变电站全寿命周期成本管理

2018-11-19俞胜

通信电源技术 2018年10期

俞胜

（国网电力科学研究院，江苏南京 211100）

0 引言

全寿命周期成本（Life Cycle Cost，简称LCC）管理是在可靠性的基础上，使工程和系统寿命拥有成本为最低的管理。对于电力系统新建工程而言，选择初次投资最低的方案通常是不科学的，因为电力工程后期的运行、维护及设备故障等的维护成本往往是初次购买成本的几倍[1]。因此，实际工程中，需要结合电力工程的特点，结合工程全寿命周期管理的理念，对多种因素反复权衡，控制好全寿命周期费用和预期效能，以达到质量、费用等最佳目标点的契合，确保建成的项目达到全寿命管理的目标。

1 工程全寿命周期管理的思路与意义

1.1 工程全寿命周期成本管理的思路

工程全寿命周期管理是基于设备或系统的可研论证，包括采购、安装、运行、检修、报废回收、人工及环保等整个价值链的全寿命周期管理，是一种按照系统工程的观点分配费用的决策技术，目的是实现在不损失项目功能的情况下实现全寿命成本费用的最小化。将全寿命周期管理应用于变电站工程项目中，即对变电站工程项目全寿命周期内不同环节、活动等给予全方位、全过程的管理。变电站全寿命周期成本主要有运行成本、投入成本、故障成本、维护成本与废弃成本六项。

变电工程因有其固有特征，其LCC计算模型可简化为：

式中：LCC为全寿命周期成本；CI为投入成本，包括采购成本和建设成本；CO为运行成本；CM为维护成本；CF为故障成本，亦称惩罚成本；CD为废弃成本。

变电站工程LCC计算可采用终值法、等额年金法与现值法等实现成本对比，而本报告建议应用现值法展开分析。

1.2 工程全寿命周期管理的意义

在变电站工程建设过程中，应当严格执行全寿命周期管理。按照全寿命周期成本最小化和效能最大化原则，选择最佳的设计方案，从而更加科学地设计和选择配套设备，以便在确保设计质量的前提下，实现工程项目寿命周期成本相对最小化的目标，同时实现工程项目建设的最大经济效能与最大社会效益[2]。只有这样才能使建成后的变电站工程运营可靠、安全，全寿命周期成本低、资源节约、效率高以及对环境影响小，并最终对社会和历史负责，共同建设和谐电网，构造和谐企业，服务和谐社会。

2 220 kV变电站全寿命周期成本最优设计

2.1 实现经济效益的方案

2.1.1 优化主接线方式

优化电气接线方式。结合地区220 kV网架现状和变电站终期规模，调研110kV对侧变电站电源点规划，对110kV母线接线的灵活性和可靠性进行定性分析和定量计算；结合配电网规划和开关柜设备选型，对10kV母线接线的灵活性和经济性进行对比，选择最优主接线方案。

2.1.2 总平面布置优化

电气平面布置力求紧凑合理，出线方便，减少占地面积，节省投资，并满足城市规划用地要求。

（1）配电装置布置“车间化”，户内变电站建筑物“单层化”

基于“大车间”布置理念，220 kV、110kV GIS一列布置，与10kV开关柜对列布置，3个电压等级配电装置共用安装、检修、运维通道，节省建筑空间，实现配电装置布置单层化、车间化和集成化。

（2）向空间要平面，实现土地资源利用集约化

主变本体与散热器错层布置，散热器下方布置无功补偿室，电抗器和电容器组布置于无功补偿室内，合理利用空间。综合考虑设备安装、扩建及运维检修等因素，合理降低建筑物高度。例如，配电装置室净高降至6.5 m，减小建筑体积；事故油池、消防水池地下布置，压缩场区占地。

2.1.3 主变压器选择

结合短路电流水平和无功补偿配置，选用高阻抗自冷三相自耦有载调压变压器，全寿命周期费用最优。

2.1.4 主变进线选择及优化布置

结合站区平面布置，以全寿命周期理念，从设备投资、施工难度和检修调试工作量等方面对高中压侧电缆进线、GIL（SF6套管）进线、低压侧电缆进线、铜排进线以及全绝缘铜管母线进线等方面分别进行分析比较，论证220 kV侧电缆进线、110kV侧电缆进线以及10kV侧全绝缘铜管母线方案的技术和经济合理性。

2.1.5 二次设备集成优化

结合220 kV变电站的配电装置型式和模块化二次设备布置特点，以国家电网公司调自[2013]185号《国调中心关于印发变电站二次系统和设备有关技术研讨会纪要的通知》文件中规定的设备应具有的功能为原则，结合已经投运的智能变电站运行经验，对二次设备集成优化设计进行探讨，并提出符合工程实际、节省投资的设备集成优化方案。站内一体化业务平台的搭建，应用功能结构分作3个层次，即站控层、结构层和过程层。

（1）站控层设备优化整合

监控主机兼操作员站2台。专门进行站内各类数据的采集处理，对站内所用设备进行操作控制、监控管理、信息全面分析与智能告警等。监控主机是站内运行监控的主要人机界面，监控全站一、二次设备运行情况，进行设备的远程操作控制，还能实现设备状态与参数的查询。不设独立的工程师工作站，功能集成在主机兼操作员站中，实现变电站一体化监控系统的配置、维护和管理；不设独立的计划管理终端，功能集成在监控主机中，实现调度计划、检修工作票、保护定值单的管理等功能；不设独立的数据服务器，数据服务器功能整合在监控主机中，变电站全景数据统一存储，以便为站控层设备与应用供给更多的数据访问服务。

综合应用服务器1台。接收站内一次设备在线监测的数据、设备基础信息等，且结合实际情况对其展开集中分析与处理。不设独立的III/IV区数据通信网关机，软件功能部署在综合应用服务器，实现与生产管理信息系统（PMS）、输变电设备状态监测等其他主站系统的信息传输。

数据通信网关机2台。依靠双重化配置方案进行站内数据的采集，经专用通道将实时信息传送至调度（调控）中心，进而完成调度（调控）中心操作与控制命令的接收。设备则根据无硬盘、无风扇要求进行设计。

一体化监控系统的监控主机、综合应用服务器、数据通信网关机等设备都体现了整合优化的概念。

（2）间隔层设备优化整合

220 kV采用测控、计量、合并单元、智能终端多合一装置；110kV采用保护、测控、合并单元、智能终端、计量等功能多合一装置，并下放布置于现场的GIS预制式智能控制柜中，简化了光口、光缆和二次接线。

（3）过程层设备优化整合

整合智能终端与一次设备机构冗余的电气回路，取消跨间隔间的电气闭锁，减少电缆用量；合并单元与智能终端整合，共用采集、通信、电源接口；过程层网络间隔内不组网，间隔间通过相应的过程层中心交换机实现互联。220 kV过程层采用新型“三层两网”，间隔内点对点+跨间隔组网方案；110kV侧采用“GOOSE+SV+MMS三网合一”方案，在不影响系统可靠性的基础上，有效节约了工程投资。

2.2 实现社会效益的方案

2.2.1 变电站建筑物优化

本文变电站建筑根据无人值守智能变电站的性质和工艺要求进行布置，采用钢结构装配结构体系，具有抗震性能好、施工速度快、工业化程度高、外形美观、绿色和环保等一系列优点，利于围护，拆卸方便，建筑结构预制率达95%。综合对比抗震设防烈度为6°～8°时，推荐采用无支撑钢框架结构。在用钢量基本相当的情况下，保证较大的室内空间，方便设备管线布置，减少构件数量，施工更加快捷。建筑物优先采用H型钢柱。屋面采用新型钢筋桁架楼承板（M型）组合楼板，压型钢板底模采用直肋设计，钢结构采用翼缘焊接，腹板采用10.9级高强度螺栓栓接的连接形式，现场安装快捷、高效，结构抗震性能好。

2.2.2 全站构筑物选择

装配式变电站体现了国网公司“两型三新一化”的变电站设计建设要求和全寿命周期理论的应用。

（1）变电站围墙采用钢柱+水泥基挤塑空心板。采用工厂预制成品型钢柱，横装水泥基挤塑空心板。围墙顶部采用条纹板。板材两端镶嵌在立柱槽内，板材缝隙用专业胶嵌缝。

（2）采用预制式水工构筑物。利用预制式玻璃钢事故油池、成品污水一体化、成品排水泵池取代传统的钢筋混凝土结构。雨水回收系统亦符合国网“工厂化生产、模块化、装配式”的要求，并可节省大量水资源，具有明显的经济、环境及社会效益。

2.2.3 一次设备状态监测技术的应用

实施状态检修的必要性主要包括以下几个方面：市场经济运营的要求，设备技术进步的要求，检修管理科学性的要求，提高供电可靠性的要求，电力体制改革和减人增效的要求，检修技术合理性的要求。结合变电站运行需求与设备全寿命周期管理理念，确定状态监测的范围和参量，达到设备可用性、维修合理性和经济性的最佳平衡。

2.2.4 二次设备状态监测系统的应用

近年来，电力事业得到了大力发展，电力系统建设被提上日程，使保护测控装置数量不断增多，加重了二次舍尔比检验任务，定检方式程序繁杂，耗时长，劳动力缺乏。对二次设备和二次回路采用在线监测，能够降低维护人员的工作强度，提高二次系统的可靠性。二次回路状态监测的重点即二次回路传输信息的准确性，重点针对智能变电站的网络化特征。依照《新一代智能变电站典型设计》《2014年新一代智能变电站扩大示范工程技术要求》中的相关规定，明确保护控制设备（如多合一装置、保护装置、合并单元等）、交直流一体化电源系统、交换机的标准化自检及自诊断状态监测信息流。

2.2.5 预制式二次组合设备的运输、安装方案

在基础框架上方屏柜外侧安装可拆卸的辅助框架，使基础框架与屏柜之间形成钢性连接，防止运输吊装过程中的冲击、振动对模块化二次组合设备产生不良影响。辅助框架安装完成后，覆盖定制的防雨罩，将模块化二次组合设备整体吊装至运输车辆上。为保证运输的可靠性，可在基础框架四角安装标准集装箱安装角件将设备固定在车辆上。固定完成后，将模块化二次组合设备模块整体运输至现场安装[3]。设备送至吊装平台后，通过滚动摩擦，利用固定在建筑内的拉力设备（如电葫芦）或位于吊装平台上的推动设备（如千斤顶），将组合式二次设备拉或推至二次设备室内就位。

2.2.6 变电站模块化配置方案

对220 kV变电站的二次设备模块化设备进行划分，主要集中体现在二次设备室内预制式二次组合设备和就地布置的预制式智能控制柜。二次设备进行模块化生产，使得90%以上的设备都可以在厂家内部集成和调试安装，布置方式灵活，可以适应各种地形条件，同时可以结合总平面的布置任意调整。相较于规模相同的智能变电站，它节省了人力物力的，控制了占地面积，在规定工期内完成了施工，有利于设备的后期维护。