基于全寿命周期成本的配电网输电线路设计

袁梦瑶++于景潇++孙国凯

摘要：在经济关系和技术处理中，输电工程相关设计的影响至关重要，对计算工程的全周期成本也起着举足轻重的作用。依据全寿命周期的基本理论，提出输电线路全寿命成本整体经济分析和分级反馈的设计模型，通过设计输电路径的实例，验证全寿命周期成本管理在配电网输电线路设计方面的现实意义和经济效益。

关键词：输电线路；全周期寿命；可靠性；成本

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）09-0042-03

近年来，在我国大力提倡可持续发展、科学发展观、发展循环经济的形势下，全寿命周期理念对输电建设的影响越来越大。由于输电线路受各类气象条件的直接和间接作用，因此线路所经路径要求有足够的塔基宽度和净空走廊。然而，受土地利用、自然环境和城市建筑等复杂条件的限制，输电线路的规划和设计不仅复杂，也增加了电网建设项目全寿命周期费用估算的难度。因此，估算电网建设工程的合理投资额，实现成本最优化、经济效益和社会效益最大化具有重大意义。

1 全寿命周期概念

全寿命周期成本管理是这样的一种管理方法——为达到合理分配成本花费与更高经济利益的目的，在设备预期的寿命周期内，综合考虑各个环节，最终使全寿命周期成本最小。LCC是由资产设备一生所消耗的一切资源量化为货币值后累加而得，明确地指出了为拥有一个设备一生的成本费用，是一个极其重要的经济性参数量[1]。电网全寿命成本的表达式为：

LCC=IC+OC+MC+FC+DC （1）

式中，LCC为Life Cycle Cost，即全寿命周期成本；IC为Investment Costs，即电网一次投入成本，分为试运行之前的成本投入和运行期间的更换设备时成本投入；OC为Operation Costs，即电网运行成本，指在电网运行过程中的保养费及人工费等费用的总和；FC为Failure Costs，即电网故障引起的供电损失成本，指的是在运行过程中临时停电或故障致使的缺电而引起的损失成本；DC为Discard Costs，即设备报废成本[2]，存在于寿命周期结束后，视具体情况而分为正值和负值。其年值可表示为：

Ca=Lcc （2）

式中，TL为电网项目的全寿命期限，其现金流向示意如图1所示。

2 输电线路全寿命成本的设计理论方法

全寿命成本的输电线路设计方法，其本质是在系统规划给定的决策信息条件下，在满足输电线路各部件及整体技术性要求的基础上，通过一般性的设计，对输电线路全寿命周期内的所有成本进行有效地预测，从而根据全寿命成本的比较对输电线路的原有设计进行必要的反馈以改善其设计，使之符合输电线路建设的全寿命理念要求。

基于LCC的预算有很大优势。首先，LCC除了考虑设计、建设、运行维护、设备更新改造等费用外，还考虑事故停电损失费用及停电造成社会和环境影响的间接损失费用[5]，会更加客观，比传统以工程的直接投资费用最小为目标的方案评价更科学。此外，LCC包含了规划方案质量及风险评估，使投资决策方案更为科学合理，社会效益更大。其次，输电线路的设计是基于LCC分层次设计，各个层次均需全寿命成本的循环比较来进行具体设计的选择，设计和全寿命成本的预测是共同进行的。即各个层次的输电线路设计及全寿命成本预测均是在部分确定的已知条件下，由常规性设计的经验，进行输电线路后续本体的设计假定，从而确定模糊的假设条件，如后续设计部件大约的型号、数量等参数，以此进行各个设计过程的全寿命成本预测，从而对设计方案的选择提供全局性的经济指标。

3 基于输电线路全寿命周期的实例分析

采用基于全寿命周期成本的电网规划方法，对蒙东地区2015年66 kV农网网架进行优化规划。该地区66 kV电网有66 kV线路27条，线路长度593.69 km。其中LGJ-70、LGJ-120、LGJ-150型悬垂线路466.39 km，LGJ-50、LGJ-70型陶瓷横担线路127.28 km。66 kV线路26.02%为瓷横担线路，建设年限早，设计标准低、线经细。这些线路经30多a风吹日晒，已达运行极限。66 kV变电所布点稀，造成10 kV供电半径大，线损高，事故停电频繁，原来的供电设备以满足不了现有的用电水平。预计2015年该地区总用电量9.2亿kW·h。

规划中对于66kV线路按线型LGJ-240和LGJ-150考虑，该线型的寿命为30 a，全线采用铁塔架线，投资为49万元/km，组合投资成本率5%，设备可靠性参数取自该地区设备统计值。本文根据提出的模型，运用算法，对蒙东某地区2015年66 kV农网部分网架进行规划，得到优化方案，取其中LCC最小的方案作为最优规划方案1，该方案架线总长398.8 km，LCC计算结果规划方案二的全寿命周期成本大于方案一。为了对比分析，本文利用常规方法（不考虑LCC）得到优化规划方案2，其架线总长为383.3 km。本文也对方案2进行LCC计算，结果列在表1中。

选取其中部分规划方案说明分析，图3为LCC最小的规划方案，图4为常规优化的方案，其中虚线部分为新架设的线路。

从图4和图3可以看出，两个方案的差异主要在节点9-10、8-10、4-8、6-12、2-6的架线方式上。其中节点6为主要电源点。方案1在4-8节点架设了多回线路，间接地增强了8点及以外的地区与电网的联系，以保证接入电源的出力，在线路发生1点甚至5点故障时也能顺利送出；方案1的8-9-10联通、方案的8-9-10联通，具有几乎一样的电网安全效果。但是9-10之间的距离远小于为8-10之间的距离，因此9-10之间架设线路花费的投资要减少一半左右。即方案1在这里用较少的投资达到了和方案2同样的安全效果；2点为较小的电源点，在方案2中2-6的线路，效果不够明显且不够经济实惠，故在方案1中删去了其中的一条。综合考虑方案1考虑了电网的经济性和可靠性，使得电网全寿命周期成本最小，是最佳的规划方案。

从上面的算例分析可以看出，如果没有LCC理念作为指导，可能会因为只考虑初始投入成本而误认为方案2优于方案1，从而错过了更好的方案，显然方案1具有更长远的经济效益。

4 结语

依据全寿命周期的基本理论，将它实际应用大农网线路规划中，根据设计模型，结合设计输电路径的实例，验证全寿命周期成本管理在配电网输电线路的设计上可行性，也为供电可靠性和最大的社会效益提供理论保障，采用基于全寿命周期成本的电网规划方法具有重要的现实意义。

摘要：在经济关系和技术处理中，输电工程相关设计的影响至关重要，对计算工程的全周期成本也起着举足轻重的作用。依据全寿命周期的基本理论，提出输电线路全寿命成本整体经济分析和分级反馈的设计模型，通过设计输电路径的实例，验证全寿命周期成本管理在配电网输电线路设计方面的现实意义和经济效益。

关键词：输电线路；全周期寿命；可靠性；成本

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）09-0042-03

近年来，在我国大力提倡可持续发展、科学发展观、发展循环经济的形势下，全寿命周期理念对输电建设的影响越来越大。由于输电线路受各类气象条件的直接和间接作用，因此线路所经路径要求有足够的塔基宽度和净空走廊。然而，受土地利用、自然环境和城市建筑等复杂条件的限制，输电线路的规划和设计不仅复杂，也增加了电网建设项目全寿命周期费用估算的难度。因此，估算电网建设工程的合理投资额，实现成本最优化、经济效益和社会效益最大化具有重大意义。

1 全寿命周期概念

全寿命周期成本管理是这样的一种管理方法——为达到合理分配成本花费与更高经济利益的目的，在设备预期的寿命周期内，综合考虑各个环节，最终使全寿命周期成本最小。LCC是由资产设备一生所消耗的一切资源量化为货币值后累加而得，明确地指出了为拥有一个设备一生的成本费用，是一个极其重要的经济性参数量[1]。电网全寿命成本的表达式为：

LCC=IC+OC+MC+FC+DC （1）

式中，LCC为Life Cycle Cost，即全寿命周期成本；IC为Investment Costs，即电网一次投入成本，分为试运行之前的成本投入和运行期间的更换设备时成本投入；OC为Operation Costs，即电网运行成本，指在电网运行过程中的保养费及人工费等费用的总和；FC为Failure Costs，即电网故障引起的供电损失成本，指的是在运行过程中临时停电或故障致使的缺电而引起的损失成本；DC为Discard Costs，即设备报废成本[2]，存在于寿命周期结束后，视具体情况而分为正值和负值。其年值可表示为：

Ca=Lcc （2）

式中，TL为电网项目的全寿命期限，其现金流向示意如图1所示。

2 输电线路全寿命成本的设计理论方法

全寿命成本的输电线路设计方法，其本质是在系统规划给定的决策信息条件下，在满足输电线路各部件及整体技术性要求的基础上，通过一般性的设计，对输电线路全寿命周期内的所有成本进行有效地预测，从而根据全寿命成本的比较对输电线路的原有设计进行必要的反馈以改善其设计，使之符合输电线路建设的全寿命理念要求。

基于LCC的预算有很大优势。首先，LCC除了考虑设计、建设、运行维护、设备更新改造等费用外，还考虑事故停电损失费用及停电造成社会和环境影响的间接损失费用[5]，会更加客观，比传统以工程的直接投资费用最小为目标的方案评价更科学。此外，LCC包含了规划方案质量及风险评估，使投资决策方案更为科学合理，社会效益更大。其次，输电线路的设计是基于LCC分层次设计，各个层次均需全寿命成本的循环比较来进行具体设计的选择，设计和全寿命成本的预测是共同进行的。即各个层次的输电线路设计及全寿命成本预测均是在部分确定的已知条件下，由常规性设计的经验，进行输电线路后续本体的设计假定，从而确定模糊的假设条件，如后续设计部件大约的型号、数量等参数，以此进行各个设计过程的全寿命成本预测，从而对设计方案的选择提供全局性的经济指标。

3 基于输电线路全寿命周期的实例分析

采用基于全寿命周期成本的电网规划方法，对蒙东地区2015年66 kV农网网架进行优化规划。该地区66 kV电网有66 kV线路27条，线路长度593.69 km。其中LGJ-70、LGJ-120、LGJ-150型悬垂线路466.39 km，LGJ-50、LGJ-70型陶瓷横担线路127.28 km。66 kV线路26.02%为瓷横担线路，建设年限早，设计标准低、线经细。这些线路经30多a风吹日晒，已达运行极限。66 kV变电所布点稀，造成10 kV供电半径大，线损高，事故停电频繁，原来的供电设备以满足不了现有的用电水平。预计2015年该地区总用电量9.2亿kW·h。

规划中对于66kV线路按线型LGJ-240和LGJ-150考虑，该线型的寿命为30 a，全线采用铁塔架线，投资为49万元/km，组合投资成本率5%，设备可靠性参数取自该地区设备统计值。本文根据提出的模型，运用算法，对蒙东某地区2015年66 kV农网部分网架进行规划，得到优化方案，取其中LCC最小的方案作为最优规划方案1，该方案架线总长398.8 km，LCC计算结果规划方案二的全寿命周期成本大于方案一。为了对比分析，本文利用常规方法（不考虑LCC）得到优化规划方案2，其架线总长为383.3 km。本文也对方案2进行LCC计算，结果列在表1中。

选取其中部分规划方案说明分析，图3为LCC最小的规划方案，图4为常规优化的方案，其中虚线部分为新架设的线路。

从图4和图3可以看出，两个方案的差异主要在节点9-10、8-10、4-8、6-12、2-6的架线方式上。其中节点6为主要电源点。方案1在4-8节点架设了多回线路，间接地增强了8点及以外的地区与电网的联系，以保证接入电源的出力，在线路发生1点甚至5点故障时也能顺利送出；方案1的8-9-10联通、方案的8-9-10联通，具有几乎一样的电网安全效果。但是9-10之间的距离远小于为8-10之间的距离，因此9-10之间架设线路花费的投资要减少一半左右。即方案1在这里用较少的投资达到了和方案2同样的安全效果；2点为较小的电源点，在方案2中2-6的线路，效果不够明显且不够经济实惠，故在方案1中删去了其中的一条。综合考虑方案1考虑了电网的经济性和可靠性，使得电网全寿命周期成本最小，是最佳的规划方案。

从上面的算例分析可以看出，如果没有LCC理念作为指导，可能会因为只考虑初始投入成本而误认为方案2优于方案1，从而错过了更好的方案，显然方案1具有更长远的经济效益。

4 结语

依据全寿命周期的基本理论，将它实际应用大农网线路规划中，根据设计模型，结合设计输电路径的实例，验证全寿命周期成本管理在配电网输电线路的设计上可行性，也为供电可靠性和最大的社会效益提供理论保障，采用基于全寿命周期成本的电网规划方法具有重要的现实意义。

摘要：在经济关系和技术处理中，输电工程相关设计的影响至关重要，对计算工程的全周期成本也起着举足轻重的作用。依据全寿命周期的基本理论，提出输电线路全寿命成本整体经济分析和分级反馈的设计模型，通过设计输电路径的实例，验证全寿命周期成本管理在配电网输电线路设计方面的现实意义和经济效益。

关键词：输电线路；全周期寿命；可靠性；成本

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）09-0042-03

近年来，在我国大力提倡可持续发展、科学发展观、发展循环经济的形势下，全寿命周期理念对输电建设的影响越来越大。由于输电线路受各类气象条件的直接和间接作用，因此线路所经路径要求有足够的塔基宽度和净空走廊。然而，受土地利用、自然环境和城市建筑等复杂条件的限制，输电线路的规划和设计不仅复杂，也增加了电网建设项目全寿命周期费用估算的难度。因此，估算电网建设工程的合理投资额，实现成本最优化、经济效益和社会效益最大化具有重大意义。

1 全寿命周期概念

全寿命周期成本管理是这样的一种管理方法——为达到合理分配成本花费与更高经济利益的目的，在设备预期的寿命周期内，综合考虑各个环节，最终使全寿命周期成本最小。LCC是由资产设备一生所消耗的一切资源量化为货币值后累加而得，明确地指出了为拥有一个设备一生的成本费用，是一个极其重要的经济性参数量[1]。电网全寿命成本的表达式为：

LCC=IC+OC+MC+FC+DC （1）

式中，LCC为Life Cycle Cost，即全寿命周期成本；IC为Investment Costs，即电网一次投入成本，分为试运行之前的成本投入和运行期间的更换设备时成本投入；OC为Operation Costs，即电网运行成本，指在电网运行过程中的保养费及人工费等费用的总和；FC为Failure Costs，即电网故障引起的供电损失成本，指的是在运行过程中临时停电或故障致使的缺电而引起的损失成本；DC为Discard Costs，即设备报废成本[2]，存在于寿命周期结束后，视具体情况而分为正值和负值。其年值可表示为：

Ca=Lcc （2）

式中，TL为电网项目的全寿命期限，其现金流向示意如图1所示。

2 输电线路全寿命成本的设计理论方法

全寿命成本的输电线路设计方法，其本质是在系统规划给定的决策信息条件下，在满足输电线路各部件及整体技术性要求的基础上，通过一般性的设计，对输电线路全寿命周期内的所有成本进行有效地预测，从而根据全寿命成本的比较对输电线路的原有设计进行必要的反馈以改善其设计，使之符合输电线路建设的全寿命理念要求。

基于LCC的预算有很大优势。首先，LCC除了考虑设计、建设、运行维护、设备更新改造等费用外，还考虑事故停电损失费用及停电造成社会和环境影响的间接损失费用[5]，会更加客观，比传统以工程的直接投资费用最小为目标的方案评价更科学。此外，LCC包含了规划方案质量及风险评估，使投资决策方案更为科学合理，社会效益更大。其次，输电线路的设计是基于LCC分层次设计，各个层次均需全寿命成本的循环比较来进行具体设计的选择，设计和全寿命成本的预测是共同进行的。即各个层次的输电线路设计及全寿命成本预测均是在部分确定的已知条件下，由常规性设计的经验，进行输电线路后续本体的设计假定，从而确定模糊的假设条件，如后续设计部件大约的型号、数量等参数，以此进行各个设计过程的全寿命成本预测，从而对设计方案的选择提供全局性的经济指标。

3 基于输电线路全寿命周期的实例分析

采用基于全寿命周期成本的电网规划方法，对蒙东地区2015年66 kV农网网架进行优化规划。该地区66 kV电网有66 kV线路27条，线路长度593.69 km。其中LGJ-70、LGJ-120、LGJ-150型悬垂线路466.39 km，LGJ-50、LGJ-70型陶瓷横担线路127.28 km。66 kV线路26.02%为瓷横担线路，建设年限早，设计标准低、线经细。这些线路经30多a风吹日晒，已达运行极限。66 kV变电所布点稀，造成10 kV供电半径大，线损高，事故停电频繁，原来的供电设备以满足不了现有的用电水平。预计2015年该地区总用电量9.2亿kW·h。

规划中对于66kV线路按线型LGJ-240和LGJ-150考虑，该线型的寿命为30 a，全线采用铁塔架线，投资为49万元/km，组合投资成本率5%，设备可靠性参数取自该地区设备统计值。本文根据提出的模型，运用算法，对蒙东某地区2015年66 kV农网部分网架进行规划，得到优化方案，取其中LCC最小的方案作为最优规划方案1，该方案架线总长398.8 km，LCC计算结果规划方案二的全寿命周期成本大于方案一。为了对比分析，本文利用常规方法（不考虑LCC）得到优化规划方案2，其架线总长为383.3 km。本文也对方案2进行LCC计算，结果列在表1中。

选取其中部分规划方案说明分析，图3为LCC最小的规划方案，图4为常规优化的方案，其中虚线部分为新架设的线路。

从图4和图3可以看出，两个方案的差异主要在节点9-10、8-10、4-8、6-12、2-6的架线方式上。其中节点6为主要电源点。方案1在4-8节点架设了多回线路，间接地增强了8点及以外的地区与电网的联系，以保证接入电源的出力，在线路发生1点甚至5点故障时也能顺利送出；方案1的8-9-10联通、方案的8-9-10联通，具有几乎一样的电网安全效果。但是9-10之间的距离远小于为8-10之间的距离，因此9-10之间架设线路花费的投资要减少一半左右。即方案1在这里用较少的投资达到了和方案2同样的安全效果；2点为较小的电源点，在方案2中2-6的线路，效果不够明显且不够经济实惠，故在方案1中删去了其中的一条。综合考虑方案1考虑了电网的经济性和可靠性，使得电网全寿命周期成本最小，是最佳的规划方案。

从上面的算例分析可以看出，如果没有LCC理念作为指导，可能会因为只考虑初始投入成本而误认为方案2优于方案1，从而错过了更好的方案，显然方案1具有更长远的经济效益。

4 结语

依据全寿命周期的基本理论，将它实际应用大农网线路规划中，根据设计模型，结合设计输电路径的实例，验证全寿命周期成本管理在配电网输电线路的设计上可行性，也为供电可靠性和最大的社会效益提供理论保障，采用基于全寿命周期成本的电网规划方法具有重要的现实意义。