代表作--浅析高压输电线路的导线选型
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浅析高压输电线路的导线选型
摘 要 : 导 线 是 架 空线 路 的主 体 , 担 负 着 传输 电 能 的 作 用 ,在 110kV 及 以 上 架 空 送 电 线 路 中, 导 线
在 整 个 工 程 投 资 比 例 中 所 占 的 比 例 相 对 较 高 。为 了 贯 彻 国 网 公 司“ 两 型 三 新 ”的 要 求 ,本 文 通 过 对 导 线
——导线选型结论
二、工程实例
1、 基 本 条 件
拟 建 的 110kV 线 路 ,线 路 总 长 度 约 28.35 公 里 ,线 路 经 过 区 域 海 拔 高 度 在 1150 米 以 下 ,
起伏较大,基本风速 Vmax=27.8m/s,覆冰厚度 C=5mm,全线按 c2 级污秽等级设计,泄漏比
47.650
44.734
(3)导线防腐能力
普通钢芯铝绞线的内层铝单丝与镀锌钢丝直接接触,在外界水汽和污染浸渍下两种金属之间产生电
位腐蚀,加速了钢芯的老化。而铝包钢芯铝绞线的钢丝被铝层包裹而不与铝股接触,避免了电腐蚀,且
与空气中的水汽隔绝,进一步提高了抗腐能力,延长了导线使用寿命。
铝包钢芯比镀锌钢芯、稀土锌铝合金镀层钢芯的耐雾腐能力分别提高11倍、5.5倍,可见采用铝包
的使用,福建省内的新建 110 千伏及以上变电站基本往边缘地带建设,因此 110 千伏及以
上送电线路基本应尽可能充分利用山地资源,以减少对福建省内稀少的田地资源的使用。
导线是架空线路的主体,担负着传输电能的作用。一方面,导线架设在电杆上面,经
常承受自重及风、冰雪、雨和空气温度变化等的作用,同时还会受到周围空气所含化学物
质的侵蚀;另一方面,不同的导线具有不同的价格和线损。因此,不仅要求导线有良好的
电气性能、足够的机械强度、较强的抗腐蚀性能,还要求尽可能质轻而经济。
110kV 及 以上 架空送 电 线路 中 ,导 线在整 个 工程 投 资比 例中所 占 的比 例 相对 较高。 因
此,从工程途经地区的气象、地形地貌特征,综合分析导线的机械性能、电气性能和全寿
型号
档距L/m 过载能力B/mm
300
350
400
450
500
LGJX-240/30
43.695
39.743
36.697
34.138
32.023
JL/LB20A-240/30
44.378
40.354
37.247
34.629
32.460
JLHA1/LB1A-240/40
60.880
55.506
51.196
钢芯对延长镀锌使用寿命有显著效果。
由此可见,LGJX-240/30导线的防腐能力较差,JL/LB20A-240/30和JLHA1/LB1A-240/40导线防腐能
力较好。
(4)导电性能与载流量
导线的导电性能与铝钢比有直接的关系,铝钢比越高,导电性能越好。由参数表可知,LGJX-240/30
和JL/LB20A-240/30的导电性能比较好。由于铝包钢芯铝绞线用包覆铝层的加强钢线取代了镀锌钢线,
(6)施工、运行特性 采用的导线不同,其施工、运行特性也不同。三种导线在国内都采用过,从施工架线方面来说,技
术都已成熟;从运行经验来说,钢芯铝绞线和铝包钢芯铝绞线在国内采用很普遍,运行经验很丰富,而
铝包钢芯铝合金导线在国内虽已投入运行,但运行经验不多,需采用厂家配套的金具等,对故障维护等
较为不便。
从运行的角度,采用三种导线均可,因此导线型号的确定主要取决于导线全寿命周期成本。 (7)导线全寿命周期成本(LCC)分析
此以上导线在线温75℃以内均能满足要求。
在环境温度25℃、线温60~80℃时,三种导线的载流量见表2.3.5。
表2.3.5 环境温度25℃、线温60~80℃导线载流量对照表
型号
LGJX-240/30 JL/LB20A-240/30 JLHA1/LB1A-240/40
60℃ 501 512 474
65℃ 552 564 522
19.3
直 流 电 阻 ( Ω /km)
0.1181
0.1131
0.1320
单 位 重 量 ( kg/km)
922.20
883.7
917.0
备注
钢芯稀土铝绞线
铝包钢芯铝绞线
铝包钢芯 铝合金绞线
2.3 导线性能比较分析
(1)导线弧垂
由本工程气象条件表及导线参数表可知,三种导线无有效的临界档距,受平均运行应力控制。在
2、 导 线 选 择
架空输电线路的导线种类很多,在网上已运行的有钢芯铝绞线、铝包钢芯铝绞线、铝
包钢铝合金绞线、耐热铝合金导线、复合芯导线、殷钢芯导线等。
根据本工程设计气象条件、沿线地形、地貌、工业区分布和污区情况,导线选型应满
足如下具体要求:
( 1) 满 足 输 送 容 量 的 要 求 。
( 2) 导 线 具 有 一 定 的 抗 覆 冰 能 力 。
( 3) 导 线 的 防 腐 能 力 和 耐 振 水 平 在 允 许 的 范 围 内 。
( 4) 跨 越 高 速 公 路 、 高 压 电 力 线 路 和 经 过 居 民 区 时 , 净 空 距 离 必 须 满 足 规 程 规 范 要
求。
( 5) 分 析 满 足 以 上 基 本 要 求 的 各 种 导 线 的 寿 命 周 期 成 本 , 推 荐 全 寿 命 周 期 成 本 最 小
导线参数表
序号
1
2
3
导线型号
LGJX-240/30
JL/LB20A -240/30
JLHA1/LB1A -240/40
结构(根数/ 铝
24/3.60
24/3.60
直径 mm)
钢
7/2.40
7/2.40
计算截面 ( mm2)
铝 钢 合计
244.29 31.67 275.96
244.29 31.67 275.96
14.735
17.667
JLHA1/LB1A-240/40
5.398
6.936
8.636
10.501
12.533
从上表可知,铝包钢芯铝合金绞线JLHA1/LB1A-240/40的弧垂性能最好,但主要归功于其强度大,
因此其弧垂的减小是以增大铁塔钢材为代价的,本工程覆冰厚仅5mm,采用高强度铝包钢芯铝合金绞线
18.398
JL/LB20A-240/30
7.568
9.692
12.079
14.735
17.667
JLHA1/LB1A-240/40
7.037
9.052
11.316
13.836
16.616
由导线参数表和导线的档距弧垂对照表可以看出,前两种导线弧垂相差不大,铝包钢芯铝合金绞
线优于前两种导线。总体来说,三种导线均能满足本工程要求。
线型
LGJX-240/30
JL/LB20A-240/30
JLHA1/LB1A-240/40
经济电流运行时线温
42.5℃
42.3℃
43.0℃
直流电阻(Ω/km)
0.1288
0.1233
0.1429
交流电阻(Ω/km)
0.1291
0.1236
0.1435
载流量(A)
431
431
431
年损电量(万度)
1019.9
(5)线路损耗 经计算单根240mm2导线的临界电晕电压约为185kV,本工程为110kV线路,因此导线不发生电晕损耗。 这样,线路的损耗主要为导线传输功率过程中产生的电阻发热损耗。三种导线的功率、每年电能损失见
表2.3.6。假设本工程年利用小时数为3000-5000小时,电价按。
表2.3.6 导线的功率损失、每年(6500h)电能损失比较表
JLHA1/LB1A-240/40、JL/LB20A-240/30、LGJX-240/30,其中导线JLHA1/LB1A-240/40的过载能力明显优
于其它两种导线,但由于本工程设计冰厚仅5mm,三种导线覆冰过载能力均能满足本工程要求。
表2.3.3 安全系数2.5、设计冰厚5mm时导线过载能力对照表
铝的总面积增加,导电率也会相应增加,电阻下降。
架空导线的载流量是受导线载流发热后的强度损失制约的。我国对架空线的允许温度定为70℃,新
规范可允许到80℃。在环境温度40℃、线温60~80℃时,三种导线的载流量见表2.3.4。
表2.3.4 环境温度40℃、线温60~80℃导线载流量对照表
型号
60℃
65℃
在 同 一 气 象 条 件 、污 秽 等 级 、地 形 地 貌 下 ,主 要 从 安 全 可 靠 性 、环 保 性 及 可 扩 展 性 等 方 面 ,对 各 种 导 线
的型式、截面进行分析对比和技术经济比较,最终确定了工程设计过程中的导线选择。
关键词:导线 工程投资
两型三新
一、前 言
福建省素有“八山一水一分田”的美称,即福建省内山多,地少,为了节约田地资源
Fra Baidu bibliotek导线载流量A 70℃
75℃
80℃
LGJX-240/30
295
379
447
504
555
JL/LB20A-240/30
302
388
456
515
567
JLHA1/LB1A-240/40
279
359
423
477
525
根据拟建的110kV变电 站 远期主变容量为3×31.5MVA,在N-1下负荷率87%时最大负荷电流431A,因
安全系数为2.5时,线温70℃时导线弧垂比较表见表2.3.1。
表2.3.1 安全系数2.5、线温70℃时导线弧垂对照表
型号
档距( m )
300
350
400
450
500
LGJX-240/30
7.783
10.004
12.509
15.305
18.398
JL/LB20A-240/30
7.568
9.692
12.079
距为 25mm/kV(按标称电压计算)。
拟建的 110kV 变电站远期主变容量 3×31.5MVA,在 N-1 下负荷率 87%时一条线路所需
承 载 经 济 输 送 容 量 为 82.215MVA , 导 线 截 面 按 经 济 电 流 密 度 计 算 选 用 240mm2,经济输送容量
44MVA,极 限 输 送 功 率 116MVA( 环 境 温 度 25℃ )。
时宜放大安全系数使用。
当放松到相同张力水平(取LGJX-240/30在安全系数为2.5时的张力)时,三种导线的弧垂比较情
况见表2.3.2。
表2.3.2 相同张力水平、线温70℃时导线弧垂对照表
型号
档距( m )
300
350
400
450
500
LGJX-240/30
7.783
10.004
12.509
15.305
的作为本工程线路的导线型号。
根据各种导线的适用范围,经过初步计算分析,初选出三种能满足线路基本要求的导 线 :LGJX-240/30 钢 芯 稀 土 铝 绞 线 、JL/LB20A-240/30 铝 包 钢 芯 铝 绞 线 、JLHA1/LB1A-240/40 铝包钢芯铝合金绞线。三种导线的基本参数如下表:
238.85 39.90 277.75
铝钢截面比
7.71
7.71
5.99
计 算 外 径 ( mm)
21.60
21.6
21.66
计 算 拉 断 力 ( N)
75620
77090
124310
弹 性 系 数 ( N/mm2)
73000
69000
70000
膨 胀 系 数 ( 10-6/℃ )
19.60
20.6
976.4
1133.5
年损费用(万元)
408
390.6
453.4
年损费用差值(万元)
+0
-17.4
+45.4
由表2.3.6可知,JL/LB20A-240/30导线的节能效果最好,每年可节省17.4万元的电能损失费用,而 JLHA1/LB1A-240/40导线的线损最大,每年多消耗45.4万元的电能损失费用。
(2)覆冰过载能力
由于本工程途经轻冰区,各导线最大弧垂发生在最高线温工况,故覆冰工况下弧垂对导线选型不起
控制作用,覆冰时对导线过载能力的要求也不高。
导线覆冰过载能力不仅与钢铝比有关,还与具体导线结构有关;导线结构和安全系数相同时,钢铝
比值越大其覆冰过载能力越强。
在安全系数2.5情况下,各导线过载能力见表2.3.3。三种导线覆冰过载能力由强到弱依次为
导线载流量A 70℃ 598 611 566
75℃ 640 654 606
80℃ 679 694 642
本工程要求的极限输送功率116MVA(环境温度25℃),按此反算,LGJX-240/30、JL/LB20A-240/30、 JLHA1/LB1A-240/40的线温分别达到70℃、70℃、75℃,皆在规范允许的线温范围内,因此三种导线均 能满足要求。
命周期成本,在满足可靠性要求的前提下,合理的选择导线的材料、型号及结构型式,对
节约导线全寿命周期成本有着重要的意义。本文主要针对拟福建省拟建的某条 110kV 线路
的导线选型进行综合性比较论证。
导线选型的主要内容如下:
——导线型号初选
——导线性能比较(导线机械、电气性能、抗腐蚀性能等比较)
— — 导 线 全 寿 命 周 期 成 本 ( LCC) 分 析
摘 要 : 导 线 是 架 空线 路 的主 体 , 担 负 着 传输 电 能 的 作 用 ,在 110kV 及 以 上 架 空 送 电 线 路 中, 导 线
在 整 个 工 程 投 资 比 例 中 所 占 的 比 例 相 对 较 高 。为 了 贯 彻 国 网 公 司“ 两 型 三 新 ”的 要 求 ,本 文 通 过 对 导 线
——导线选型结论
二、工程实例
1、 基 本 条 件
拟 建 的 110kV 线 路 ,线 路 总 长 度 约 28.35 公 里 ,线 路 经 过 区 域 海 拔 高 度 在 1150 米 以 下 ,
起伏较大,基本风速 Vmax=27.8m/s,覆冰厚度 C=5mm,全线按 c2 级污秽等级设计,泄漏比
47.650
44.734
(3)导线防腐能力
普通钢芯铝绞线的内层铝单丝与镀锌钢丝直接接触,在外界水汽和污染浸渍下两种金属之间产生电
位腐蚀,加速了钢芯的老化。而铝包钢芯铝绞线的钢丝被铝层包裹而不与铝股接触,避免了电腐蚀,且
与空气中的水汽隔绝,进一步提高了抗腐能力,延长了导线使用寿命。
铝包钢芯比镀锌钢芯、稀土锌铝合金镀层钢芯的耐雾腐能力分别提高11倍、5.5倍,可见采用铝包
的使用,福建省内的新建 110 千伏及以上变电站基本往边缘地带建设,因此 110 千伏及以
上送电线路基本应尽可能充分利用山地资源,以减少对福建省内稀少的田地资源的使用。
导线是架空线路的主体,担负着传输电能的作用。一方面,导线架设在电杆上面,经
常承受自重及风、冰雪、雨和空气温度变化等的作用,同时还会受到周围空气所含化学物
质的侵蚀;另一方面,不同的导线具有不同的价格和线损。因此,不仅要求导线有良好的
电气性能、足够的机械强度、较强的抗腐蚀性能,还要求尽可能质轻而经济。
110kV 及 以上 架空送 电 线路 中 ,导 线在整 个 工程 投 资比 例中所 占 的比 例 相对 较高。 因
此,从工程途经地区的气象、地形地貌特征,综合分析导线的机械性能、电气性能和全寿
型号
档距L/m 过载能力B/mm
300
350
400
450
500
LGJX-240/30
43.695
39.743
36.697
34.138
32.023
JL/LB20A-240/30
44.378
40.354
37.247
34.629
32.460
JLHA1/LB1A-240/40
60.880
55.506
51.196
钢芯对延长镀锌使用寿命有显著效果。
由此可见,LGJX-240/30导线的防腐能力较差,JL/LB20A-240/30和JLHA1/LB1A-240/40导线防腐能
力较好。
(4)导电性能与载流量
导线的导电性能与铝钢比有直接的关系,铝钢比越高,导电性能越好。由参数表可知,LGJX-240/30
和JL/LB20A-240/30的导电性能比较好。由于铝包钢芯铝绞线用包覆铝层的加强钢线取代了镀锌钢线,
(6)施工、运行特性 采用的导线不同,其施工、运行特性也不同。三种导线在国内都采用过,从施工架线方面来说,技
术都已成熟;从运行经验来说,钢芯铝绞线和铝包钢芯铝绞线在国内采用很普遍,运行经验很丰富,而
铝包钢芯铝合金导线在国内虽已投入运行,但运行经验不多,需采用厂家配套的金具等,对故障维护等
较为不便。
从运行的角度,采用三种导线均可,因此导线型号的确定主要取决于导线全寿命周期成本。 (7)导线全寿命周期成本(LCC)分析
此以上导线在线温75℃以内均能满足要求。
在环境温度25℃、线温60~80℃时,三种导线的载流量见表2.3.5。
表2.3.5 环境温度25℃、线温60~80℃导线载流量对照表
型号
LGJX-240/30 JL/LB20A-240/30 JLHA1/LB1A-240/40
60℃ 501 512 474
65℃ 552 564 522
19.3
直 流 电 阻 ( Ω /km)
0.1181
0.1131
0.1320
单 位 重 量 ( kg/km)
922.20
883.7
917.0
备注
钢芯稀土铝绞线
铝包钢芯铝绞线
铝包钢芯 铝合金绞线
2.3 导线性能比较分析
(1)导线弧垂
由本工程气象条件表及导线参数表可知,三种导线无有效的临界档距,受平均运行应力控制。在
2、 导 线 选 择
架空输电线路的导线种类很多,在网上已运行的有钢芯铝绞线、铝包钢芯铝绞线、铝
包钢铝合金绞线、耐热铝合金导线、复合芯导线、殷钢芯导线等。
根据本工程设计气象条件、沿线地形、地貌、工业区分布和污区情况,导线选型应满
足如下具体要求:
( 1) 满 足 输 送 容 量 的 要 求 。
( 2) 导 线 具 有 一 定 的 抗 覆 冰 能 力 。
( 3) 导 线 的 防 腐 能 力 和 耐 振 水 平 在 允 许 的 范 围 内 。
( 4) 跨 越 高 速 公 路 、 高 压 电 力 线 路 和 经 过 居 民 区 时 , 净 空 距 离 必 须 满 足 规 程 规 范 要
求。
( 5) 分 析 满 足 以 上 基 本 要 求 的 各 种 导 线 的 寿 命 周 期 成 本 , 推 荐 全 寿 命 周 期 成 本 最 小
导线参数表
序号
1
2
3
导线型号
LGJX-240/30
JL/LB20A -240/30
JLHA1/LB1A -240/40
结构(根数/ 铝
24/3.60
24/3.60
直径 mm)
钢
7/2.40
7/2.40
计算截面 ( mm2)
铝 钢 合计
244.29 31.67 275.96
244.29 31.67 275.96
14.735
17.667
JLHA1/LB1A-240/40
5.398
6.936
8.636
10.501
12.533
从上表可知,铝包钢芯铝合金绞线JLHA1/LB1A-240/40的弧垂性能最好,但主要归功于其强度大,
因此其弧垂的减小是以增大铁塔钢材为代价的,本工程覆冰厚仅5mm,采用高强度铝包钢芯铝合金绞线
18.398
JL/LB20A-240/30
7.568
9.692
12.079
14.735
17.667
JLHA1/LB1A-240/40
7.037
9.052
11.316
13.836
16.616
由导线参数表和导线的档距弧垂对照表可以看出,前两种导线弧垂相差不大,铝包钢芯铝合金绞
线优于前两种导线。总体来说,三种导线均能满足本工程要求。
线型
LGJX-240/30
JL/LB20A-240/30
JLHA1/LB1A-240/40
经济电流运行时线温
42.5℃
42.3℃
43.0℃
直流电阻(Ω/km)
0.1288
0.1233
0.1429
交流电阻(Ω/km)
0.1291
0.1236
0.1435
载流量(A)
431
431
431
年损电量(万度)
1019.9
(5)线路损耗 经计算单根240mm2导线的临界电晕电压约为185kV,本工程为110kV线路,因此导线不发生电晕损耗。 这样,线路的损耗主要为导线传输功率过程中产生的电阻发热损耗。三种导线的功率、每年电能损失见
表2.3.6。假设本工程年利用小时数为3000-5000小时,电价按。
表2.3.6 导线的功率损失、每年(6500h)电能损失比较表
JLHA1/LB1A-240/40、JL/LB20A-240/30、LGJX-240/30,其中导线JLHA1/LB1A-240/40的过载能力明显优
于其它两种导线,但由于本工程设计冰厚仅5mm,三种导线覆冰过载能力均能满足本工程要求。
表2.3.3 安全系数2.5、设计冰厚5mm时导线过载能力对照表
铝的总面积增加,导电率也会相应增加,电阻下降。
架空导线的载流量是受导线载流发热后的强度损失制约的。我国对架空线的允许温度定为70℃,新
规范可允许到80℃。在环境温度40℃、线温60~80℃时,三种导线的载流量见表2.3.4。
表2.3.4 环境温度40℃、线温60~80℃导线载流量对照表
型号
60℃
65℃
在 同 一 气 象 条 件 、污 秽 等 级 、地 形 地 貌 下 ,主 要 从 安 全 可 靠 性 、环 保 性 及 可 扩 展 性 等 方 面 ,对 各 种 导 线
的型式、截面进行分析对比和技术经济比较,最终确定了工程设计过程中的导线选择。
关键词:导线 工程投资
两型三新
一、前 言
福建省素有“八山一水一分田”的美称,即福建省内山多,地少,为了节约田地资源
Fra Baidu bibliotek导线载流量A 70℃
75℃
80℃
LGJX-240/30
295
379
447
504
555
JL/LB20A-240/30
302
388
456
515
567
JLHA1/LB1A-240/40
279
359
423
477
525
根据拟建的110kV变电 站 远期主变容量为3×31.5MVA,在N-1下负荷率87%时最大负荷电流431A,因
安全系数为2.5时,线温70℃时导线弧垂比较表见表2.3.1。
表2.3.1 安全系数2.5、线温70℃时导线弧垂对照表
型号
档距( m )
300
350
400
450
500
LGJX-240/30
7.783
10.004
12.509
15.305
18.398
JL/LB20A-240/30
7.568
9.692
12.079
距为 25mm/kV(按标称电压计算)。
拟建的 110kV 变电站远期主变容量 3×31.5MVA,在 N-1 下负荷率 87%时一条线路所需
承 载 经 济 输 送 容 量 为 82.215MVA , 导 线 截 面 按 经 济 电 流 密 度 计 算 选 用 240mm2,经济输送容量
44MVA,极 限 输 送 功 率 116MVA( 环 境 温 度 25℃ )。
时宜放大安全系数使用。
当放松到相同张力水平(取LGJX-240/30在安全系数为2.5时的张力)时,三种导线的弧垂比较情
况见表2.3.2。
表2.3.2 相同张力水平、线温70℃时导线弧垂对照表
型号
档距( m )
300
350
400
450
500
LGJX-240/30
7.783
10.004
12.509
15.305
的作为本工程线路的导线型号。
根据各种导线的适用范围,经过初步计算分析,初选出三种能满足线路基本要求的导 线 :LGJX-240/30 钢 芯 稀 土 铝 绞 线 、JL/LB20A-240/30 铝 包 钢 芯 铝 绞 线 、JLHA1/LB1A-240/40 铝包钢芯铝合金绞线。三种导线的基本参数如下表:
238.85 39.90 277.75
铝钢截面比
7.71
7.71
5.99
计 算 外 径 ( mm)
21.60
21.6
21.66
计 算 拉 断 力 ( N)
75620
77090
124310
弹 性 系 数 ( N/mm2)
73000
69000
70000
膨 胀 系 数 ( 10-6/℃ )
19.60
20.6
976.4
1133.5
年损费用(万元)
408
390.6
453.4
年损费用差值(万元)
+0
-17.4
+45.4
由表2.3.6可知,JL/LB20A-240/30导线的节能效果最好,每年可节省17.4万元的电能损失费用,而 JLHA1/LB1A-240/40导线的线损最大,每年多消耗45.4万元的电能损失费用。
(2)覆冰过载能力
由于本工程途经轻冰区,各导线最大弧垂发生在最高线温工况,故覆冰工况下弧垂对导线选型不起
控制作用,覆冰时对导线过载能力的要求也不高。
导线覆冰过载能力不仅与钢铝比有关,还与具体导线结构有关;导线结构和安全系数相同时,钢铝
比值越大其覆冰过载能力越强。
在安全系数2.5情况下,各导线过载能力见表2.3.3。三种导线覆冰过载能力由强到弱依次为
导线载流量A 70℃ 598 611 566
75℃ 640 654 606
80℃ 679 694 642
本工程要求的极限输送功率116MVA(环境温度25℃),按此反算,LGJX-240/30、JL/LB20A-240/30、 JLHA1/LB1A-240/40的线温分别达到70℃、70℃、75℃,皆在规范允许的线温范围内,因此三种导线均 能满足要求。
命周期成本,在满足可靠性要求的前提下,合理的选择导线的材料、型号及结构型式,对
节约导线全寿命周期成本有着重要的意义。本文主要针对拟福建省拟建的某条 110kV 线路
的导线选型进行综合性比较论证。
导线选型的主要内容如下:
——导线型号初选
——导线性能比较(导线机械、电气性能、抗腐蚀性能等比较)
— — 导 线 全 寿 命 周 期 成 本 ( LCC) 分 析