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1、 599 基于二牛 66kV 变电站二次系统全寿命周期（LCC）分析研究 万青刘涛陈宝琪（沈阳电力勘测设计院）【摘 要】介绍了沈阳二牛智能变电站二次系统情况，采用 LCC 的技术方法对智能变电站的二次系统成本和综合效益进行了评估，并将实际运行的智能变电站的运营数据作为样本数据，进行了量化分析。【关键词】智能变电站 LCC 投资成本 运维成本 0 二牛66kV变电站工程概述 变电站按智能站建设，智能化方案按常规电气设备加智能组件完成。本工程采用国网公司通用设计 66C1-2 方案进行设计。（1）主变压器本期 2 台 20MVA，远期 2 台 40MVA；（2）66kV 出线本期 2 回，远期 2
2、 回；（3）10kV 出线本期 8 回，远期 24 回；(4）本期每台主变 10kV 侧配置 1 组户外框架并联电容器，终期配置 2 组 3Mvar 考虑.（5）智能变电站自动化系统的设备配置和功能要求按无人值班模式设计。1 二次设备组屏及布置 二牛 66kV 变电站二次设备室布置操作主机柜 1 面,远动通信柜 1 面，综合服务器柜 1面，数据服务器柜 1 面，图形网关机柜 1 面，公用柜 1 面，网络分析记录仪柜 1 面，主变保护测控柜 2 面，桥保护测控柜 1 面，调度数据网络柜 1 面，交直流一体化电源柜 8 面，智能辅助控制系统柜 1 面.10kV 系统按照开关间隔配置,采用保护测控一
3、体化装置,就地安装在对应10kV 开关柜内.电能表布置在 10kV 开关柜内 600 主变压器电量保护集中组屏安装于二次设备室内,主变本体保护及智能终端布置在变压器本体附近。2 变电站二次系统经济效益分析 变电站二次系统设备投入成本包括设备的采购、安装、调试、运行、维护、更换以及其相对应的所有活动劳务成本的投入,其中采购、安装、调试是设备的初期投入成本，也即是一次性投入成本，设备的运行维护或更换成本是设备在使用阶段的投入成本，该投入受设备质量、维护周期、设备使用寿命制约，不同设备该项投入成本都不一样，降低设备投入成本主要是降低设备运行维护和更换成本,提高设备质量，延长设备使用寿命，延长设备定期
4、检修时间。二次设备由定期检修过渡到状态检修是减少设备运行维护成本最佳手段，也是提高二次设备经济效益最佳途径。3 智能变电站二次系统LCC分解 智能变电站二次系统中一体化监控系统功能的实现，使其二次系统具有了减少系统硬件配置、网络化软功能、免维护等特点。其寿命周期费用中，设备投资及运行维护成本均不同于常规变电站，因此，其寿命周期费用具有一定的特殊性。智能变电站二次系统 LCC 指的是二次系统经济寿命周期内所支付的全部费用，由以下四部分组成：初始投入成本（CI）、运维成本(CO）、故障引起的中断供电损失成本（CF）、以退运处置成本（CD).因此,二次系统全生命周期成本可以写成：LCC=CI+CO+
5、CF+CD 3。1投资成本CI 二次系统的一次性投资成本主要包括二次系统购置费用（CI1)、安装调试费用(CI2）、其它费用(CI3）等投产使用前的所有投资。这部分包含的内容较多，涉及的范围也较广,因此，我们采用工程法对各项费用进行估算,然后逐项叠加，以此来估算其一次投资成本。CI=CIl+CI2+CI3（1)设备购置成本（CI1）根据二牛 66kV 变电站建设规模,取本站二次系统中各项设备与常规综自系统相对应。包括有：保护测控、监控系统、五防、控制电缆等主要二次设备.见表 1。（2)安装调试成本(CI2）各设备安装调试成本计算见表 2.智能变电站二次系统使全站二次回路及保护端子排大大简化，减
6、轻了电缆敷设、接线工作量，最大程度地避免了二次回路误接线、断线的可能，极大地减轻了安装调试过程中二次回路查线工作量,缩短了设备安装调试时间,提高了安装调 601 试的效率。602 表1 主要二次设备购置投资成本对照表 设备类别 设备名称 常规综自系统 智能变电站二次系统 节约投资 节约投资 百分比 配置 投资（万元）配置 投资（万元）保护及测控 主变保护测控 3面 45 2面 30 15 33。3%桥保护测控 1面(2台装置）10 1面(1台装置）7 3 33。3%备自投 1面 10 集成功能-10 100%监控系统 一体化监控系统 1套 30 1套 36 6 五防 五防工作站 1套 13 集
7、成功能-13 100%电缆 控制电缆及辅料 8.5KM 35。5 4KM 16.7 18。8 53%蓄电池 直流+通信蓄电池 2组 25 1组 13 12 48 合计 168.5 102。7 65。8 40%表2 二次系统主要设备安装调试成本对照表 设备类别 设备名称 常规综自系统 智能变电站二次系统 节约投资（万元)工时 元/工时 数量 安装调试费（万元）配置 数量 安装调试费（万元）保护及测控 主变保护测控 80 240 3 5.8 2 3.9 1.9 桥保护测控 60 240 1 1。44 1 0。8 0.64 备自投 40 240 1 0。96 集成功能 0.96 监控系统 系统 54
8、0 240 1 13 1 13 0 五防 专用系统 40 240 1 0.96 集成功能 0。96 合计 22.16 17。7 4。19 603(3）其它费用(CI3）施工设计方面，智能变电站二次系统极大地减少了施工设计的工作量,与常规综合自动化变电站相比,由于取消了大部分控制电缆，用 GOOSE 网络代替了常规的控制电缆构成的二次回路，每个间隔端子箱、机构箱、保护屏端子排只有交直流电源，变得非常简单，一个间隔只用一组光纤网络即可实现所有的设备连接，实现各项功能。施工设计出图量仅为常规综合自动化变电站的 23。施工设计时间则可以大大缩短。3.2运行维护成本CO 设备全寿命周期内运行维护成本为设
9、备定期检验（CO1)、日常巡视（CO2）、现场操作(CO3)等费用。（1）设备定期检验费用(CO1）按二次系统中常规设备生命周期为 12 年计算,按照规程要求，在整个生命周期内设备检验次数为新安装、投运一年、投运第七年共三次，其中新安装时调试费用已计入安装调试成本（CI2），本处只计算两次定期检验的费用，在设备生命周期内节约的定检费用为 31 万元（2）日常巡视费用(CO2)由于智能变电站二次系统配置智能辅助控制系统，集控中心监控人员可以随时方便地查看现场二次设备的运行状态，这就相当于实现了变电站二次设备的远方巡视，即在集控中心对变电站二次系统设备及网络的运行状态进行巡视。在现场二次设备或网络
10、故障时，同样集控中心监控人员能够在第一时间发现故障，并准确地对故障设备或网络节点进行定位。目前常规无人值班变电站日常巡视周期为每 3 天巡视一次，智能变电站可以通过集控中心的远方巡视代替现场巡视,从而提高日常巡视效率，大大降低无人值班变电站的日常巡视工作量,具备智能辅助控制系统的智能变电站可以由原来的巡视周期 3 天延长为 2 周或者更长。智能变电站现场巡视周期以 2 周计算,在一年内巡视次数为 24 次,每次巡视需 2 人 4 个小时，则一年内变电站日常巡视所需耗费的工时为 192。常规无人值班变电站巡视周期按目前执行的 3 天计算，在一年内巡视次数为 121 次，每 604 次巡视需 2
11、人 4 个小时,则一年内变电站日常巡视所需耗费的工时为 968.由此可以看出，智能变电站二次系统与常规无人值班变电站相比,可以大大减少日常运行巡视工作量。（3）现场操作费用（CO3）智能变电站二次系统的智能化操作能够大大降低运行人员现场操作的劳动强度和提高工作效率。拿变压器倒闸操作来讲，常规的倒闸操作需要运行人员依次进行变压器各侧断路器和隔离开关等多项操作，且每操作一次均需进行设备位置的确认及五防逻辑的校验。完整的一次变压器倒闸操作一般需要半个小时。而采用智能操作进行变压器倒闸操作时,用一个综合命令代替原来的多个单项操作,完整的变压器倒闸操作仅需要不到几分钟时间，大大提高了运行人员倒闸操作的效
12、率。3。3 故障成本（CF）故障成本主要统计设备在正常运行过程中突然出现故障或异常,需要临时处理而引起的人工费、材料费、交通费等，以及由于设备故障导致设备停运时造成的其他损失。常规综合自动化变电站由于二次回路复杂，二次回路缺陷发生的概率极高,特别是在恶劣天气情况下，二次回路直流接地、回路断线、节点接触不良等缺陷频发，缺陷处理成本远远高于网络化智能变电站。从目前沈阳地区投运的智能变电站来看，运行良好,尚未发生运行故障问题。4 智能变电站二次系统LCC分析评价 4。1 购置成本分析 由表 l 比较可见，在智能变电站二次系统各项设备中，高于常规综自站投资费用的设备是监控系统.监控系统的购置成本较常规
13、综自站高出 16。7，原因由于包含有一体化监控系统功能以及高级应用功能所致。低于常规综自系统投资的设备依次为控制电缆、保护测控设备、蓄电池等。其中，控制电缆较常规综自站节约 53，减少单项购置费用 18。8 万元；备自投功能 605 嵌一体化监控系统中,取消了相应装置硬件，也节约了一部分购置费用。由表 1 可见，智能变电站二次系统设备购置成本较常规综自站下降了 40.大大节约了设备投资成本。4.2 安装调试成本分析 由表2可以看出,智能变电站安装调试较常规综自系统节约20,节约安装调试费用的原因有以下几点：（1）优化整合了常规变电站的控制电缆二次回路，使得二次回路的调试工作量很少.而常规变电站
14、安装调试时二次回路的调试与查线工作高于装置本身的调试工作量。（2)智能变电站二次系统实现了系统配置、通信协议、元件模型等标准化，使得变电站的安装调试工作变得更加简单，大量的调试工作在设备出厂联调时均已完成，现场的联调工作主要是验证性试验，使得系统的调试工作变得非常简单。4.3 运行维护成本分析 通过前面的分析可以看出，智能变电站在运行维护方面的优势显得尤为突出.由于二次系统应用了可视化网络安全监视技术,可以在集控中心对变电站二次系统进行远程巡视，从而延长现场巡视的周期，大大降低运行人员日常巡视的工作量。在运行操作方面，智能操作功能大大提高了倒闸操作的效率，提高了运行管理水平。4.4 故障损失成
15、本分析 由于智能变电站二次回路用光缆代替了传统的电缆，解决了电磁干扰问题，使得变电站二次回路的运行环境得到了改善，大大消除了二次回路的缺陷，极大地降低了设备缺陷处理的成本.606 表3 二次系统(主要设备）设计对照表 项 目 名 称 安全可靠性 设计 易维护性设计 可施工性 设计 可扩展性 设计 节约环保性设计 可回收性 设计 事故处置防灾设计 LCC最优 设计 常规综自 系统 二次回路接线复杂，故障点多 维护工作量大 控制电缆接线及二次回路调试工作量大,建设周期长 可扩展 设备配置繁多，功能重复，浪费资源 一般 不适用 233.59万元 智能二次 系统 优化装置、二次回路功能整合，故障点少
16、远程维护，工作量及人员配置少 节约电缆约53、减少施工周期，安装调试工作量减少,建设周期短 可扩展 设备优化配置,投资减少 一般 不适用 146.9万元 607 5 结论 二牛 66kV 变电站采用智能变电站二次系统，解决了传统综自二次系统的诸多问题，大大提高了供电可靠性，减少了调试、配置、运行、维护等成本.采用 LCC 的技术方法对智能变电站的成本和综合效益进行了评估，并将实际运行的智能工程的运营数据作为样本数据，进行了量化分析，LCC 结果表明二牛 66kV 变电站采用智能变电站在保证供电可靠性的基础上，较传统的综自系统的全生命周期成本大幅降低，同时也用实际数据说明了国网公司在电力系统建设中所倡导的全生命周期管理的发展策略是科学的.参考文献 1 变电站全寿命周期设计建设技术导则。国家电网公司基建部，2013 作者简介 刘涛，本科，工程师，从事 220kV 及以下变电站电气一、二次设计工作。万青，本科，注册电气工程师，注册咨询师，高级工程师,从事电力规划、500kV 及以下电力工程设计及 管理工作。陈宝琪,硕士，沈阳电力勘测设计院变电室主任，从事 500kV 及以下变电站电气一次、二次设计工作.