内年停电小时数，单位小时。

4.3 方案土地成本

资金时间价值是指资金在生产和流通过程中随着时间推移而产生的增值。资金的价值随时间的变化而变化，是时间的函数，随时间的推移而发生价值的变化，变化的那部分价值就是原有的资金时间价值。资金时间价值产生的两个前提条件：经历一定的时间；参与社会再生产过程的周转。

资金的时间价值计算包括单利法和复利法。本文运用复利法进行计算，计算公式为

f5=p本×(1+i)n-1

式中：f5为资金在第n年的资金限制；P本为土地本金；i为利率。

4.4 投资建设决策模型

电力设备在使用过程中会发生老化现象，一般电力设备的寿命取30年。在本模型中，因为负荷的饱和期均小于30年，故假设饱和期内供电方案的设备仍无报废现象发生。

在可行性满足的条件下，通过失电损失将可靠性指标转化为经济性指标，再将方案投入的各项资金计入，得到最终的方案实施成本。针对不同规划区域的负荷大小不同，需将方案实施成本转化为单位负荷的方案实施成本：

式中：f为单位负荷方案的实施成本；f1为方案线路的实施成本，由式(1)、(2)得到；f2为方案设备成本；f3为方案线损折算值，由式(3)可得；f4为方案失电成本，由式(4)计算；f5为方案所占土地成本，由式(5)求得；P为规划区域内负荷。

通过比较候选方案的f值,f值最小的方案为最优方案。

本次中压开关站投资建设决策综合模型流程图如图1所示。

5 算例分析

以新疆乌鲁木齐某地区新建小区WS的开关站投资建设决策为例，采用本文提出的开关站投资建设决策综合模型进行评估分析。

图1 中压开关站投资建设决策综合模型流程图

小区WS的面积为1000m2，人口为3500人。目前负荷总量为1000kW，邻近变电站距离此规划区域负荷中心的距离为3km，规划区域内土地当年收益大约10万元，年利率为2.52%，变电站出现间隔及线路走廊费用需要8万元/间隔，YJV22-3×240型电缆单价为106.98万元/km，电缆沟单价为252.45万元/km。

5.1 负荷密度法进行空间负荷预测

在GIS地里信息系统中进行用地性质分析及预测，预测结果为5年后，此规划区域内的负荷将达到饱和，饱和滞后负荷水平为14000kW。饱和前规划小区投资建设开关站方案需要两条10kV进线，因此10kV出现间隔2个，全年停电小时数为72小时，单位停电损失为3000元/小时，饱和后全年停电小时数为60小时，单位停电损失为7000元/小时；变电站直接配出方案需要变电站10kV出现间隔1个；变电站直接配出方案饱和前全年停电小时数为40小时，饱和后停电小时数为36小时。根据电力规范该种型号导线每条10kV线路可带负载1400kW，变电站直接配出方案需要变电站10kV出现间隔10个。

5.2 可行性分析

针对规划区域新建小区的具体情况进行分析，要求具备投资建设开关站方案用地要求，邻近开关站没有空余的10kV 开关站出线间隔。

5.3 两种方案经济性对比分析

负荷饱和前后计算结果如表2、3 所示，从表中可以得出，就目前规划区域内负荷比较小的情况下，变电站直配方案的经济性比投资建设开关站方案的经济性好；5年后负荷饱和之后，开关站方案的经济性要比变电站直配方案经济性更优越。基于长期规划考虑，应该实施开关站投资建设方案。

表2 负荷饱和前方案对比分析表 单位：年、万元，万元/kW

表3 负荷饱和后方案对比分析表 单位：年、万元，万元/kW

6 结论

本文建立了中压开关站投资建设决策综合模型：基于GIS地理信息系统平台对规划区域内的负荷运用负荷密度法进行负荷预测，得到负荷饱和情况下的负荷大小；对规划区域内开关站投资建设方案的可行性进行分析在投资建设开关站方案具有可行性条件下，将投资建设开关站方案与变电站直接配出两种供电方式从经济性和可靠性两方面进行分析，包括：线路投资、线路走廊及出现间隔费用、土地费用、线损费用、停电损失几个方面进行综合分析，并计及资金的时间价值。

从上述分析，最终得到负荷饱和前的经济性最优的供电方案，负荷饱和后的经济性最优的供电方案。基于长期规划需求的考虑，选择负荷饱和后的经济性最优供电方案为最终规划区域内的供电方案。

结果表明对于新增负荷，要充分考虑其发展的趋势，通过掌握其发展趋势对投资建设开关站方案进行综合评估分析，从而得到科学合理的中压配电网开关站投资建设决策。

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