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摘要：输电电路在设计时应充分考虑到生产投入以及使用的寿命、后期的维护能有关其使用周期的内容。从长远的利益角度出发，成本分析是设计线路中的核心关键，目的是通过基本设计实现后期的效益，最大限度地节省资源和成本，统治确保线路的实用性能,延长使用寿命、保证使用安全。本文分析了影响输电线路全寿命周期成本的设计因素，对优化输电线路设计提出了措施与建议，并给出了工程应用案例。
关键词：输电线路；全寿命周期；导线截面；路径；杆塔和基础
1全寿命周期成本概念
电网的全寿命周期成本管理是从项目的长期经济效益出发，全面考虑项目或系统的规划、设计、制造、购置、安装、运行、维修、改造、更新直至报废的全过程，追求供电质量控制和提高的最优化，使全寿命周期成本最小的一种管理方法。全寿命周期成本模型为：
LCC=IC+OC+MC+FC+DC
式中LCC———全寿命成本；
IC———投入成本，包括决策(设计)成本和实现成本；
OC———运行成本；
MC———维护成本，即在寿命期内按照检修要求定期更换零部件等备件的费用，以及抢修、维护、试验、巡检等所需要的材料费、人工费、交通费等；
FC———故障引起的中断供电损失成本，亦称惩罚成本；
DC———废弃成本，即电网设备退役后拆除、运输等费用减去电网设备报废后可回收的费用)
其中，OC、MC和FC是电网项目系统调试后，整个经济运行周期内逐年支付的单元成本总和；LCC是电网项目在期望的使用寿命期限内，现在以及将来发生的所有成本费用总和。
各项每年支付的成本费用应考虑银行利率和通货膨胀率后，折算到同一时间点才能进行比较分析。输电线路工程的全寿命周期费用通常采用寿命结束时间进行计算。
2影响全寿命周期成本的设计因素
2.1导线截面的选择
通过对工程输电线路全寿命成本的计算和分析可知，输电线路全寿命周期内电能损耗所占比例较大，而以往工程设计中对此认识不足。影响电能损耗的主要因素是导线截面和导线材质。因此，应在系统规划阶段合理选择导线截面，在线路设计阶段结合不同导线的材料、结构进行电气和机械特性综合比对，通过综合技术经济比较，确定导线材质和结构型式。
值得注意的是，虽然电能损耗在整个成本中所占比例最大，但不能因其成本高而盲目增大导线截面。考虑到导线截面变化对工程造价的影响，以及导线本身30年的经济使用寿命，导线截面的选择应综合考虑电能损耗节约、本体投资增加和设备维护保障成本增加等3方面因素，通过综合技术经济比较分析，寻求全寿命周期成本的最低结合点。
2.2路径方案比较及路径优化
线路路径方案直接关系到工程建设的初期投资，是影响投资最敏感的因素。同时，线路路径方案对运行维护成本影响较大，线路路径长度对电能损耗同样有较大影响。优化线路路径，缩短线路长度，尽量避开不良地质区(采矿区、采空区、地质灾害危险区等)、恶劣气候区、微气象区、林区等地段，不仅能有效降低工程投资，还有利于减少运行维护成本，是全寿命周期成本控制的关键之一。
2.3杆塔和基础设计
杆塔和基础在工程建设初期投资中所占比例较大，约为本体投资的52%，占整个寿命周期成本12%左右。考虑到杆塔和基础具有30年经济使用寿命，合理规划塔型和基础型式、优化杆塔和基础设计，对保证线路安全可靠运行、合理控制投资、减少运行维护及故障损失成本至关重要。
2.4线路绝缘配合设计与防雷
线路绝缘配合设计主要体现在维护成本方面，不合适的绝缘配合设计，会使线路发生故障(跳闸、雷击、污闪等)的概率成倍增加。需根据线路路径，合理设计绝缘配合，适当提高污秽等级(如增大爬距、减小保护角等)。接地设计中，应根据线路沿线土壤环境，包括土壤腐蚀性、土壤电阻率等，选择满足全寿命周期成本最小的接地材料，降低输电线路运行维护成本。
3全寿命周期成本的设计思路
3.1优化选择路径
路径选择时，应尽量避开不良地质区、恶劣气候区、微气象区、林区等地段。无法避开的地段，应采取各种措施保证线路安全运行。有时即使线路绕行的成本稍高于穿越加处理成本，也要选择绕行方案，只是应综合考虑未来可能发生的改造成本和收益，以最大投资收益确定最终方案。
3.2科学确定气象区
设计气象条件是输电线路的基本设计参数，直接关系到送电线路的工程造价、安全性和可靠性。若设计最大风速、覆冰厚度取值偏小，则安全可靠性低，可能发生倒塔、断线或闪络事故；反之，若取值过大，则工程投资增大，经济性低。在设计过程中，必须对沿线的气象情况进行全面的统计分析，对不同气象区采取不同的原则。
3.3导线选择及绝缘配置
架线工程在工程本体造价中所占比例较大(约30%)，导线的选择直接关系到电能的损耗，对全寿命周期成本影响较大。结合工程实际情况，设计应根据系统规划要求，从电气特性、环境特性、机械性能、电能损耗、综合技术经济指标等方面全方位比较多种导线。从减少运行维护的成本考虑，适当提高绝缘标准、选择合适的绝缘介质和型式、适当增加工程建设费用，协调基建一次性投资和长期生产运行的关系。
3.4提高运行维护可靠性
输电线路分布在荒郊野外，点多、线长、面广，路径周围环境及气象等条件比较复杂。若微地形、微气候条件等超出设计标准，会引发风偏放电，应考虑运行的困难，增大设计参数(如使用更大窗口尺寸的铁塔、增加建设投资)。综合考虑，总成本应低于运行改造成本。
从运行维护角度分析，如果出现超过设计条件的自然灾害，一旦事故发生，其处理难度大、费用高。2008年初，我国南方地区覆冰灾害，对该地区电网造成了巨大经济损失。按照全寿命周期成本理论，在工程设计阶段，线路难以避开不利地形时，适当提高建设标准是最经济的措施，由此避免的损失远远超过前期增加的工程建设投资。
高压输电线路防雷是整个电力系统防雷工作的基础。从减少雷击损失的角度出发，在工程项目建设阶段，应提高设计防范标准，采取综合措施，预防为主，增加建设工程投资，降低全寿命周期成本。设计方需加强与运行单位的信息沟通，参考同地区相关工程的运行经验及防雷措施，在调阅运行重合闸及雷击跳闸率记录的数据后，确定防雷措施。
架空输电线路多处荒郊野外，地形气候情况复杂。按照全寿命周期成本理论，线路设计需考虑防鸟害措施。根据当地运行部门掌握的鸟类活动规律，依据活动的频繁程度采取综合措施，能有效减少线路运行的隐患，降低运行维护成本。
3.5线路结构优化设计
近年来，保护生态平衡、保护树木林业资源成为整个社会的共识，但树木却是直接影响线路安全运行的最大隐患。工程项目建设期的荒地将变成林区，若线路建设初期没有考虑或考虑不周，造成对地距离不能满足要求，势必迫使运行部门改造线路或砍伐树木，代价高昂。这种情况在设计阶采取避让或按照该树种自然生长高度设计对地距离的措施段即可避免。线路因此增加的投资有限，但经济及社会效益十分明显。
塔材丢失的情况时有发生，近年来外力破坏事件愈发严重，电力铁塔逐渐成为职业盗窃分子的目标，带来的经济损失很大。为提高杆塔运行的安全性，从塔横担以下包括横隔面的所有连接螺栓均使用防卸螺栓，其他除已标双帽的所有螺栓加装一防松扣紧螺母，提高铁塔螺栓抗震和防盗能力。建设期间增加的投资会大大减少运行期间的修补、改造费用。
在合理规划塔型的前提下，对铁塔设计作深入研究，有利于进一步减少塔材用量，节省工程投资。同时，选择合理的结构模型和构造方式不仅对优化设计和塔重指标的控制起到关键作用，还把对环境的破坏降到最低。
3.6注重环境保护与水土保持
按照全寿命周期成本理论，在工程建设的同时即开始注意环境保护与水土保持，由此产生的费用比因环境影响产生改线和水土流失而使基础失效导致倒塔停电事故造成的损失小得多。
4全寿命周期成本的设计应用
某线路工程严格按照输电线路全寿命周期设计理念和“两型三新”线路设计要求，通过经济技术分析比对，确定主要经济技术原则。如在杆塔接地单项设计中，进行了土壤电化学试验、实测土壤电阻率、按全寿命周期进行经济技术比对，选择了周期成本较低的铜包覆钢接地材料，优化了工程设计。
为满足线路30年的免维护接地网设计，对不同接地材料腐蚀性分析尤为重要。对工程所处地网分析，认为塔位距离大海较近、土壤腐蚀性强，传统的圆钢接地设计无法满足线路30年安全运行要求，需适时安排大修或改造。根据全寿命周期设计理念，需寻找新型接地材料，综合工程建设、运行维护成本分析比对，确定最优的接地设计。
土壤分区、取样、电化学腐蚀试验结果如表1、表2。
可见，在该工程区域内，镀锌钢材料的腐蚀速度均明显高于铜覆钢材料，0.05mm厚的镀锌钢仅可使用2年左右，耐腐蚀性极差；1号、2号及3号杆塔区域土腐蚀性较强，建议选择0.8～1mm的铜覆钢材料代替圆钢作为接地材料；4号和5号杆塔附近土壤的电化学腐蚀性非常高，建议使用1mm的铜覆钢材料。
针对该工程土壤腐蚀性情况，若采用传统钢接地材料，杆塔接地引下线运行5～7年地表的钢筋就会锈断，入地部分的钢筋运行8年左右锈蚀程度也将达到70%，均须适时安排整体性更换大修，运行维护成本较高；而铜包覆钢具有导电性能好、抗腐蚀性强(寿命50年)、机械强度高、电阻率及压降小等特点。通过对热镀锌钢、铜包覆钢、铜等3种接地材料的全寿命成本比较(见表3)，根据全寿命周期成本分析，工程接地装置选择了铜包覆钢材料。
表3 3种接地材料的全寿命成本比较
5结语
输电线路设计只要严格执行“两型三新”的要求，采用全寿命周期成本分析方法，从资产的长期效益出发，应用先进的技术手段进行建设和运行等各项成本分析，开展多方案比选，全面优化设备选型，即可实现工程项目功能匹配、寿命协调、资产全寿命周期整体收益成本的最大化。
参考文献
[1]张仕廉主编.建设项目全寿命周期成本控制理论与方法[M].北京：中国计划出版社，2007.
[2]郑淮，陈海波，杨凌辉，等.输变电资产全寿命周期管理的探索研究[J].华东电力，2009，(5)：15-17
作者简介：
1、姓名：蔡宏欣 出生年：1974性别： 男 籍贯： 江苏 松江
民族： 汉 学历： 本科
2、姓名：周高乐 出生年：1989性别： 男 籍贯： 江西 吉安
民族： 汉 学历： 本科
3、姓名：温永亮 出生年：1980性别： 男 籍贯： 山东 烟台
民族：汉 学历：硕士研究生
供职单位：国网安徽省电力公司黄山供电公司
论文作者:蔡宏欣,周高乐,温永亮
论文发表刊物:《电力设备》2016年第19期
论文发表时间:2016/12/8
标签：成本论文; 寿命论文; 线路论文; 周期论文; 导线论文; 杆塔论文; 工程论文; 《电力设备》2016年第19期论文;