基于全寿命成本的输电线路设计方法

邱玉德

摘要：从全寿命周期的角度出发，运用全周期的经济分析手段来优化输电线路设计方案，能够保障输电线路工程的长期利益，节约社会资源。本文结合输电线路建设项目全寿命周期的相关理论，对项目的全寿命成本进行了深入研究，旨在为避免项目设计短期行为，实现输电线路项目的经济和社会效益提供参考。

关键词：全寿命成本;输电线路设计;成本构成

前言

輸电线路部件由于暴露于大气环境中，受各类气象条件的作用，对输电线路的寿命和可靠性都带来了一定的损害。并且输电线路路径的选择受土地利用、城市建筑和周围环境的影响，也较为复杂。这些因素不仅导致了电网建设全寿命周期费用估算的复杂性，而且也导致了输电线路规划和设计的复杂性。据统计，电网建设项目30%的资金消耗在了运行维管上，因此对于新建工程要从建设、维护、发展等全寿命周期来考虑，给电网建设工程一个合理的投资额，使整个电网建设在全寿命周期内实现成本最优化。

1.全寿命成本研究

1.1全寿命成本分析的特点

全寿命周期成本分析是一种新的概念和决策方法，目的是为了提高系统的全寿命周期费用的经济性。同传统的概念和方法相比，它具有以下特点：

1）在选择系统时，不仅考虑初始费用，也要将寿命周期内的其他所有费用放在相应的位置上加以研究。

2）在系统开发的初期考虑寿命周期费用。

3）就像对系统的性能、精度、容量、可靠性、维修性等技术规定一样，把全寿命周期费用作为系统开发的主要因素。

4）深入地进行初始费用和和运行维护费用之间的权衡、系统效用和全寿命周期成本之间的权衡，以及开发设置所需的时间和寿命周期成本之间的权衡。

5）为了更好地进行权衡，对系统各组成部分考虑多种方案，以便选择最佳的方案。

6）要准备好可以有效利用的费用数据库。

全寿命周期成本评价的结果，在很大程度上取决于以上各要点的满足程度。如果以上的各要点不充分，则全寿命周期成本分析不会对作出正确的决策提供指导。

1.2输电线路设计阶段全寿命周期成本分析的作用

在电网工程可行性研究获得核准后，进入了线路设计阶段，该阶段与可行性研究的最大区别在于需要明确设备布局和设备选型等工程建设细节问题，也即全寿命周期成本分析工作可以落实到具体的设备层面，将有实实在在的成本数据支持，而不是同类设备的相关成本估算。设计单位可以根据可行性研究审定的技术方案，提出多个设计方案，进行全面的全寿命周期成本分析工作。特别是要计算确定不同方案下的运行检修成本和故障损失成本。具体说来，输电线路设计阶段的全寿命周期成本管理技术应用归纳为基建初投资和投运设备检修成本的平衡，基建初投资与故障率之间的平衡、设备初投资与为了使设备在故障时便于快速诊断和快速修复而采用的额外检测仪器的平衡，以及设备的选型或布置方案与占地面积的平衡，最终全寿命周期成本管理分析演变为比较各种设计方案的全寿命周期成本优化问题[1]。

2.输电线路全寿命周期设计过程

设计是工程建设的龙头，设计的好坏对工程质量及经济性的优劣具有决定性影响。因此，抓好设计管理是全寿命周期管理最重要、最根本的一环。全寿命周期设计可理解为：从工程设计、管理、建设和运营的各个环节来寻求恰当的措施，以满足工程全寿命周期的总体性能（经济、技术、环保等）最优的设计理念方法。

具体来讲就是，以工程全寿命周期的安全性、适用性及经济性为目标，研究从可研、立项、设计、施工到维护管理各个阶段所应采取的理论、方法和措施，使得工程项目的建设既满足安全性和适用性的要求，又满足经济性的要求。

结合输电线路工程来讲，欲实现全寿命周期设计，当前应主要做好以下各项工作：

（1）首先应做好信息交流工作。因为，只有设计能及时、全面了解已有工程的施工及运行信息资料，以及最新的科研成果资料，才能做出符合实际的好的设计方案。

（2）充分利用已有信息及科研成果资料，结合工程的实际情况，以全寿命周期的观点做好设计方案的技术比选工作。

（3）从全寿命视角做好设计方案的经济比较工作。这就要求不仅要从初投资，而且要从维行维护费、设备更新费及故障损失费等各方面，对设计方案进行全寿命过程的动态经济比较工作。

（4）抓好设计的“三结合”工作。在20世纪60年代，为搞好设计工作，提倡在设计中实行以设计为主的“设计、施工、运行”三结合，以弥补设计人员对施工、运行经验了解的不足。信息全面、及时的交流，已为设计能充分考虑运行、施工要求创造了良好条件。在此基础上，再结合本工程的具体情况，运行、施工单位能在设计过程中及时参与咨询建议也是十分重要的。例如，在设计方案的选定、路径方案的选择以及塔位的选定过程中，运行、施工单位能及时提供咨询建议，这对线路的安全运行及经济性是十分必要的。

（5）做好对设计的评审工作。对设计的评审，不但要做好对初步设计的评审，而且要做好对施工图的检查评审工作。对施工图的检查，其优越性已在多个工程施工图检查评审中有了充分的体现。

3.基于全寿命成本的输电线路设计方法

输电线路设计中应要充分体现工程项目全寿命周期管理、实现社会、经济、环境效益的设计理念，具体设计优化措施主要有以下几个方面：

3.1节能优化措施

电力行业是经济发展中的基础，作为能源产业和消费链中的重要环节，在输电线路设计中应采取以下措施：优化路径选择，节约线路走廊;优化导线材质选择，节省原材料;合理选择导线分裂根数和间距，减少导线表面场强、无线电干扰和可听噪声;采用分段绝缘地线，可以有效地避免形成感应电流通路，从而降低线路长期运行的能耗;采用节能金具，减少电晕和涡流损失;塔型选择及优化，改进和完善铁塔结构型式，使之充分满足使用要求，达到安全可靠、经济合理、保护环境的目的;根据地形条件铁塔基础采用全方位高低腿型式，保护自然环境和减少水土流失[2]。

3.2基于经济效益的优化措施

首先从设备选择方面来说，在设计中要科学合理地选择设备结构型式和主要参数，选用免维护或少维护设备，还要合理选择电气设备爬距，减少污闪的发生。其次从材料方面来说，应选择隔热环保建筑材料，降低建筑物能耗;采用新型钢结构防腐工艺，提高保护年限;根据运行维护要求，合理选择道路路面材料。最后从自动化水平方面来说，设计要提高自动化、数字化水平，达到减人增效目的。对重要设备实行不间断监视，及早发现故障，避免事故扩大，减少停电损失。

3.3分层次设计方法

圖1基于全寿命成本的输电线路“分层循环反馈”设计流程

该方法的设计流程如图1所示。这种方法的本质是在满足输电线路整体技术性的基础上，对输电线路全寿命周期内的所有成本进行预测。这种设计方法是通过对各个层次设计，经过全寿命成本的循环对比，来最终确定设计，能够有效地保证设计方案的经济型性[3]。

4.结语

全寿命成本分析目前已被广泛应用于各个领域，输电线路由于自身特点的多样性，导致了输电线路的规划和设计具有了复杂性。基于全寿命成本分析的输电线路设计，能够不断的修正和完善设计方案，进而保证线路设计的经济合理性。随着信息化的不断加剧，未来输电线路的设计还可以考虑编制输电线路全寿命成本计算的软件，来减少设计计算工作量，并且未来对输电线路的设计还要考虑社会效益，这样才能真正实现输电线路的经济和社会效益。

参考文献：

[1]郭青.输电线路建设工程全寿命周期管理的探讨[J].山西电力，2007，143（12）：88-92.

[2]徐种.全寿命周期成本管理在电力设备管理中的应用探讨[J].中国电力，2010（03）：72-74.

[3]国家电网公司基建部，组编.电网工程建设管理基础知识及应用[M].北京：中国电力出版社，2009（05）：200-204.