全寿命周期成本的铁路牵引供电设备招标评标方法研究

刘杰伦，肖志强

（1雄安高速铁路有限公司 副总经理、正高级工程师，河北 石家庄 050051；2中国铁路总公司鉴定中心 正高级工程师，北京100844）

1 问题的提出

按 《中华人民共和国招标投标法》（以下简称“《招标投标法》”）规定，铁路绝大多数设备包括牵引供电设备均应公开招标采购。《招标投标法》第四十一条规定：“中标人的投标应当符合下列条件之一：(一)能够最大限度地满足招标文件中规定的各项综合评价标准；(二)能够满足招标文件的实质性要求，并且经评审的投标价格最低；但是投标价格低于成本的除外。”笔者认为条件(二)规定的“经评审的投标价格最低”涵义丰富，不能简单地理解为投标人单纯的投标报价。

部分节能型新设备，前期开发投入大、制造成本高，投标报价不占优势，但可降低运行费用。生产工艺成熟的设备制造成本低，但能耗大、运行费用高。如评价上述两类设备优劣，单从投标报价或运行成本分析都是片面的，本文试图把两者摆在同一平台，对全寿命周期进行经济比较，从中选择出信价比高、最经济的设备。

本文在不违背“经评审的投标价格最低”的前提下，提出牵引供电类节能效果或运行费用可以量化的设备，应按全寿命期的经济效益最大化的“投标价格”进行评判，并在全寿命期考虑资金使用成本核算等因素折算出“经评审的投标价格”，从而选择“经评审的投标价格最低”的中标人，实现设备全寿命周期成本最低，对提高投资效益、推进产品技术进步有重要意义。

2 牵引供电设备全寿命周期成本评标方法研究

牵引供电系统设备主要包括变压器类设备（牵引变压器、电力变压器和自耦变压器）、开关类设备（隔离开关、断路器）、互感器类设备（压互、流互）以及接触网导线（接触线、承力索、回流线、正馈线）等。上述设备中，变压器类设备和接触网导线是牵引供电系统的核心设备，也是主要耗能设备，因此本文重点讨论这二类设备关于“经评审的投标价格最低”的评标方法。

2.1 变压器类设备

如上文所述，变压器采购时，一般都是注重变压器本身的采购价，而对变压器的全寿命运行成本关心不够，存在着以下不足。变压器用户不知道变压器的全寿命价格，即不知道变压器在使用寿命内到底需要多少运营成本，不知道损耗低而价格高和损耗高而价格低的变压器哪一个更合适。

2.1.1 总拥有费用法

为了使变压器用户了解购买的变压器是否合适，并避免上述不足，用变压器的全寿命价格（即“总拥有费用法”）来评价更趋向实际。

“总拥有费用法”（Total Owning Cost，TOC），是指变压器初始投资及在其运行使用期间空载损耗及负载损耗的等效初始费用的总和。该方法综合考虑了变压器价格、损耗、负载特点、电价等技术经济指标对变压器经济性的影响，对技术上可行的备选方案进行分析比较，筛选出技术可行、经济最优的方案，即经济使用期内综合能效费用最小的变压器。

变压器的总拥有费用（TOCEFC）包括变压器的初始费用（CI）、空载损耗的等效初始费用（P0EFC）和负载损耗的等效初始费用（PKEFC），其计算表达式为：

式中：

CI：变压器初始费用，包括设备价格、运输、安全及质量保证期内的售后服务等费用，单位：元；

P0EFC：变压器空载损耗的等效初始费用，单位：元；

PKEFC：变压器负载损耗的等效初始费用，单位：元；

A：单位空载损耗的等效初始费用，单位：元/W；

B：单位负载损耗的等效初始费用，单位：元/W。

变压器单位空载损耗的等效初始费用A系数是指在整个变压器经济使用期内，每瓦空载损耗所引起的费用总支出的贴现值。

变压器单位负载损耗的等效初始费用B系数是指在整个变压器经济使用期内，每瓦负载损耗所引起的费用总支出的贴现值。

2.1.2 变压器损耗计算

变压器的损耗包括有功功率损耗和因其需用无功功率使电网增加的有功功率损耗之和。

空载损耗和负载损耗可按下列公式计算。

2.1.2.1 变压器空载损耗计算公式

式中：

P0：变压器额定空载有功损耗，即出厂试验报告上提供的参数（铭牌参数），W。

KQ：无功经济当量，kW/kVAr。由于变压器负载侧的功率因数已补偿至0.9及以上，所以取0.04（参照GB/T 13462—2008《电力变压器经济运行》附录B.2条）。

I0%：变压器空载电流（铭牌参数），%。Se：变压器额定容量（铭牌参数），kVA。

2.1.2.2 变压器负载损耗计算公式

式中：

PK：变压器额定负载有功损耗，即出厂试验报告上提供的参数（铭牌参数），W；

uk%：变压器额定阻抗电压（铭牌参数），%。

2.1.2.3 单位空载损耗的等效初始费用A的计算

变压器的单位空载损耗等效初始费用或A系数（元/W）主要与电价有关，其简易计算公式如下：

式中：

kpv：贴现率为i并记及通货膨胀率a的连续n年的年费用现值系数。

当 a≠i时：kpv={1-[(1+a)/(1+i)]n}/(i-a)

当 a=i时：kpv=n/(1+i)

其中：i=年贴现率。a=年通货膨胀率。n=变压器的寿命期（或使用年限），年。

Ee：变压器用户支付的单位电度费用，元/kWh。

Hpy：变压器年带电小时数，通常为8 760 h。

1/1 000：千瓦数折换为瓦数。

变压器的单位空载损耗等效初始费用或A系数计算时，按照上述公式，通货膨胀取5%，年贴现率i取6.21%，变压器的寿命30年，单位电度费用取0.66元/kWh，计算得

2.1.2.4 单位负载损耗的等效初始费用B的确定

变压器的单位负载损耗等效初始费用或B系数（元/W），除与电价有关外，还与变压器所带负荷的负载特征有关，其简易计算公式如下：

式中：

β1，β2，…，βn:变压器负载系数，取值范围为 0～1；

τ1，τ2，…，τn：对应于 β1，β2，…，βn的小时数；

kt：变压器的温度校正系数；按照GB 1094.1—2013中的规定，当试验测量的数据需校正到参考温度时，对于油浸式变压器，其参考温度取75℃。

从上式可知，B值与变压器的负荷率密切相关，因此，需要设计单位结合工程特点，给出变压器的典型负荷曲线，计算出不同时段的负荷率，再按上式计算出B值。

采用TOC法对变压器进行能效经济评价，还应兼顾变压器除损耗外的其他技术参数，因此，可采用价格比方法评价变压器，即将变压器的TOC价格与技术、商务分数相比，比值最小者中标。并在招标文件中明确，对于损耗值失实增大的情况将采取的惩罚措施，作为今后追究经济责任的依据，以确保设备性能达标。

2.2 导线类设备

导线类设备中，回流线、正馈线均为铝包钢芯铝绞线，类型单一，但对于接触线和承力索，有普通导线和高强高导导线二种类型。高强高导导线由于具备更好的导电性，相同载流能力下阻抗更小，因此有助于提高接触网电压、降低接触网上的电能损耗，但其价格较普通导线高。

因此，接触线和承力索也可参照变压器的综合能效评估方法，其他技术指标合格的情况下，在低导电率低价格和高导电率高价格间选择全寿命周期成本最低的产品，提高接触网系统的性价比。

首先，需计算出接触网（接触线+承力索）上每年损耗的电量Qk，乘以电价Ee及年费用现值系数kpv后，即为接触网（接触线+承力索）的损耗的等效初始费用（PKEF网）。

接触网的全寿命周期成本 （TOC网）包括接触线、承力索的初始费用（CI）和损耗的等效初始费用（PKEF网），其计算表达式为：

导线评标时，与变压器相似，也采用价格比方法评价，即将导线的TOC价格与技术、商务分数相比，比值最小者中标。并在招标文件中明确，对于导电率失实增大的情况将采取的惩罚措施，作为今后追究经济责任的依据，以确保设备性能达标。

3 以京沪线为例对比两种方式的实际效果

3.1 牵引变压器

目前已研制出卷铁心节能变压器，该变压器与传统变压器相比具有更少的铁耗和更小的噪声水平。

规格：220/2×27.5 kV单相三绕组变压器，额定容量50 MVA，一台运行，一台备用。

使用寿命30年，电费按0.66元/kWh。计算得出不同类型牵引变压器的全寿命周期成本见表1。

表1 不同类型牵引变压器的全寿命周期成本

3.2 接触网导线

京沪线全线长1 318 km，按京沪每天120对车考虑。若全线采用镁铜接触网导线及承力索，每年接触网损耗约8 000万kWh；若采用铬锆铜接触网导线及承力索，由于铬锆铜导线更高的导电率，则接触网损耗将减少至每年约6 160万kWh。电费按0.66元/kWh计算。若镁铜导线及铬锆铜导线使用寿命按20年考虑，全寿命周期成本见表2。

表2 不同类型接触网导线的全寿命周期成本（使用寿命20年）

实际上铬锆铜导线具有更高的耐磨耗能力和更好的防腐蚀能力，经铁科院试验结果推算，镁铜导线使用寿命为20年，铬锆铜导线使用寿命为30年，则京沪线全寿命周期成本平均至每年成本见表3。

表3 不同类型接触网导线的全寿命周期成本（铬锆铜导线使用寿命30年）

通过京沪线的示例，可以看出，采用本文中的办法，可以清楚计算出变压器和导线在全寿命周期的成本，有利于更为科学合理地选择设备。

4 结束语

近年来，国家持续推动国民经济绿色低碳发展。据统计，2017年国家铁路总耗能折合标准煤1 627万t，其中机车牵引用电量651亿kWh，折合标准煤800万t，占总能耗的49%。通过改进招标评标方法，选择低能耗的牵引供电设备对降低铁路用能成本，促进绿色铁路发展有重要作用。根据简单测算，若目前全路均采用节能导线及变压器产品，每年可节省电费约5亿kWh。目前，在电力系统和地铁工程中，已经越来越多地采用总拥有费用法评标，铁路牵引供电设备也应借鉴该方法，并结合铁路牵引负荷特点将该方法进一步细化，使得设备招标决策更加科学。