基于全寿命周期理论的智能变电站一次主设备选型探索

蔡亮

无锡市广盈电力设计有限公司 214171

摘要：全寿命周期理论要求对资金、质量、采购等环节进行全面监管，以取得长远效益为目标，进而实现企业的稳定发展。在实际生活中，全寿命周期理论被广泛应用于各行业，并取得了较好效果。基于智能变电站的运作特性，许多电力企业也对全寿命周期理论进行较好应用，并将其渗透进企业各项工作的方方面面。在智能变电站中，一次主设备的选型有着重要作用，对变电站的运作质量有着较大影响。本文主要以10kV电流互感器、站用变压器为例对全寿命周期理论下智能变电站一次主设备的选型进行合理分析，提出了一些建议。

关键词：全寿命周期理论；智能变电站；一次主设备

在社会经济的推动下，我国的电力事业有了较大发展，各类智能变电站不断涌现，给人们的正常用电带来了较大便利。在智能变电站中，一次主设备的选型有着重要作用，不仅影响到智能变电站的质量，而且关系到整个智能变电站的造价，因此，对一次主设备进行理性选型至关重要。在全寿命周期理论下，智能变电站一次主设备的选型与一般的情况下的选型有着较大不同，因此，如何更好进行选型成为技术人员面临的重大问题。

一、全寿命周期理论分析

全寿命周期理论注重整体性，强调长远效益，在电力事业中，全寿命周期理论指的是电力工程从开始到终结整个过程中的成本和，通过对工程成本和进行对比，帮助企业更好控制经济成本，促进企业稳定发展。在电力工程成本和中，主要有两种成本形式，一种是施工成本，另一种是运行成本。施工成本指的是工程建设过程中的整体成本，包括材料成本、设备成本、人员成本等；运行成本指的是工程在运作过程中产生的成本，包括维护成本、检修成本、管理成本等。以往企业在对施工成本及运行成本进行管理时，一般采用分开管理的形式，在这种情况下，工程成本处于分散状态，给企业的资金管理带来了极大不利。在全寿命周期理论下，企业需将施工成本及运行成本进行统一管理，虽然运行成本具有一定的不可预见性，但是在工程施工过程中，运行成本也会有所体现。因此，企业在对经济造价进行管理时，必须从整体性出发，以降低施工成本以及运行成本的成本总和为成本控制目标，这样才能更好发挥出全寿命周期理论的作用，促进企业更好发展。一般情况下，全寿命周期成本由多个部分组成，包括投资成本、运行成本、维护成本、检修成本、废弃成本。

二、基于全寿命周期理论的智能变电站一次主设备选型分析

在全寿命周期理论下，电力企业在对智能变电站一次主设备进行选型时，能够从整体性出发，对智能变电站从开始到终结的整个成本进行分析，包括设备购置费用、设备安装费用、设备检修费用、设备维护费用等，从而有效控制智能变电站的整体成本。在以往设备选型过程中，电力企业往往没有对长远效益进行合理考虑，只对设备当前的购置以及安装等成本进行分析，在这种情况下，传统一次主设备的选型在初选方面成本较低，但是之后的成本较高；而基于全寿命周期理论的智能变电站一次主设备选型则在整体方面具有较低成本，所以能给企业带来更多的经济效益。在全寿命周期理论下，对智能变电站一次主设备的选型分析如下：

（一）基于全寿命理论的电流互感器选型

在智能变电站中，电流互感器的种类较多，主要包括罗氏线圈电流互感器、光学电流互感器、独立式电磁式电流互感器以及低功率线圈电流互感器等。在智能变电站实际运作过程中，每种电流互感器都有着不同的运作情况，对智能变电站的成本以及运作质量都有着不同的影响。在光学电流互感器方面，一般需在满足变电站运作需求的前提下进行多配置，在对10kV典型出线间的间隔进行处理时，一般需安装6个敏感环。罗氏线圈电流互感器配置数量同光学电流互感器。在低功率线圈电流互感器方面，一般在中低压系统中每相安装1台，在10kV典型出线间隔处安装3臺电流互感器。在独立式电磁式电流互感器方面，一般在每相安装一台，并在10kV典型出线间隔处安装3台电流互感器。如表1，显示的是电流互感器购置成本表。

表1 电流互感器购置成本表

电流互感器种类 单价（元） 电压 数量（个） 总价（万元）

罗氏线圈电流互感器 5900元/线圈 10kV 110 64.9

光学电流互感器 7200元/敏感环 10kV 110 79.2

独立式电磁式电流互感器 1400元/台 10kV 110 15.4

低功率线圈电流互感器 1600元/台 10kV 110 17.6

从表中可知，独立式电磁式电流互感器以及低功率线圈电流互感器的购置成本较低，因此，在全寿命周期理论下，本文主要对独立式电磁式电流互感器以及低功率线圈电流互感器进行整体成本计算。从全寿命理论的相关概念可知，全寿命周期成本由多个部分组成，包括投资成本、运行成本、故障成本、检修成本以及废弃成本。其中投资成本主要指设备的购置及安装费用；运行成本指的是设备的运行周期成本以及维修和更换设备的成本；检修成本指的是设备运行周期内的检修费用总和；故障成本指的是一定周期内故障费用的总和；废弃成本指的是设备废弃所产生的成本。

在独立式电磁式电流互感器方面，其大致有30年的寿命，而智能变电站正常运行年限也约为30年，即在智能变电站整个使用周期内独立式电磁式电流互感器基本不用更换；在运行维护以及设备检修方面，大致一年的总体成本为900元；在一年的时间内，设备的故障率大致为3%，且单次故障费用大致为1400元；最终的废弃成本大约为设备购置成本的5%。通过全寿命周期公式，以30年为限，可以计算出独立式电磁式电流互感器的全寿命周期成本，具体如下：

全寿命周期成本=15.4+0.09×30+0.14×3%×30+15.4×5%=18.996万元

在低功率线圈电流互感器方面，其大致有10年寿命，在智能变电站整个使用周期内一般要进行更换，大致为两次；在运行维护以及设备检修方面，大致一年的总体成本为420元。在一年的时间内，设备的故障率大致为2.5%，且单次故障费用大致为1400元；最终的废弃成本大约为设备购置成本的5%。同样以30年为限，计算出的低功率线圈电流互感器全寿命周期成本如下：

全寿命周期成本=（17.6+0.042×10+0.14×2.5%×10+17.6×5%）

×3=56.805万元

从相关数据可知，虽然独立式电磁式电流互感器与低功率线圈电流互感器在购置成本上没有较大差别，但是在全寿命周期理论下，由于两种设备的寿命长短存在差异较大，致使在智能变电站整个使用周期内，低功率线圈电流互感器的全寿命周期成本要远大于独立式电磁式电流互感器。在实际情况中，由于低功率线圈电流互感器在一定周期内需进行多次更换，从而增加了整体的维护成本以及断电成本，并且对变电站的运作质量造成较大影响，因此，从全寿命周期理论出发，电力企业可以选择独立式电磁式电流互感器。

（二）基于全寿命理论的站用变压器选型

在10kV站用变压器方面，一般包括硅钢片铁心变压器、非晶合金铁心变压器等，在负载损耗方面，两者相差不大，但是在空载方面，非晶合金铁心变压器的有功损耗小于硅钢片铁心变压器。在对站用变压器进行选择时，技术人员可以对相关数据进行合理分析，如表2，显示的是硅钢片铁心变压器与非晶合金铁心变压器相关参数比较表。

表2 硅钢片铁心变压器与非晶合金铁心变压器相关参数比较表

变压器额定容量（kVA） 非晶合金铁心变压器（空载损耗/W） 硅钢片铁心变压器（空载损耗/W） 空载损耗下降（%）

100 75 200 62.5

250 140 400 65

315 170 480 64.58

400 200 570 64.91

在全壽命周期理论下，变压器一年的电费损耗情况如下：

X=[8500×（A+）+2100×（D+）] ×0.66

在公式中，X指的是变压器一年电费损耗费用；A指的是变压器的空载损耗；B指的是空载电路百分比；C指的是变压器的额定容量；D指的是变压器的负载损耗；E指的是短路阻抗百分比；8500指的是变压器全年空载小时数；2100指的是变压器等效满载小时数；0.66指的是电费单价。

通过公式计算可知，在一定的额定容量下，非晶合金铁心变压器的空载损耗比硅钢片铁心变压器的空载损耗低，而且整体运作成本更低，能够有效降低损耗，所以在全寿命周期理论下，技术人员可以选择非晶合金铁