智能变电站设计的全寿命周期及技术分析

智能变电站设计的全寿命周期及技术分析

能源与节能

关键词: 智能变电站变电站工程全寿命周期

摘要：针对智能变电站设计的全寿命周期管理在设计方面的方案比较、系统构成及设备选择的简单分析，通过设计过程中所采取的思路、方法与措施，为全寿命周期在智能变电站设计中的应用及设计方案的实施提供了一些有用的参考与借鉴，具有一定的实用性。

关键词：智能变电站;全寿命周期;技术经济

0 引言

本文针对智能变电站主要设计方案以及关键设备选择上充分应用了全寿命周期设计方法，对电气主接线配串方案、电子式互感器的选择、二次系统优化整合、无人值班站方案设计、站区总体规划布置、构支架形式和基础形式等方面进行优化设计。并运用全寿命周期成本计算方法对330 kV支持式管母、35 kV插接式组合电器、主变状态监测装置、智能变电

站高级应用、建筑外墙保温、智能采暖通风系统以及主变消防系统等方面进行详细的技术经济比较，共节省全寿命周期成本约6 080×104元，使工程全寿命期内整体的技术性和经济性都得到明显的优化和提高。

运用全寿命周期理念指导工程建设，从工程项目的整体出发,反映项目全寿命期的要求，可大大提高项目管理的整体效率和效益。

1 概述

1.1智能变电站的基本特征及其设计原则

智能变电站由先进、可靠、节能、环保、集成的设备组成，以高速网络通信平台为基础，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协调互动等高级应用功能【3】。

1.2 工程全寿命周期管理的定义及特点

工程项目全寿命周期管理是指对工程项目全寿命周期内各个阶段各项活动进行全局、

全过程的管理。设计是工程建设的灵魂。工程的全寿命周期设计就是将全寿命周期管理理念引入设计环节，经比较选出技术可靠、经济合理的最佳方案。具体的说，变电站项目的全寿命周期设计理念主要包括以几个方面：可靠性与安全性设计、可维护性设计、可施工性设计、

可回收性设计、防灾与突发事件处理设计以及全寿命周期成本最优化设计，贯穿于项目的全寿命周期。

全寿命周期成本最优化设计可以说是整个工程全寿命周期设计的基本手段和核心内容，并与其他七个方面相辅相成。所谓变电站工程的全寿命周期成本 (Life Cycle Cost，简称LCC)管理就是在可靠性的基础上使设备或系统的全寿命拥有成本为最低的管理。在设备采购中，不仅仅是考虑设备的购买价格，而更要考虑设备在整个全寿命周期内的支持成本，包括安装、运行、维修、改造、更新直至报废的全过程，其核心内容是对设备或系统的LCC进行分析计算，以量化值进行决策。

主要应用 LCC计算模型框架如下：

LCC=CI+ CO+CM+CF+CD。

式中，LCC是指设备在全寿命周期内的总成本，元;CI是指初次投入成本，元;CO是指运行成本，元;CM是指检修维护成本，元;CF是指故障成本，亦称惩罚成本，元;CD是指设

备退役处置成本，元。

1.3智能变电站基于工程全寿命周期理念的设计方法

智能变电站设计所遵循的原则与工程全寿命周期管理总体指导思想和目标体系相一致：它对智能设备提出了测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化的总体要求，突出了以人为本的全寿命周期管理理念;它要求优化设备配置，实现功能的集成整合，反映了工程可施工性、可扩展性和节约环保性的全寿命周期设计原则;它需要在国网公司“三通一标”和“两型一化”的原则指导下优化创新，追求成本优化，资源合理应用，降低工程全寿命周期成本;它利用在线监测技术对关键设备实现状态检修、减少停电次数，提高变电站运行的自动化水平和检修、管理效率，利于工程全寿命周期成本优化。智能变电站在国网公司统一规划下，以统一的标准建设发展，减少设备类型和备品备件储备，合理利用资源，这一点也是工程全寿命周期管理所追求的目标【2】。

2 本工程基于全寿命周期理念的设计方案

2.1电气主接线技术经济分析

基于全寿命周期“可靠性与安全性”设计原则，设计针对电气主接线进行多方案可靠

性分析和技术经济比较。确定接线运行可靠性高，占地面积小，扩建方便、停电时间短，工程整体投资少，其全寿命周期经济效益显著。

2.2主变状态监测系统全寿命周期成本计算

配置状态监测系统后，根据Q/GDW 168-2008 国网公司状态检修试验规程，设备的例行试验周期可根据各地区的实际情况进行调整，最长不超过基准周期(3 a)的1.5倍，即4.5 a。本计算中取5 a 1次计算。投运后前3年每年停电检修1次，之后每5 a停电检修1次，第18 a～20 a每年停电检修1次(变压器寿命按20 a计算)，其每次停电时间按72 h计算，20 a中共停电8次，每次停电检修时间72 h，共需停电576 h。

2.2.1初次投入成本(CI)

1组1 000 MVA 330 kV主变采购成本为4 900×104元，状态监测采购成本按15×104元/相计，共45×104元。建设成本基本相同。

利用设备状态监测手段，实现状态检修后，根据国外多年来的经验，设备寿命可延长约1/3，对1组1 000 MVA的主变，可减少采购费用约1 600×104元。

2.2.2运行、维护成本(CO+CM)

每次停电检修费用5×104元/相，无状态监测时，主变停电检修费用5×104×3×

10=150×104元，装设状态监测时，主变停电检修费用5×104×3×8=120×104元。

考虑到在线监测装置的寿命(按10 a后全部更新1次计算，实际上仅需更换部分传感器)，在线监测装置维护费用为75×104×1=75×104元

利用状态监测，实现状态检修，可以减少检修人员数量;实现变电站的无人值班，可以减少运行人员的费用;此处不计入比较。

2.2.3故障成本(CF)

a) 停电损失费用比较。共减少停电时间144 h。主变的负荷率按24 h内平均50%计算，电价按0.5元/(kW˙h)计算，则共减少停电费用为3 600×104元;b)社会损失比较。实际上，1 kW˙h的电能产生的GDP在经济发达地区可以达到10元，则其创造的GDP差值高达7.2×108元。此处不计入比较;c)设备故障后维修费用。利用设备状态监测，可以预防事故扩大化，避免小事故变成大事故，减少设备的大修费用及相应更大的停电损失。因预防事故扩大的比例不易量化，此处不计入比较;

2.2.4设备退役处置成本(CD)