84 基于二牛66kV變電站二次系統(tǒng)全壽命周期(LCC)分析研究

1、基于二牛66kV變電站二次系統(tǒng)全壽命周期（LCC）分析研究萬青 劉濤 陳寶琪（沈陽電力勘測設(shè)計(jì)院）【摘 要】介紹了沈陽二牛智能變電站二次系統(tǒng)情況，采用LCC的技術(shù)方法對(duì)智能變電站的二次系統(tǒng)成本和綜合效益進(jìn)行了評(píng)估，并將實(shí)際運(yùn)行的智能變電站的運(yùn)營數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)，進(jìn)行了量化分析?！娟P(guān)鍵詞】智能變電站 LCC 投資成本 運(yùn)維成本0 二牛66kV變電站工程概述變電站按智能站建設(shè)，智能化方案按常規(guī)電氣設(shè)備加智能組件完成。本工程采用國網(wǎng)公司通用設(shè)計(jì)66-C1-2方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。（1） 主變壓器本期2臺(tái)20MVA，遠(yuǎn)期2臺(tái)40MVA；（2）66kV出線本期2回，遠(yuǎn)期2回 ；（3）10kV出線本期8回，遠(yuǎn)期2

2、4回；（4）本期每臺(tái)主變 10kV側(cè)配置1組戶外框架并聯(lián)電容器，終期配置2組3Mvar考慮。（5）智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備配置和功能要求按無人值班模式設(shè)計(jì)。1 二次設(shè)備組屏及布置二牛66kV變電站二次設(shè)備室布置操作主機(jī)柜1面，遠(yuǎn)動(dòng)通信柜1面，綜合服務(wù)器柜1面，數(shù)據(jù)服務(wù)器柜1面，圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)柜1面，公用柜1面，網(wǎng)絡(luò)分析記錄儀柜1面，主變保護(hù)測控柜2面，橋保護(hù)測控柜1面，調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)柜1面，交直流一體化電源柜8面，智能輔助控制系統(tǒng)柜1面。10kV系統(tǒng)按照開關(guān)間隔配置，采用保護(hù)測控一體化裝置，就地安裝在對(duì)應(yīng)10kV開關(guān)柜內(nèi)。電能表布置在10kV開關(guān)柜內(nèi)主變壓器電量保護(hù)集中組屏安裝于二次設(shè)備室內(nèi)，主變

3、本體保護(hù)及智能終端布置在變壓器本體附近。2 變電站二次系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析變電站二次系統(tǒng)設(shè)備投入成本包括設(shè)備的采購、安裝、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)、更換以及其相對(duì)應(yīng)的所有活動(dòng)勞務(wù)成本的投入，其中采購、安裝、調(diào)試是設(shè)備的初期投入成本，也即是一次性投入成本，設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)或更換成本是設(shè)備在使用階段的投入成本，該投入受設(shè)備質(zhì)量、維護(hù)周期、設(shè)備使用壽命制約，不同設(shè)備該項(xiàng)投入成本都不一樣，降低設(shè)備投入成本主要是降低設(shè)備運(yùn)行維護(hù)和更換成本，提高設(shè)備質(zhì)量，延長設(shè)備使用壽命，延長設(shè)備定期檢修時(shí)間。二次設(shè)備由定期檢修過渡到狀態(tài)檢修是減少設(shè)備運(yùn)行維護(hù)成本最佳手段，也是提高二次設(shè)備經(jīng)濟(jì)效益最佳途徑。3 智能變電站二次系統(tǒng)LCC

4、分解智能變電站二次系統(tǒng)中一體化監(jiān)控系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，使其二次系統(tǒng)具有了減少系統(tǒng)硬件配置、網(wǎng)絡(luò)化軟功能、免維護(hù)等特點(diǎn)。其壽命周期費(fèi)用中，設(shè)備投資及運(yùn)行維護(hù)成本均不同于常規(guī)變電站，因此，其壽命周期費(fèi)用具有一定的特殊性。智能變電站二次系統(tǒng)LCC指的是二次系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)壽命周期內(nèi)所支付的全部費(fèi)用，由以下四部分組成：初始投入成本(CI)、運(yùn)維成本(CO)、故障引起的中斷供電損失成本(CF)、以退運(yùn)處置成本(CD)。因此，二次系統(tǒng)全生命周期成本可以寫成：LCC=CI+CO+CF+CD3.1 投資成本CI二次系統(tǒng)的一次性投資成本主要包括二次系統(tǒng)購置費(fèi)用(CI1)、安裝調(diào)試費(fèi)用(CI2)、其它費(fèi)用(CI3)等投產(chǎn)使用

5、前的所有投資。這部分包含的內(nèi)容較多，涉及的范圍也較廣，因此，我們采用工程法對(duì)各項(xiàng)費(fèi)用進(jìn)行估算，然后逐項(xiàng)疊加，以此來估算其一次投資成本。CI=CIl+CI2+CI3（1）設(shè)備購置成本(CI1)根據(jù)二牛66kV變電站建設(shè)規(guī)模，取本站二次系統(tǒng)中各項(xiàng)設(shè)備與常規(guī)綜自系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)。包括有：保護(hù)測控、監(jiān)控系統(tǒng)、五防、控制電纜等主要二次設(shè)備。見表1。（2）安裝調(diào)試成本(CI2)各設(shè)備安裝調(diào)試成本計(jì)算見表2。智能變電站二次系統(tǒng)使全站二次回路及保護(hù)端子排大大簡化，減輕了電纜敷設(shè)、接線工作量，最大程度地避免了二次回路誤接線、斷線的可能，極大地減輕了安裝調(diào)試過程中二次回路查線工作量，縮短了設(shè)備安裝調(diào)試時(shí)間，提高了安裝調(diào)

6、試的效率。 607表1 主要二次設(shè)備購置投資成本對(duì)照表設(shè)備類別設(shè)備名稱常規(guī)綜自系統(tǒng)智能變電站二次系統(tǒng)節(jié)約投資節(jié)約投資百分比配置投資（萬元）配置投資（萬元）保護(hù)及測控主變保護(hù)測控3面452面301533.3%橋保護(hù)測控1面（2臺(tái)裝置）101面（1臺(tái)裝置）7333.3%備自投1面10集成功能-10100%監(jiān)控系統(tǒng)一體化監(jiān)控系統(tǒng)1套301套36-6五防五防工作站1套13集成功能-13100%電纜控制電纜及輔料8.5KM35.54KM16.718.853%蓄電池直流+通信蓄電池2組251組131248%合計(jì)168.5102.765.840%表2 二次系統(tǒng)主要設(shè)備安裝調(diào)試成本對(duì)照表設(shè)備類別設(shè)備名稱常規(guī)綜

7、自系統(tǒng)智能變電站二次系統(tǒng)節(jié)約投資（萬元）工時(shí)元/工時(shí)數(shù)量安裝調(diào)試費(fèi)（萬元）配置數(shù)量安裝調(diào)試費(fèi)（萬元）保護(hù)及測控主變保護(hù)測控8024035.823.91.9橋保護(hù)測控6024011.4410.80.64備自投4024010.96集成功能0.96監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)5402401131130五防專用系統(tǒng)4024010.96集成功能0.96合計(jì)22.1617.74.19(3)其它費(fèi)用（CI3）施工設(shè)計(jì)方面，智能變電站二次系統(tǒng)極大地減少了施工設(shè)計(jì)的工作量，與常規(guī)綜合自動(dòng)化變電站相比，由于取消了大部分控制電纜，用GOOSE網(wǎng)絡(luò)代替了常規(guī)的控制電纜構(gòu)成的二次回路，每個(gè)間隔端子箱、機(jī)構(gòu)箱、保護(hù)屏端子排只有交直流電源

8、，變得非常簡單，一個(gè)間隔只用一組光纖網(wǎng)絡(luò)即可實(shí)現(xiàn)所有的設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。施工設(shè)計(jì)出圖量僅為常規(guī)綜合自動(dòng)化變電站的23。施工設(shè)計(jì)時(shí)間則可以大大縮短。3.2運(yùn)行維護(hù)成本CO設(shè)備全壽命周期內(nèi)運(yùn)行維護(hù)成本為設(shè)備定期檢驗(yàn)(CO1)、日常巡視(CO2)、現(xiàn)場操作(CO3)等費(fèi)用。（1）設(shè)備定期檢驗(yàn)費(fèi)用(CO1)按二次系統(tǒng)中常規(guī)設(shè)備生命周期為12年計(jì)算，按照規(guī)程要求，在整個(gè)生命周期內(nèi)設(shè)備檢驗(yàn)次數(shù)為新安裝、投運(yùn)一年、投運(yùn)第七年共三次，其中新安裝時(shí)調(diào)試費(fèi)用已計(jì)入安裝調(diào)試成本(CI2)，本處只計(jì)算兩次定期檢驗(yàn)的費(fèi)用，在設(shè)備生命周期內(nèi)節(jié)約的定檢費(fèi)用為31萬元（2）日常巡視費(fèi)用(CO2)由于智能變電站二次系統(tǒng)配

9、置智能輔助控制系統(tǒng)，集控中心監(jiān)控人員可以隨時(shí)方便地查看現(xiàn)場二次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，這就相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了變電站二次設(shè)備的遠(yuǎn)方巡視，即在集控中心對(duì)變電站二次系統(tǒng)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行巡視。在現(xiàn)場二次設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，同樣集控中心監(jiān)控人員能夠在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障，并準(zhǔn)確地對(duì)故障設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。目前常規(guī)無人值班變電站日常巡視周期為每3天巡視一次，智能變電站可以通過集控中心的遠(yuǎn)方巡視代替現(xiàn)場巡視，從而提高日常巡視效率，大大降低無人值班變電站的日常巡視工作量，具備智能輔助控制系統(tǒng)的智能變電站可以由原來的巡視周期3天延長為2周或者更長。智能變電站現(xiàn)場巡視周期以2周計(jì)算，在一年內(nèi)巡視次數(shù)為24次，每次巡視需2

10、人4個(gè)小時(shí)，則一年內(nèi)變電站日常巡視所需耗費(fèi)的工時(shí)為192。常規(guī)無人值班變電站巡視周期按目前執(zhí)行的3天計(jì)算，在一年內(nèi)巡視次數(shù)為121次，每次巡視需2人4個(gè)小時(shí)，則一年內(nèi)變電站日常巡視所需耗費(fèi)的工時(shí)為968。由此可以看出，智能變電站二次系統(tǒng)與常規(guī)無人值班變電站相比，可以大大減少日常運(yùn)行巡視工作量。（3）現(xiàn)場操作費(fèi)用(CO3)智能變電站二次系統(tǒng)的智能化操作能夠大大降低運(yùn)行人員現(xiàn)場操作的勞動(dòng)強(qiáng)度和提高工作效率。拿變壓器倒閘操作來講，常規(guī)的倒閘操作需要運(yùn)行人員依次進(jìn)行變壓器各側(cè)斷路器和隔離開關(guān)等多項(xiàng)操作，且每操作一次均需進(jìn)行設(shè)備位置的確認(rèn)及五防邏輯的校驗(yàn)。完整的一次變壓器倒閘操作一般需要半個(gè)小時(shí)。而采用

11、智能操作進(jìn)行變壓器倒閘操作時(shí)，用一個(gè)綜合命令代替原來的多個(gè)單項(xiàng)操作，完整的變壓器倒閘操作僅需要不到幾分鐘時(shí)間，大大提高了運(yùn)行人員倒閘操作的效率。3.3 故障成本(CF)故障成本主要統(tǒng)計(jì)設(shè)備在正常運(yùn)行過程中突然出現(xiàn)故障或異常，需要臨時(shí)處理而引起的人工費(fèi)、材料費(fèi)、交通費(fèi)等，以及由于設(shè)備故障導(dǎo)致設(shè)備停運(yùn)時(shí)造成的其他損失。常規(guī)綜合自動(dòng)化變電站由于二次回路復(fù)雜，二次回路缺陷發(fā)生的概率極高，特別是在惡劣天氣情況下，二次回路直流接地、回路斷線、節(jié)點(diǎn)接觸不良等缺陷頻發(fā)，缺陷處理成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于網(wǎng)絡(luò)化智能變電站。從目前沈陽地區(qū)投運(yùn)的智能變電站來看，運(yùn)行良好，尚未發(fā)生運(yùn)行故障問題。4 智能變電站二次系統(tǒng)LCC分析評(píng)價(jià)

12、4.1 購置成本分析由表l比較可見，在智能變電站二次系統(tǒng)各項(xiàng)設(shè)備中，高于常規(guī)綜自站投資費(fèi)用的設(shè)備是監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)的購置成本較常規(guī)綜自站高出16.7，原因由于包含有一體化監(jiān)控系統(tǒng)功能以及高級(jí)應(yīng)用功能所致。低于常規(guī)綜自系統(tǒng)投資的設(shè)備依次為控制電纜、保護(hù)測控設(shè)備、蓄電池等。其中，控制電纜較常規(guī)綜自站節(jié)約53，減少單項(xiàng)購置費(fèi)用18.8萬元；備自投功能嵌一體化監(jiān)控系統(tǒng)中，取消了相應(yīng)裝置硬件，也節(jié)約了一部分購置費(fèi)用。由表1可見，智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)備購置成本較常規(guī)綜自站下降了40。大大節(jié)約了設(shè)備投資成本。4.2 安裝調(diào)試成本分析由表2可以看出，智能變電站安裝調(diào)試較常規(guī)綜自系統(tǒng)節(jié)約20，節(jié)約安裝調(diào)試費(fèi)用

13、的原因有以下幾點(diǎn)：（1）優(yōu)化整合了常規(guī)變電站的控制電纜二次回路，使得二次回路的調(diào)試工作量很少。而常規(guī)變電站安裝調(diào)試時(shí)二次回路的調(diào)試與查線工作高于裝置本身的調(diào)試工作量。（2）智能變電站二次系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)配置、通信協(xié)議、元件模型等標(biāo)準(zhǔn)化，使得變電站的安裝調(diào)試工作變得更加簡單，大量的調(diào)試工作在設(shè)備出廠聯(lián)調(diào)時(shí)均已完成，現(xiàn)場的聯(lián)調(diào)工作主要是驗(yàn)證性試驗(yàn)，使得系統(tǒng)的調(diào)試工作變得非常簡單。4.3 運(yùn)行維護(hù)成本分析通過前面的分析可以看出，智能變電站在運(yùn)行維護(hù)方面的優(yōu)勢顯得尤為突出。由于二次系統(tǒng)應(yīng)用了可視化網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)視技術(shù)，可以在集控中心對(duì)變電站二次系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程巡視，從而延長現(xiàn)場巡視的周期，大大降低運(yùn)行人員日常巡

14、視的工作量。在運(yùn)行操作方面，智能操作功能大大提高了倒閘操作的效率，提高了運(yùn)行管理水平。4.4故障損失成本分析由于智能變電站二次回路用光纜代替了傳統(tǒng)的電纜，解決了電磁干擾問題，使得變電站二次回路的運(yùn)行環(huán)境得到了改善，大大消除了二次回路的缺陷，極大地降低了設(shè)備缺陷處理的成本。表3 二次系統(tǒng)（主要設(shè)備）設(shè)計(jì)對(duì)照表項(xiàng) 目名 稱安全可靠性設(shè)計(jì)易維護(hù)性設(shè)計(jì)可施工性設(shè)計(jì)可擴(kuò)展性設(shè)計(jì)節(jié)約環(huán)保性設(shè)計(jì)可回收性設(shè)計(jì)事故處置防災(zāi)設(shè)計(jì)LCC最優(yōu)設(shè)計(jì)常規(guī)綜自系統(tǒng)二次回路接線復(fù)雜，故障點(diǎn)多維護(hù)工作量大控制電纜接線及二次回路調(diào)試工作量大，建設(shè)周期長可擴(kuò)展設(shè)備配置繁多，功能重復(fù)，浪費(fèi)資源一般不適用233.59萬元智能二次系統(tǒng)優(yōu)化裝置、二次回路功能整合，故障點(diǎn)少遠(yuǎn)程維護(hù)，工作量及人員配置少節(jié)約電纜約53%、減少施工周期，安裝調(diào)試工作量減少，建設(shè)周期短可擴(kuò)展設(shè)備優(yōu)化配置，投資減少一般不適用146.9萬元5 結(jié)論二牛66kV變電站采用智能變電站二次系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)綜自二次系統(tǒng)的諸多問題，大大提高了供電可靠性，減少了調(diào)試、配置、運(yùn)行、維護(hù)等成本。采用LCC的技術(shù)方法對(duì)智能變電站的成本和綜合效益進(jìn)行了評(píng)估，并將實(shí)際運(yùn)行的智能工程的運(yùn)營數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)，進(jìn)行了量化分析，LCC結(jié)果表明二牛66kV變電站采用智能變電站在保證供電可靠性的基礎(chǔ)上，較傳統(tǒng)的綜自系