设计-全寿命周期成本理论在电网建设评估中的应用研究.docx

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1、全寿命周期成本理论在电网建设评估中的应用研究摘要电力工程的特点是投资大、建设周期长。长期以来，工程建设重初期建设费用，轻后期运行管理费用，产生了设计缺乏灵活性、整体费用高等不良后果。全寿命周期成本分析是一种新的概念和决策方法，目的是为了提高系统的全寿命周期费用的经济性。同传统的方法相比，在选择系统时，不仅考虑初始费用，也要研究寿命周期内发生的其他费用。本文基于实现设备或工程整个寿命周期费用最小化，提出了应用全寿命周期成本理论，对变电工程的建设进行优化设计。主要研究内容如下：(1)全寿命周期成本理论的经济寿命确定，灵敏度分析。(2)LCC费用分解和估算以及基于运行年限和年利率的修正。(3)运用L

2、CC理论对变电工程设备和类型方案进行比较选择。关键词：全寿命周期成本；变电站；LCC估算；优化设计Theresearchonapplicationoflife-cyclecosttheoryinpowergrid,sconstructionandassessmentAbstractPowerconstructionhasthecharacteristicsoflargeinvestmentandlongconstructionperiod.Inthepast,theconstructionattachedgreatimportancetotheinitialconstructionandthe

3、costofoperationwasneglected.ltresultedinthelackofdesignflexibilityandthehighoverallcost.Thelifecyclecostanalysisisanewconceptanddecisionmethodandthepurposeistoreduceexpensesofthewholelifecyclecostoftheconstruction.Comparedwiththetraditionalmethod,notonlytheinitialcostbutalsotheotherexpensesofthelife

4、cycleareconsideredwhenschemeisdecided.Inthispaper,thelifecyclecostisproposedtodecidetheschemetominimizethecostofthewholelifecycleoftheequipmentortheproject.Themainresearchcontentsareasfollows:(1) theeconomiclifeofconstructionandthesensitivityanalysis.(2) 1.CCcostsdecompositionandestimationaswellasam

5、endmentsbasedontheoperatingperiodandannualinterestrates.(3) theuseofLCCtheorytocomparetheschemesofelectricsubstationKeywords：fulllifecyclecost;electricsubstation;LCCestimation;optimizationdesign目录摘要IAbstractIl目录IIl第一章绪论11.1 课题背景及目的11.2 国内外研究状况11.3 课题研究方法21.4 论文构成及研究内容2第二章LCC基本理论32.1 寿命周期32.1.1 寿命周期3

6、2.1.2 经济寿命确定32.2 全寿命周期成本阶段划分52.3 全寿命周期成本与可靠性62.4 变电站LCC的敏感因素分析62.5 变电工程成本估算方法7第三章变电工程LCC估算123.1 变电工程项目构成123.2 1.CC估算模型123.3 1.CC的修正14第四章LCC应用实例164.1 基于全寿命周期成本的变电站主变压器选择164.2 AIS与GlS比较选择184.3 综合自动化系统和常规保护系统比较204.3.1 综合自动化系统和常规保护系统LCC比较204.3.2 综合自动化系统灵敏度分析22结论24致谢25参考文献25第一章绪论11课题背景及目的目前变电站建设一般采用全过程造价

7、管理理论。全过程指的是从工程项目提出到工程竣工完成的整个过程，从工程的可行性研究和建议书阶段开始一直到工程竣工结算完成，包括项目的设计阶段，决策阶段，工程实施阶段和项目完成阶段。这种传统的变电工程项目建设模式重基本建设成本，轻未来的运营和维护成本会产生一些不良后果。一，以基本建设成本为为唯一依据的决策不合理。在长期范围内，设备的运行和维护费用远大于它的初始投资成本，而且前期基本建设造价对后期运行维护成本有很大影响，偏低的基本建设成本有可能带来未来运营维护成本的大幅度提高，使整个寿命周期内成本增加。二，限额设计制度缺乏灵活性。在初步设计和施工图设计前各个部分的投资已经确定，设计超出预算必须重新设

8、计。这样对设计的限制较多，使设计人员不敢轻易尝试设计较高造价但功能大幅提高的工程，大大降低了创新能力。为了实现建设项目整个寿命周期总造价最小化，采用全寿命周期成本理论。全寿命周期成本包括建设期、运行期、翻新期和报废期的所有费用。从全寿命周期成本出发对设备、设计方案进行选优。1.2国内外研究状况最初应用于美国国防部设备采购，预算收到国会制约，而武器设备购置费因科技发展不断增长，且武器使用与维护费远远高出购置费，使其必须把维护费放在一个重要的位置。这种以整个寿命周期内的费用为国防建设决策依据的做法有显著效果，LCC理论迅速推广到政府及民用部门。20世纪70年代后，LCC概念在美国、英国、澳大利亚等

9、发达国家已经普及。1975-1989年，LCC技术迅速发展并达到高潮，政府机构以及私人企业，都投入极大的热情和财力去研究和开发，LCC技术开始被广泛应用到各个领域，如电信、医疗、建筑业、汽车、航空、商业投资、计算机软件、制造业等。这一时期所发表的文献比较深入地研究了LCC理论的各个方面，包括全寿命周期成本的分解、建模、估算、修正、分析和评估。得氓!未找出引用”!未找“引用L1987年，中国设备协会成立LCC专业委员会，多次举办年会、学术会议和LCC讲习班,有力地推进了我国LCC理论工作进程。从接触、消化到理论研究和应用，在较短的时间里取得了显著成就。全球市场一体化对科技创新，降低成本提出了更高

10、的要求，LCC技术越来越重要。但现阶段我国的LCC技术应用发展在不同行业极不平衡，还有很大的发展空间，如上海的电力、钢铁、医药等行业应用开展较好，其他行业差距较大，甚至有些行业几乎没有LCC应用。1.3课题研究方法采用工程法，对系统寿命周期各主要费用相加得到总的全寿命周期费用。估算时可根据实际情况进行简化处理。允许不考虑共同拥有的费用，利用相对费用进行决策。考虑到货币在不同时间价值的不同，项目方案整个寿命周期内各年的收益、费用需要按照一定的折现率折算为现值代数和。分析周期可取两个方案周期的最小公倍数。公倍数较大时需以实际使用年限为基础。或者比较年平均费用。14论文构成及研究内容第一章，绪论：介

11、绍了选择LCC应用课题的背景和目的，LCC技术在国内外的发展状况和课题研究方法及论文构成。第二章，LCC理论：介绍了寿命经济周期的确定，灵敏度分析，对全寿命周期的阶段划分和估算方法以及LCC与可靠性的关系。第三章，LCC估算：介绍了变电工程的构成和LCC估算模型以及基于运行年限和年利率的修正。第四章，优化设计：利用LCC技术对变电工程设备和工程进行比较选优以及灵敏度分析。第二章LCC基本理论2.1寿命周期2.1.1寿命周期寿命周期是指设备从投入运行开始直到报废的整个时期。对于寿命周期的研究和界定，主要有使用寿命、技术寿命、折旧寿命和经济寿命。使用寿命又被叫做自然寿命或者物理寿命，是指设备从投入

12、使用，直到物质上自然报废,不能再继续使用为止所经历的全部时间。技术寿命指设备从开始使用到因技术条件而被淘汰所经历的时间。科学技术不断发展，技术上更先进、经济上更合理的设备被生产出来，使原有设备出现无形磨损，在设备在未自然报废前就被淘汰。折旧寿命指按照国家财政部门的规定，把设备价值的余额折旧到接近于零或规定的残值所经历的时间。设备的折旧寿命不等于使用寿命，事实上往往在折旧寿命已经结束后，设备仍在有效地继续使用。经济寿命指设备从开始使用到因继续使用会造成经济上不合理而退出运行为止的全部时间。从以上定义分析可知：经济寿命一般短于技术寿命；物理寿命一般常与技术寿命，但具有不确定性；对于折旧寿命，制定合

13、理的折旧率对设备更新和资本积累都具有重要意义。工程项目的寿命周期成本，是指工程项目在整个寿命周期内发生的的所有费用之和。项目寿命周期的选择直接影响到成本构成项目和成本计算年限的长短。因此，在研究工程项目的全寿命周期成本时，首先要确定其寿命周期的范围，并且在比较不同方案或者项目时，必须选用统一的标准。从经济角度考虑，工程项目的寿命周期应选经济寿命。2.1.2经济寿命确定设备经济寿命确定从设备购置费考虑，设备使用年限越长，分摊到每年的设备费用就越少。另一方面，设备使用时间长，因为设备受到磨损，运行费用逐年增加，处理价值越来越低。这两种因素共同作用，会使设备的年平均费用在某一使用期限最小。这个使用期

14、限就是设备的经济寿命。计算方法分为不计时间因素法和考虑时间因数法。不计时间因素法i/FS=%K。-ci-K.nLv1/JF(n),当使用年限为n年时的年平均总费用。N,设备使用年数。KO,设备购置费Km,设备使用n年后的处理价值。Ci,设备第i年的使用费。若设备使用费(包括能源消耗费、维修保养费、停工损失、废次品损失等)线性增长时,则第i年的使用费Ci=C0(i-l)gO,则说明Pi增加会导致LCC增加；如果ai)(i0m一次性支付终值公式i.n,PF(尸,PJM(1O年金现值公式9iy11PdMW)”年金终值公式A,i,nF(Fi,n)(i+H现值求年值,PA(4P,z,n)(1+H(1O-

15、1终值求年值1/,产A(AFttn)i(1O-1年金现值系数推导过程：P=Al(l+i)+l(l+i)2+l(li)n根据等比数列求和公式整理得p=a(l+i)n-li*(l+i)n年金现值系数：(l+i)An-Ii*(l+i)八n(3)基于通货膨胀率的修正由于通货膨胀的影响，相同的费用在不同的时间有不同的价值。设现值为A,通货膨胀率为R,则n年后实际的费用为：3=A*(1+R)”第四章LCC应用实例3.1 基于全寿命周期成本的变电站主变压器选择某500kv变电站新建变压器有两种型号可选择，一台三相变压器（方案一），参数为515230+22.5%36kv,三台单相变压器组（方案二），参数为51

16、5g230322.5%36kv0三相变压器的优点是占地面积小，一次二次线接线简单，缺点是单台体积大运输较困难。单相变压器的优点是体积小运输方便，缺点是占地面积大，一次二次接线复杂。前提条件：使用年限均按30年计算变压器最大负荷损耗小时数按320Oh考虑，电费0.5/kW也利润0.14/kW力每年大修费用为设备费2.5%,维护检修费用为设备费1.5%,保险费为设备费0.25%,残值为设备费的20%年贴现率按8%计算。表3.2一次投资成本IC组成变压器参数单相变压器三相变压器设备费WI5062.54400安装费W26597土建费W360.90运输费W40160低压侧母线W58.764.26合计51

17、97.164661.26注：设备费为生产厂家提供的平均值。表3.3运行成本OC组成变压器相关参数单相变压器三相变压器空载损耗PlAW258.75223.33负载损耗P2kW1237.51183.33总损耗P3kWh-162266505743027年损费用Wl/万元311.33287.1530a损耗成本现值W2/万元3504.913232.69年运行管理费用W3/万元75.946630a运行管理成本现值W4/万元923.28802.45年保险费W5/万元12.661130a保险费现值W6/万元153.88133.7130a运行费用现值W7/万元4582.074168.88注：各项损耗为国内4家生

18、产厂家提供的平均值30P3=8760Pl+3200P2WI=O.5OP3W2=W*(1+。8)0.08*(1+0.08)29W3=W1*1.5%W4=W3+W3:我0.08*(1+0.08)2929 W7=W2+W4+W6W5=W1*0.25%W6=W5+W5(08)J_0.08*(1+0.08)表3.4中断供电成本FC组成变压器基本参数3台单相变压器单台三相变压器年强迫停运时间Tl/h0.3760.434年计划停运时间T2h0.1580.298总非计划停运时间T3h0.0030.021年故障停运时间T/h0.3790.455年断电损失费用W8/万元3.984.77630a断电损失费用现值W9

19、/万元48.38458.087年故障率N/次0.01580.01898年修复成本W10/万元22.0930a修复成本现值Wll/万元24.3125.3830a中断供电损失费用现值肘2/万元72.783.47T=THT3W8_0,14q0I。所、0.08*(1+0.08)W12=W9+W11WmNW2%皿。*(O6)-0.08*(1+0.08)表3.5报废成本DC组成变压器基本参数3台单相变压器单台三相变压器拆除费用W135.5511.2残值Wl41012.5880现值合计Wl5-100.07-86.34W14=W1*20%W15=(W13-W14)*(1+0.08)两个方案LCC比较设备估算模

20、型为：LCC=IC+OC+MC+DCo方案一：LCCl=IC+OC+FC1+Z)C=5197.16+4582.07+72.70-100.07=9751.86方案二：LCC，=IC、+OC，+FC+Z)C,=4661.26+4168.88+83.47-86.34=8827.27通过LCC比较可知，三相变压器一次投资成本及运行成本均低于单相变压器，中断损失成本和报废成本略高于单相变压器。综合比较，采用一台三相主变压器的LCC比采用三台单相主变压器少924.59万元，因此推荐采用一台三相主变压器。4. 2AIS与GlS比较选择目前220kV城市变电所中主要有两种类型：常规敞开式开关设备(AlS)和气

21、体绝缘全金属封闭开关设备(GIS)。AIS的特点是占地面积大，带电部分外漏多，容易受外界环境影响。GIS由于设备进行组合封装占地小，设备密封在SF6气室中，不易受到外界污染，因此检修周期长。现某一IlOkV变电站配电装置有两种备选方案：一，户外GIS；二，户外AlS为了估算LCC,对两个方案的LCC模型设定以下假设条件：11OkV变电站使用寿命按30年计算；年贴现率按8%修正。(1)一次投资成本估算变电站一次成本包括建设征地、建筑施工、设备购置和安装等费用。表3.6备选设计方案的一次投资成本估算费用项目GIS方案AIS方案征地及清理费Wl103.54188.36IlOV设备购置费w267049

22、2建筑工程费w3405385IlOkV设备安装工程费w441.8739.65一次投资成本IC合计1220.411105.01计算公式：IC=Wl+W2+W3+W4(2)运行成本两个方案的运行成本差异主要由母线及设备有功损耗折算成电费的成本引起。母线按年平均负荷小时数8760h考虑，电费按照0.45元/度计算，计算结果如下：表3.7运行成本OC估算费用项目GIS方案AlS方案母线及设备损耗P(KW)16母线及设备年损耗876052560F=8760P(KWH)年能耗成本W5=0.45F0.392.3730年能耗成本现值OC4.3926.69计算公式：0C=W5(PA,8%,30)(3)维护成本M

23、C估算表3.8维护成本MC费用项目GIS方案AlS方案年维护费W60.4630年维护费现值MC4.567.5计算公式：MC=W6(PA,8%,30)(4)中断供电损失成本根据本地区IlOkV变电站停电情况统计可知：AlS站每年停电7.6h,停电频率为0.76次每年；GlS站每年停电1.9h,停电的频率为0.19次/年；每小时中断停电损失电量8.8万kWh,每度电损失电费利润0.1元。综合以上数据，计算FC如下：表3.9中新供电成本FC估算费用项目GlS方案AlS方案年停电时间H(h)1.97.6年停电损失W71.6726.68830年断电成本现值FC18.8275.29计算公式：W7=8800

24、0*0.IH,FC=W7(PA,8%,30)(5)报废成本估算参照本地区其他同类变电站报废成本可知:表3.10报废成本DC估算费用项目GlS方案AlS方案设备拆除费W823设备残值W99040报废成本现值DC-8.71-3.66计算公式：DC=(W8-W9)(P/F,8%,30)o两个方案的LCC计算如下：表3.11LcC估算费用项目GIS方案AlS方案一次投资成本IC1220.411105.01运行成本OC4.3926.69维护成本MC4.567.5中断供电损失成本FC18.8275.29报废成本DC-8.71-3.66全寿命周期成本ICC1239.411270.83计算公式：LCC=IC+OC+MCFC+DC由表可知，虽然GIS方案一次投资成本比AlS方案高115.4万元，但GIS方案的运行维护、中断供电损失成本和报废成本均低于AIS方案，共降低146.82万元。综合比较，GlS方案比AIS方案节省31.42万元。因此，按照全寿命周期成本理论，应采用GlS方案。4.3综合自动化系统和常规保护系统比较4.3.1综合自动化系统和常规保护系统LCC比较现有的变电站中，常规保护系统一般被综合自动化系统取代，只有在一些贫困地区，由于综合自动化系统购置费用高仍在使用常规保护系统。本节将用LeC技术对这两种保护系统进行比较和分析。社会贴现率取6%