基于全寿命周期的配电自动化工程经济效益评估

谢义苗，张忠会

(1. 国网上饶供电公司，江西 上饶 334000；2. 南昌大学 信息工程学院，南昌 330031)



基于全寿命周期的配电自动化工程经济效益评估

谢义苗1，张忠会2

(1. 国网上饶供电公司，江西 上饶 334000；2. 南昌大学 信息工程学院，南昌 330031)

为更加科学合理地对配电自动化工程经济效益进行评估，提出基于全寿命周期理论，考虑配电自动化工程整个寿命周期内的初始投入成本、运行成本、故障损失成本和设备退役处置成本，对配电自动化工程的经济、管理和社会三方面的效益进行了量化，构建了配电自动化工程成效经济评价指标，定义了相应的评价模型。以某自动化实施区配电自动化试点工程为例进行系统、客观评价和灵敏度分析，为今后配电自动化工程试点的建设提供决策依据。

全寿命周期；灵敏度分析；配电自动化；经济效益

自2009年国家电网启动配电自动化试点工作，已超过30多个城市配电自动化通过国家电网公司验收。配电自动化试点工程的成功，说明我国在配电管理和技术水平方面有了长足进步，为进一步建设智能电网夯实了基础。因此，为进一步推动配电网改造升级，提升配电网运行管理水平，对配电自动化建设成效进行合理评价，具有重要意义[1-2]。

近年来国内学者主要从可靠性方面对配电自动化的效益进行了分析，文献[3，4]较早地从可靠性角度分析了配电自动化的经济效益；文献[5] 则介绍了20世纪90年代我国的配电自动化工程特点，并结合具体的停电损失，对配电自动化进行了综合性的经济评估；文献[6，7]通过正态云理论，结合可靠性理论，定义多个评价指标对配电自动化改造方案进行了经济性评估；文献[8] 对传统的配电可靠性方法进行修正，建立配电自动化可靠性评估模型，通过成本效益法，分析了配电自动化的经济效益；文献[1，9]提出要对配电自动化工程进行社会经济定性分析，但并无具体量化方法。

这些文献对配电自动化的效益评估侧重单个设备的局部效益，对自动化工程长期的时间因素考虑不足，本文基于全寿命周期理论，考虑配电自动化工程整个寿命周期内的初始投入成本、运行成本、故障损失成本和设备退役处置成本，对配电自动化工程的经济、管理和社会三方面的效益进行了量化，构建了配电自动化工程经济评估指标，定义了相应的评价模型，对某自动化实施区配电自动化试点工程进行系统、客观评价和灵敏度分析，为今后配电自动化工程试点的建设提供决策依据。

1 全寿命周期理论

国际电工委员会(IEC60300-3-3)将设备的寿命周期分为4个阶段：最原始的设计与开发阶段、制造安装等准备阶段、运行维护等实际投入运行阶段以及产品最后报废阶段。根据IEC60300-3-3对设备全寿命周期的分析，设备在其整个寿命期间所消耗的总成本，称为设备全寿命周期成本(Life Cycle Cost，简称LCC)。本文应用全寿命周期理论的思想对配电自动化试点工程进行整个全寿命期间内成本的分析与决策。

2 配电自动化全寿命周期成效分析

2.1 配电自动化全寿命成本分析

配电自动化全寿命周期内的成本包含配电自动化试点工程所有设备的初始购置成本、运行成本、设备运行故障成本、设备报废费用，则配电自动化试点工程全寿命周期成本LCC公式为：

LCC=C1+C2+C3+C4

(1)

式中C1——配电自动化试点所有设备的初始购置成本；

C2——配电自动化试点工程的运行成本；C3——配电自动化工程中的设备运行故障成本；

C4——配电自动化试点工程设备报废费用。

(1)配电自动化试点工程全寿命周期内设备购置成本C1为：

C1=C主站+C通信+C一次网架改造+C配电终端+C自动化机房

(2)

式中C主站——配电自动化工程主站投资；

C通信——通信系统及相应的通信终端投资；

C一次网架改造——自动化建设所需的一次网架及设备投资；

C配电终端——配电终端投资；

C自动化机房——配电自动化机房投资。

其中配电自动化通信投资C通信为

C通信=C通信系统+C通信终端+C通信光纤+C无线公网+C通信电源

(3)

式中C通信系统——配电自动化通信系统建设投资；

C通信终端——通信终端建设投资；C通信光纤——配电终端信息采集通信光纤投资；

C无线公网——配电终端信息采集无线公网投资；

C通信电源——通信电源投资。

其中配电终端投资C通信终端为

C配电终端=CDTU+CFTU+CTTU

(4)

式中CDTU——环网柜站所终端投资；

CFTU——馈线柱上开关终端投资；

CTTU——配变终端投资。

(2)配电自动化试点工程全寿命周期内运行成本C2为：

C2=C1×λ运行

(5)

式中λ运行——配电自动化工程全寿命周期内年运行成本系数。

(3)配电自动化工程中的设备运行故障成本C3为

(6)

式中EENSi——第i个设备故障引起的缺电负荷；

Ti——第i个设备故障中断供电时间；

μ——售电价格；

f——故障设备总和。

(4)配电自动化试点工程设备报废费用C4为

C4=C1×λ报废

(7)

式中λ报废——自动化工程设备由于设备退役所造成的搬运、储存损失系数。

2.2 配电自动化全寿命效益分析

为合理反映配电自动化建设带来的经济效益，某自动化实施区运用全寿命周期管理理论，采用投入产出比作为试点工程效益的评价指标，并通过敏感性分析对配电自动化效益的影响因素进行分析。某自动化实施区进行配电自动化效益可以从经济、管理和社会三方面进行评价，如图1所示。

图1 配电自动化成效分析图

2.2.1 经济效益

实现配电网自动化，供电部门在增加一定投入的同时，也可通过得到可观的经济效益。通过配电自动化建设可提高配网供电能力，增加系统的可靠性，缩短人员查找和处理故障的时间，节省人力、物力，提高工效和电网运行稳定性。在用户不变的情况下最大限度地提高了售电量，增加经济效益。

(1)节约企业成本

1)节约操作成本

配电自动化工程可以实现故障自动隔离并恢复供电，可节约平常因故障所需出车次数及减少相应的车辆、工具的配备与日常维护。配电自动化年节约现场操作成本R操作效益：

R操作=C量测×N量测次数×M

(8)

式中C量测——每条线路负荷量测成本；

N量测次数——每年每条线路开展负荷量测次数；

M——装设了配电自动化的总条数。

按照某市实际情况，单条线路开展负荷量测平均时间为3天，按照费用300/天，每条线路每年量测5次计算，共66条线路装设配电自动化，每年共节约日常现场操作成本29.7万元。

2)减少故障检测成本

配电自动化工程可以实现故障自动定位与隔离，故可减少查找故障所需的车辆及人力成本，配电自动化减少故障检测成本R检测效益为

R检测=C检测成本×N故障次数×M

(9)

式中C检测成本——每条线路故障检测成本；

N故障次数——每年每条线路每年因配电自动化可减少的故障检测次数。

按照某市实际情况，单条线路故障检测成本按照500元/条，故障检测减少次数按照每条线路5次计算，每年减少故障现场检测成本16.5万元。

3)节约人力成本

由于配电自动化的建设，对于现场维护所需的人员降低。故配电自动化建设可节约的年人力成本R人力效益为

(10)

式中C人力成本——每个员工的年收入；

N运维——配电自动化实施前所需的配电运维人数；

按照某市实际情况，配电自动化实施前运维人数按照100人，自动化实施后按照40人，人力成本按照每年10万元计算，配电自动化建设节省日常运维人力成本600万元。

4)降低线损率

配电自动化的建设，对线路进行监测，可及时发现偷电现象，通过监测线路负载率，调整运行方式，可降低线路的线损率。配电自动化年降损收益R线损为

R线损=μ×P电量×(Lo-Lo′)

(11)

式中P电量——配电自动化实施区电量；

Lo——配电自动化实施前线损率；

Lo′——配电自动化实施后线损率；

μ——售电价格。

按照区域内线损率由4.08%降至3.98%，按照区域内售电量7亿kWh，综合电价0.6元/kWh计，则实施配电自动化一年降低线路损耗带来的经济效益为42万元。

5)缓解电网一次投资

配电自动化建设，通过监测线路负载率，调整运行方式，优化潮流分布，可充分利用现有设备，缓解一次网架及设备的建设投资，每年节约资金收益为

R投资=C投资×λ利率×λ贷款率

(12)

式中C投资——配电自动化实施区每年配电网投资金额；

λ利率——银行贷款利率，λ贷款率——贷款金额占总金额的比例。

按照区域内每年配电网投资0.6亿元，银行利率4.9%，向银行贷款80%，则实施配电自动化一年可少向银行缴纳235.2万元利息。

(2)增加企业经济效益

通过配电自动化技术，可缩小停电范围和停电时间，故每年可为企业增加售电量

R增售电=P电量×μ×(r-r′)

(13)

式中P电量为配电自动化实施区电量；

r——配电自动化实施前供电可靠率；

r′——配电自动化实施后供电可靠率；

μ——售电价格。

实施配电自动化后，供电可靠性从99.962 4%提升至99.977 4%。按照售电量7亿kWh，综合电价0.6元/kWh，则实施配电自动化一年降低线路损耗带来的经济效益为6.3万元。

则配电自动化总体经济效益R经济为

R经济=R操作+R检测+R人力+R线损+R投资+R增售电

(14)

2.2.2 管理效益

通过配网自动化的实施，某自动化实施区实现对配电资源的集中管理，配电网数据管理水平、电网的安全运行水平、企业管理水平和企业形象都得到极大提升。

(1)提高配电数据管理水平

由于配电自动化的建设，提升了对数据的管理水平。故配电自动化建设可节约的数据管理人员的成本R数据水平效益为

(15)

式中C数据管理——每个数据管理员工的年收入；

N数据管理——配电自动化实施前数据管理人数；

按照某市实际情况，配电自动化实施前数据管理人数按照10人，自动化实施后按照3人，人力成本按照每年10万元计算，配电自动化建设节省数据管理人力成本70万元。

(2)提高电网的安全运行水平

配电自动化建设有利于提高电网运行水平，降低电网运行风险，减少运行损失。配电自动化建设提高电网安全运行水平R运行水平为

R运行水平=C经济效益×λ运行水平

(16)

式中C经济效益——配电自动化经济效益的总和；

λ运行水平——配电自动化安全运行水平效益系数。

按照某市实际情况，配电自动化安全运行水平效益系数为5%，配电自动化建设提高电网的安全运行水平产生效益为41.48万元。

(3)促进电力企业管理水平的提高

配电自动化建设有利于促进电力企业管理水平的提高。配电自动化建设促进电力企业管理水平提高效益R运行水平为

R管理水平=C管理费用×λ管理费率

(17)

式中C管理费用——企业年管理费用，

λ管理费率——企业管理费率。

按照某市实际情况，某自动化实施区管理费用每年为500元，管理费率为3%，则配电自动化建设促进电力企业管理水平提高产生的效益为15万元。

(4)提升电力企业的形象

配电自动化建设。提升供电可靠性，有利于维护电力企业的形象。配电自动化建设提升电力企业的形象效益R品牌形象为

R品牌形象=C品牌形象×λ品牌形象

(18)

式中C品牌形象——企业品牌形象；

λ品牌形象——自动化建设提升公司品牌系数。

按照世界品牌实验室的数据国家电网品牌价值2 508.18亿元，折算某市供电公司的品牌价值为5.6亿元，取自动化建设提升公司品牌系数为3%，则配电自动化建设提升电力企业的形象产生的效益为14.07万元。则配电自动化管理效益为

R管理=R数据管理+R运行水平+R管理水平+R品牌形象

(19)

2.2.3 社会效益

在提高能源可供条件，降低社会能耗指标，保障社会安定等方面，具有巨大的社会效益。

(1)拉动经济

配电自动化实施区用电量较大，是重要用户的集中区，保障这部分用户的用电，能够促进经济发展，配电自动化建设拉动经济效益R拉动经济为

R拉动经济=V×P电量×(r-r′)

(20)

式中P电量——配电自动化实施区电量；

r配电自动化实施前供电可靠率；

r′——配电自动化实施后供电可靠率；

V——每度电量促进的经济效果。

按照2014年某市的GDP为1 124.8亿元，售电量为46.07亿kWh，也就是说每kWh电量可间接带来的经济效益约为24.4元。由于提高供电可靠性，范围内每年可减少10.5万kWh的电量损失，因此减少的电量损失可带来间接经济效益约为10.5×24.4=256.35万元。

(2)节能减排

电力系统的损耗需要发电来抵消，因此，高效的电网将减少能源消耗，减少二氧化碳及其它污染物的排放，故配电自动化节能减排效益。

R节能减排=μ标准煤×λ煤-CO2×λ电-煤×λ电-CO2×P电量×(Lo-Lo′)

(21)

式中P电量——配电自动化实施区电量；

r——配电自动化实施前供电可靠率；

r′——配电自动化实施后供电可靠率；

μ标准煤为标准煤的价格；

λ煤-CO2——每吨煤产生的二氧化碳；

λ电-煤——火电厂每千瓦时煤耗(按标准煤计算)；

λ电-CO2——每千瓦时减少二氧化碳排放。

根据统计，每节约1 kWh电可减少0.997 kg二氧化碳的排放，而实现配电自动化后每年可降低线损约70万kWh，也就说光是这一项便可减少“二氧化碳”的排放大约：70×0.997=69.79万kW=697.9 t，按照1吨标准煤产生2.66 t二氧化碳，火电厂每千瓦时煤耗350 g标准煤计算，每年节能减排减少的二氧化碳排放量相当于262.37 t标准煤，按每吨标准煤500元计算，相当于产生13.12万元的社会效益。

此外，降低线损还可减少大量由于发电而产生的碳粉尘、二氧化硫等有害物质。

配电自动化工程社会效益R社会为

R社会=R拉动经济+R节能减排

(22)

2.2.4 全寿命周期效益

配电自动化工程全寿命周期效益R全寿命周期为

R全寿命周期=(R经济+R管理+R社会)×T+R残值

(23)

式中T——设备全寿命周期；

R残值——设备残值，一般取设备初值的5%。

2.3 配电自动化工程成效评价

根据前述方法，从经济指标评价配电自动化工程成效。

(1)财务净现值

财务是指按社会折现率将项目计算期内各年的经济净现金流量折现到建设期初的现值之和，在经济费用效益分析中，如果经济净现值大于零或等于零，表明项目可以达到符合社会折现率的效率水平，认为该项目从经济资源配置的角度可以被接受，财务净现值FNPV为

(24)

式中Ra——每年现金流入；

Ca——每年现金流出；

T——全寿命周期。

(2)内部收益率

经济内部收益率(EIRR)指项目在计算期内经济净效益流量的现值累计等于零时的折现率，如果经济内部收益率大于或等于社会折现率，表明项目经济资源配置的经济效率达到了可以被接受的水平,经济内部收益率(EIRR)为

(25)

(3)投资回收期

项目投资回收期也称返本期，是反映项目投资回收能力的重要指标。

(26)

式中T0——累计净现值首次不为负值时的年数。

(4)投入产出比

配电自动化全寿命周期的效益与全寿命周期内的成本LCC比值定义为投入产出比η

(27)

3 算例分析

3.1 计算边界条件

(1)售电价格按照0.60.63元/kWh。

(2)运维费用：按增量效益的2%提取。

(3)折旧率：6.67%，(按15年平均折旧),

(4)设备残值率取5%。

(5)税负：增值税17%，城建税7%，教育费附加3%，所得税率25%。

(6)资本金为20%。

(7)银行贷款利息：4.9%(长期贷款)。

(8)项目全寿命周期时间为2016～2030年。

3.2 配电自动化成效

本文以某自动化实施区为算例，根据前述配电自动化工程评价指标体系，得出计算结果，验证本文方法的正确性。

根据2.1节，计算了配电自动化的全寿命周期成本，根据2.2节的理论，配电自动化从经济效益、管理效益和社会效益三方面评价了配电自动化的全寿命周期内的效益，采用2.4节对经济指标的定义，得出配电自动化工程的成效如表1所示。从表1可以看出，配电自动化全寿命周期内，配电自动化工程财务净现值为818.69万元，内部收益率为8.92%，回收期为9.27年；同时全寿命周期内配电自动化总投入17 432万元，产生的总效益为20 396万元，投入产出比为1.17。可见配电自动化工程内部收益率、投资回收期等指标较为合理，同时全寿命周期内的投入产出比高于1，说明达到了预期的成效。

3.3 配电自动化成效敏感性分析

配电自动化建设过程中，有很多不确定性因素的影响，为了考虑配电自动化工程中的不确定性，本文对配电自动化工程引入灵敏度分析方法，评价这些因素对配电自动化建设成效指标的影响程度，本文定义配电自动化成效指标与影响因素的灵敏度为：

(28)

式中SE——配电自动化建设成效对影响因素的灵敏度指标；

Out——配电自动化建设成效指标；

Input表示影响因素。

3.3.1 设备价格

随着配电自动化技术的进步以及生产工艺的成熟，生产成本逐渐下降，设备价格会有一定的回落，配电终端及主站设备投资将减小，必将对配电自动化的建设成效产生较大的影响，配电自动化的经济效益将日益显现，配电自动化工程的全寿命周期内的成本、效益及相应的配电自动化指标如表1所示。

表1 设备价格波动灵敏度分析

从表1可以看出随着设备价格的波动，配电自动化工程的财务内部收益率、财务净现值以及投入产出比随着价格降低呈上升趋势，投资回收期缩短，说明随着设备价格降低，配电自动化工程效益越明显，这与实际是相符的。

3.3.2 售电价格

随着电力市场的开放，未来电力市场竞争将日渐激烈，电价有可能发生波动，因此需将电力价格的波动作为一个影响因素，考虑电价波动对配电自动化工程的影响，配电自动化工程的全寿命周期内的成本、效益及相应的配电自动化指标如表2所示。

表2 电价波动灵敏度分析

从表2可以看出，电价波动对配电自动化工程的影响不明显，这是因为配电自动化的效益分析中，与电价直接关联的效益比较少，故对整个配电自动化工程的影响不大。

根据表1和表2分析得出，对配电自动化成效影响更大是设备的价格波动，故在今后配电自动化工程的建设过程中，更应该关注设备的价格波动，以期更好地达到配电自动化的预期效果。

4 结语

本文提出了一种基于全寿命周期的配电自动化工程经济效益评估方法，并对配电自动化成效进行了敏感性分析，得出以下结论：

(1)在全寿命周期内，分析了配电自动化工程的成本、效益，并根据定义的经济指标，计算了财务内部收益率、财务净现值、回收期和投入产出比，说明了配电自动化工程的合理性。

(2)采用灵敏度分析方法，分析了设备价格和售电价格波动对配电自动化成效的影响，结果说明设备价格波动比售电价格波动对其影响更大，所以更应该关注设备的价格波动，以期更好地达到配电自动化的预期效果。

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(本文编辑：杨林青)

Economic Benefits Evaluation of Power Distribution Automation Projects Based on Life Cycle Theory

XIE Yi-miao1， ZHANG Zhong-hui2

(1. State Grid Shangrao Power Supply Company，Shangrao 334000，China2. School of Information Engineering，Nanchang University, Nanchang 330031，China)

To achieve more scientific and reasonable evaluatio of economic benefits of power distribution automation pilot projects, this paper proposes the method based on life cycle theory. Considering the initial investment cost, running cost, breakdown cost and equipment decommissioning disposal cost in the full life cycle, the economic benefits, management benefits and social benefits of power distribution automation projects are quantified; economic evaluation indicators are listed; evaluation model is defined. The systematic and objective evaluation and sensitivity analysis of a pilot project of distribution automation have verified the proposed method, which can provide a guidance for automation project in the future.

life cycle；sensitivity analysis；distribution automation；economic benefits

10.11973/dlyny201605002

谢义苗(1990)，男，硕士，研究方向为电力系统自动检测与控制及配电自动化等。

TM76

A

2095-1256(2016)05-0538-07

2016-04-13