基于安全效益理论的输电线路防覆冰舞动技改项目效果评价体系及应用研究

冀凯琳，郑 燕，石维特，辛 诚

（国网经济技术研究院有限公司，北京 102209）

0 引言

生产技术改造是保证电网安全稳定运行，提升设备运行状况的重要手段，是电网公司资本性支出的重要组成部分。为提高电网安全稳定运行水平，电网公司每年需要投入大量资金用于电网生产技术改造，技改成本是影响企业经营成果和现金流量的重要因素之一。电网企业当前肩负着降电价、稳增长、保利润艰巨任务，严控企业投资总额、精准投资规模、明确资金流向是运营管理的焦点重点，因而生产技改的投资方向和效益效率是电网公司持续关注的重中之重。为优化生产技改投资结构，科学合理评价技改实施效果，亟需开展技改效果评价体系研究，量化项目投资效益效率，为提高和完善投资决策水平提供参考依据。

国内外有关电网生产技改项目后评价的相关文献[1-2]研究生产技改项目的量化评价，给出参考借鉴。文献[3-5]以石油化工行业为背景，开展安全投入和安全效益相关性及安全效益量化评估模型等研究。文献[6-11]对输电线路运行状态评价开展研究，主要包括输电线路覆冰的在线监测状态评估和输电线路导线舞动的状态评估等。在上述研究基础上，文中致力于探索能够体现输电线路技改本质特征的、具有普遍适用性和可操作性的效果评价体系，针对于电网企业技改效果效益形成客观化的衡量标准。

1 基于安全效益理论的防覆冰舞动技改项目评价指标

1.1 基于安全效益理论的技改评价

安全效益，即通过一定资本的投入实现相应安全条件所产生的收益。技改项目经济效益的评价是一个难点，由于输变电工程技改项目的本质属性，无法像新建工程一样分摊直接的经济收益，但可以通过预防运行故障规避经济损失。借鉴石油化工行业对于安全投入与安全效益的理论[4]，安全效益中的经济效益主要指无益损耗和经济损耗的减少，可定义为减损收入。因此我们提出安全效益的概念，具体而言，输电线路技改各项投入即为安全管理成本，因技改而规避的安全可靠性和经济性损失，即为安全管理实施后的效果效益，可等同于输电线路技改收益。

文中基于安全效益理论，结合输电线路技改的工程技术和成本特性，研究适用于输电线路防覆冰舞动技改项目的效果评价体系。

1.2 防覆冰舞动技改评价指标选取原则

电网技术改造是通过利用成熟、先进、适用的技术、设备、工艺和材料等，对现有电网生产设备、设施及相关辅助设施等资产进行更新、完善和配套。其中，防覆冰治理是较为典型的排除事故隐患、提高输电线路安全可靠运行水平的技改措施，故选择该类项目作为研究对象。

防覆冰舞动技改评价指标选取原则为：能够量化反映或精准衡量技改项目实施后输电线路在安全性、可靠性、经济性方面的有效提升，并满足智能化、节能环保等要求。

文中将防覆冰舞动技改评价指标分为效能价值指标集和效益要素指标集两大类。两者的关系相辅相成，辩证统一。前者从技术升级范畴，评估与量化输电线路设备的可靠性、安全性及故障停运对电网安全影响程度等，高度集中反映技改整体效果，是后者的物质性呈现。后者则是基于全寿命周期成本层面，表征风险管理成本投入与技改收益的波动变化趋势，是前者的资本性表现。

1.3 防覆冰舞动技改效能价值指标集

效能价值指标是从安全性、可靠性、风险性及影响程度等方面，对防覆冰舞动技改与电网价值实现的相关性衡量，以实施技改的输电线路运行结果为校验。

1）可靠性指标。主要以可用系数为评价依据，可用系数越高说明设备可靠性越高，选取可用系数提升率作为可靠性评价指标。

2）安全性指标。选取故障停运下降率作为评价指标，反映单位线路长度单位时长故障停运次数。

3）风险性指标。选取电网风险等级指标，衡量线路发生舞动或舞动故障的点，所在线路段所属的通道，当整个通道失去负荷的情况，对应造成几级电网事件。一般而言，若治理后未发生舞动故障，认为已规避电网风险；若治理后仍发生舞动故障，认为电网风险仍存在。

4）质量性指标。缺陷件数指因覆冰舞动引起的线路设备缺陷数量，用缺陷件数下降率评价输电线路技改实施后的质量控制程度，反映舞动造成的输电线路质量问题。

基于线路防覆冰舞动技改项目技术特性，研究线路运行状态评估相关文献以及安全可靠性规程规范，结合实地调研，采用前后对比法构造四个比率型效能指标，反映治理前后指标值变化的幅度，公式如下：

式中：RAF为可用系数提升率；AF2为治理后的可用系数；AF1为治理前的可用系数。

式中：RGUOR为故障停运率下降率；GUOR2为治理后的故障停运率；GUOR1为治理前的故障停运率；W为气象条件调整系数，由治理前统计区间舞动日数除以治理后统计区间舞动日数计算得到，目的在于将治理前后气象条件归一化。

式中：RC为电网风险等级，由调度部门按照《国家电网公司安全事故调查规程》评定。

式中：RD为缺陷件数下降率；D1为治理前的缺陷件数；D2为治理后的缺陷件数；W为气象条件调整系数。

1.4 防覆冰舞动技改效益要素指标集

基于安全效益理论，采用有无对比法构造效益要素指标，对比有无实施防舞动治理项目的线路全寿命周期成本，测算减损效益。为体现治理投资不同的项目之间的效益差异，构造“单位投资减少损失效益”指标，反映输电线路技改单位投资经济效益。由于防覆冰舞动技改方案不同，总投资规模差异较大，单位投资指标可以有效排除总投资规模差异的干扰，便于不同技改方案之间的横向比较。

结合线路覆冰舞动治理工作特点以及线路建设和运行维护工作的具体内容，将全寿命周期成本划分如图1所示。

图1 输电线路防覆冰舞动技改全寿命周期成本构成示意图

一次性成本指标包括“初期建设成本C1”、“历史防舞动治理成本C2”、“防舞动治理建设成本C3”，均已实际发生并且不再重复发生，按照实际情况直接采集。其中，防舞动治理建设成本要注意扣除和防覆冰舞动治理无关的部分投资。

重复性成本指标中，“故障抢修成本C4”是指用于舞动抢修的人、车、工器具、材料费用。“日常运维检修成本C5”是用于发生舞动段线路日常运维检修的人、车、工器具、材料费用。“缺陷处理成本C6”是用于舞动引发缺陷处理的人、车、工器具、材料费用。“故障停运成本C7”是故障停运期间损失电量对应的输电收益。“其他间接损失成本C9”是其他间接损失，如造成的用户停电损失等。

单位投资减少损失效益指标公式如下：

式中：I单位投资减少损失效益；Y1为不进行治理的线路工程全寿命周期年数，为30年；Y2为进行治理的线路工程全寿命周期年数，为治理前已运行年数加30年；LCC1为不进行治理的线路工程全寿命周期成本；LCC2为进行治理的线路工程全寿命周期成本；I0为防舞动治理成本。

2 输电线路防覆冰舞动技改评价体系构建

2.1 防覆冰舞动技改评价体系框架构建

汇总上述效能价值指标集和效益要素指标集，得到较为完整的输电线路防覆冰舞动技改分层级评价体系，其总框架包含2大指标集，3个评价模块，合计5个指标。评价体系结构如图2所示：

图2 防覆冰舞动技改评价体系结构示意图

2. 防覆冰舞动技改评价模型权重计算

1）评价模型权重评判方法

效果评价模型借由梯阶层次结构的内部循环及层次结构间的依存和反馈关系，将输电线路防覆冰舞动技改涉及的各评价对象按照总体构造层（输电线路防覆冰舞动治理效果）、效能效益控制层（效能价值指标集和效益要素指标集所在层级）和风险变动交互层（三级、四级指标所在层级）分级构建模型，逐层评判决策。一般而言，风险变动交互层由2到3个子层级构成，各个子层级之间形成ANP网络结构。

效果评价体系的计算模型为：

式中：H（f+1）是层次结构中第f+1层级某指标的得分；H（f）i是某指标的f层级子指标i的得分；K（f）i是子指标i的权重；m是某指标的f层级子指标的个数。

文中权重计算涉及层次分析及专家经验两种评判方法。其中，层次分析法是量化分析定性问题的多准则寻优，专家经验法则能有效弥补评价对象非完备性量化欠缺[12-14]。

2）评价模型中指标权重的确定

本指标体系采用层次分析的两两比较法和专家经验法，合理确定指标权重。考虑到直观性和安全效益的重要性，对权重值进行取整处理，并适当调增电网风险等级、单位投资减少损失效益指标的权重。最终确定指标权重如表1所示：

表1 输电线路防覆冰舞动技改评价体系指标权重

2.4 防覆冰舞动技改评价模型评价标准确定

通过对大样本数据统计分析，研究确定各项指标的合理值获取区间，按照指标值的分布规律确定评价标准。综合评价体系中四级指标权重的评判结果如表2所示。

表2 输电线路防覆冰舞动技改评价标准

3 算例分析及应用

3.1 算例评价概况

以某500 kV 线路工程（以下简称M 工程）防舞动技改为例。M 工程为紧凑型线路，处于二级舞动区，5年来出现多次舞动故障情况。本次技改拟将该线路84号～91号塔等6个区段改造为常规线路，舞动技改成本7790万元。

确定M 工程在技改和不技改两种情境下的全寿命周期年数，分别采集M 工程防舞动技改实施前后用于效能指标计算的基础数据、调整系数等相关参数，计算两种情境下的各项效能指标和全寿命周期成本，得出M 工程防舞动技改单位投资减少损失效益。部分参数如表3所示。

表3 M工程基础参数

本技改评价体系满分为100分，经计算，M 工程得分为75分，在同类工程中处于中上水平，具体得分情况如表4所示。

表4 M工程指标值及评价得分

3.2 算例分析及应用

根据上述计算，得出可用系数提升率为0.49%，得分90分，提高线路运行可靠性效果较为明显。故障停运率下降率为100%，得分100分，说明技改可有效消除故障停运。电网风险等级为8级，得分70分，表征规避8级电网风险，对提升电网安全可靠性有一定贡献。缺陷件数下降率为100%，得分100分，通过技改可大幅消除覆冰舞动对线路质量影响。单位投资减少损失效益为0.0000515，指标值位于0～1区间，得分60.003分，投入产出为正，具有非显著经济效益。实证分析表明评价结果与实际情况相符，模型的科学性合理性得到验证。

3.3 算例评价效果

通过防覆冰舞动技术改造，改变了原有线路路径和杆塔结构，从根本上解决了该线路舞动跳闸问题。但由于线路治理前停运时间较短，在系统中重要性程度不高，且改造方案投入较大，基本实现投入产出平衡，因此防覆冰舞动输电线路技改具有较为显著的效果效益。

4 结语

文中借鉴安全效益概念，选取线路防覆冰舞动技改为研究对象，完成效果评价模型的构建和验证，将提高安全可靠性和规避经济性损失视为风险管理的效果效益，实现效果效益的合理量化。以兼顾科学性和实用性为前提，对实际情况进行必要的抽象、提炼和简化，最大程度过滤主观因素的干扰。评价结果与实际情况相符，量化的评价结果使不同项目效果效益具有可比性，为线路技改方案比选、电网企业投资决策提供有力支撑和科学依据。