蘇哲 陳東明

摘要：近年來，隨著我國投運(yùn)的變電站越來越多，其設(shè)備的檢修維護(hù)成為影響人民正常生活用電的關(guān)鍵因素，變電站設(shè)備良好的運(yùn)行狀態(tài)是社會(huì)安穩(wěn)生活、安全生產(chǎn)的基石。針對變電站的老舊設(shè)備，更換和修理一直是一個(gè)存在爭議的話題，新設(shè)備成本高故障率低，老設(shè)備維修成本低但故障率高，為此，本文將全壽命分析引入變電站設(shè)備改造方案比選，為變電站老舊設(shè)備的改造方案提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：變電站;老舊設(shè)備;故障率;全壽命分析

1 引言

目前，老舊設(shè)備改造是運(yùn)行已達(dá)10年甚至20年以上的變電站普遍面臨的問題，整體更換老舊設(shè)備投資成本高，停電時(shí)間長，局部維修亦存在運(yùn)行可靠性低、潛在故障頻發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。為此，權(quán)衡兩種改造方案往往成為困擾運(yùn)檢人員的頭疼問題。

本文提出將全壽命分析方法應(yīng)用于變電站老舊設(shè)備改造方案比選當(dāng)中，綜合考慮初始投資、運(yùn)維費(fèi)用、檢修費(fèi)用、停電損失等方面因素，推選出最適合的改造方式，為運(yùn)行時(shí)間較長變電站的老舊設(shè)備改造提供新思路。

2 全壽命分析

目前全壽命分析廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，文獻(xiàn)[1]利用全壽命分析建立了電池壽命模型;文獻(xiàn)[2]借助于全壽命周期成本解決了聯(lián)合供暖的容量配置問題;文獻(xiàn)[3-4]將全壽命周期理念應(yīng)用于工程造價(jià)管理和成本控制，給同行提供了一種有效的成本控制措施。全壽命分析在電力行業(yè)也有一定涉及，電氣設(shè)備的全壽命分析即在設(shè)備使用周期年限內(nèi)，考慮包含初始采購金額、運(yùn)維檢修金額、停電損失、社會(huì)影響、報(bào)廢處置金額等方面綜合比較，分析出該電氣設(shè)備最佳的改造方案。文獻(xiàn)[5]提出了一種基于全壽命成本分析的隔離開關(guān)消缺策略，即改造相關(guān)設(shè)備的接線形式以提高運(yùn)行可靠性;文獻(xiàn)[6]利用全壽命周期成本分析對35kV殷鎮(zhèn)變電站10kV開關(guān)柜進(jìn)行了消缺分析;文獻(xiàn)[7]提出了一種基于全壽命周期的海上風(fēng)電敏感性分析。

本文針對老舊電氣設(shè)備，提出一種基于全壽命分析的改造比選策略，適用于各種類型的電氣設(shè)備。

3 比選策略概述

首先，本文所指的老舊設(shè)備均為運(yùn)行10年以上，且近年來小型故障較為頻繁，但亦可帶電工作的設(shè)備，以下幾種設(shè)備應(yīng)即刻采取整體更換而不考慮大修處理：存在家族性缺陷或生產(chǎn)廠家已經(jīng)倒閉的設(shè)備;年久失修無法通過大修恢復(fù)設(shè)備使用性能的設(shè)備;設(shè)備生產(chǎn)工藝?yán)吓f，以不能滿足新規(guī)程運(yùn)行要求的設(shè)備。

針對不在上述故障描述范圍內(nèi)的老舊設(shè)備，可提出更換和修理兩種改造方案，并根據(jù)以下三個(gè)方面進(jìn)行對比分析。第一是安全性能比較（比較改造后的設(shè)備對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行是否存在隱患）、第二是效能比較（比較改造后的設(shè)備效能及改造過程的停電損失）、第三是全壽命成本比較（比較改造后在一整個(gè)新的壽命周期內(nèi)設(shè)備的全部投資）。綜合三個(gè)方面得出評(píng)價(jià)最高的改造方案。

3.1 案例一：220kV香河變無功改造

現(xiàn)狀：220kV香河變1號(hào)主變10kV側(cè)現(xiàn)配備6Mvar并聯(lián)電容器3組，無感性無功補(bǔ)償裝置，目前3號(hào)電容器運(yùn)行13年，根據(jù)后天監(jiān)視數(shù)據(jù)，投切延遲約3分鐘，頻繁導(dǎo)致站內(nèi)功率因數(shù)不達(dá)標(biāo)。此外香河變低谷負(fù)荷時(shí)段存在5.36Mvar的感性無功缺額，為此提出兩種改造方案。方案一：修理3號(hào)電容器并新增1組6Mvar并聯(lián)電抗器及其出線間隔;方案二：拆除3號(hào)電容器并新增1組SVG裝置，該裝置利用原有3號(hào)電容器出線間隔。

安全性能比較：方案一中電容器修理后可滿足運(yùn)行要求，新增的電抗器亦可滿足感性無功補(bǔ)償要求，但無論是電容器還是電抗器都是機(jī)械投切，固有延遲在30ms以上，方案二中SVG裝置可實(shí)現(xiàn)根據(jù)系統(tǒng)中無功的缺額平滑調(diào)節(jié)，不會(huì)沖擊電網(wǎng)，且投切延遲在5ms以內(nèi)。因此方案二較方案一在安全性能方面更具優(yōu)勢。

效能比較：方案一中電容器大修計(jì)劃時(shí)間為3-5天，并聯(lián)電抗器的安裝可在不停電的條件下完成，但新增的電抗器出線間隔需與前期10kV開關(guān)柜拼接，相應(yīng)母線所接出線柜需陪停，計(jì)劃停電時(shí)間1-2天;方案二中SVG裝置安裝，可在不停電的條件下完成，SVG出線柜利用前期3號(hào)電容器出線柜，需更換連接電纜，更換時(shí)僅斷開原3號(hào)電容器出線柜內(nèi)斷路器即可，無需相應(yīng)母線出線柜陪停。因此方案二在效能方面優(yōu)于方案一。

全壽命成本比較：無功補(bǔ)償裝置按20年生命周期考慮，方案一中，電容器的大修費(fèi)用約6萬元，新增的電抗器費(fèi)用約80萬元，新增的電抗器出線柜費(fèi)用約8萬元，連接電纜約5萬元，電容器/電抗器日常大修按4年/次，檢修費(fèi)用約4萬元/臺(tái)，臨修按2年/次，檢修費(fèi)用約1萬元/臺(tái)，因此方案一在20年生命周期內(nèi)合計(jì)成本約159萬元。方案二中，新增SVG成套裝置費(fèi)用約125萬元，連接電纜約5萬元，SVG日常大修按5年/次，檢修費(fèi)用約3萬元/臺(tái)，臨修按4年/次，檢修費(fèi)用約1萬元/臺(tái)，因此方案二在20年生命周期內(nèi)合計(jì)成本約147萬元。綜上，雖然方案二在一次性采購成本上費(fèi)用高于方案一，但考慮20年生命周期內(nèi)的全部費(fèi)用，方案二較方案一節(jié)約投資12萬元。

根據(jù)以上全壽命分析得出，方案二在安全性能、效能及壽命成本3個(gè)方面較方案一更具優(yōu)勢，推薦采用方案二。

3.2 案例二：220kV雙湖變1號(hào)主變改造

現(xiàn)狀：雙湖變1號(hào)主變已帶電運(yùn)行22年，目前主要存在套管滲漏油、風(fēng)扇堵轉(zhuǎn)、及繞組工藝?yán)吓f（繞組未采用自粘型換位導(dǎo)線，為單根扁銅線），中壓側(cè)抗短路能力不足的缺陷，為此提出兩種改造方案。方案一：返廠修理1號(hào)主變，更換主變線圈，更換滲漏油套管，將風(fēng)冷改造為自冷;方案二：拆除1號(hào)主變，并采購1臺(tái)新的自冷主變壓器。

安全性能比較：方案一將1號(hào)主變返廠修理，更換主變繞組，更換主變絕緣油、密封件，對所有夾件進(jìn)行緊固等，修理后有效提高設(shè)備抗短路性能，提升設(shè)備運(yùn)行可靠性。方案二更換為1臺(tái)新變壓器，新主變在設(shè)計(jì)參數(shù)及制造水平上提高顯著，可有效解決220kV雙湖變1號(hào)主變存在的安全隱患，有利于提高主變長期運(yùn)行的可靠性和安全性。因此方案一與方案二在安全性能方面等同，并無較大差別。

效能比較：方案一改造后，設(shè)備供電可靠性增加，故障停電風(fēng)險(xiǎn)降低，設(shè)備等效利用率達(dá)到98%以上。減少設(shè)備檢修運(yùn)行維護(hù)次數(shù)，降低了檢修運(yùn)行維護(hù)成本。電網(wǎng)安全進(jìn)一步加強(qiáng)，總體等同于方案二。需要說明的是，結(jié)合該站實(shí)際運(yùn)行情況，1號(hào)主變返廠修理期間，站內(nèi)負(fù)荷可由2號(hào)、3號(hào)主變暫代，因此不會(huì)發(fā)生因大修時(shí)間較長所帶來的供電損失的情況。若有類似工程，而站內(nèi)正常運(yùn)行的變壓器無法帶全站負(fù)荷，則需另行考慮負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案。

全壽命成本比較：主變壓器按30年生命周期考慮，方案一中，主變大修費(fèi)用費(fèi)用約220萬元，主變返廠運(yùn)輸費(fèi)用約20萬元，修理后的主變將恢復(fù)性能指標(biāo)，日常大修按5年/次，檢修費(fèi)用約4萬元/臺(tái)，臨修按3年/次，費(fèi)用約2萬元/臺(tái)，因此方案一在30年生命周期內(nèi)合計(jì)成本約284萬元。方案二中，新購的主變壓器約560萬元/臺(tái)，老主變報(bào)廢可折舊約80萬元/臺(tái)，新主變?nèi)粘４笮薨?年/次，檢修費(fèi)用約4萬元/臺(tái)，臨修按3年/次，費(fèi)用約2萬元/臺(tái)，因此方案二在20年生命周期內(nèi)合計(jì)成本約524萬元。綜上，方案一在壽命周期內(nèi)成本較方案二節(jié)約約140萬元。

根據(jù)以上全壽命分析得出，方案一在安全性能及效能方面與方案二相同，壽命周期成本較低，因此方案一更具優(yōu)勢，推薦采用方案一。

4 結(jié)語

結(jié)合以上案例，可見本文所提的全壽命分析可應(yīng)用于變電站內(nèi)各種不同類型的老舊設(shè)備改造當(dāng)中，需要注意的是，不同變電站實(shí)際情況不同，如站址面積、設(shè)備布局、負(fù)荷重要性等多方因素，根據(jù)不同變電站的實(shí)際情況，結(jié)合運(yùn)維人員的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用全壽命分析總結(jié)歸納出更加合適的設(shè)備改造方案，為變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行、人民生產(chǎn)生活供電提供技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)

[1]徐鑫，張濤，孫中博，李甜甜，高建平.考慮全壽命周期成本的PHEB控制策略[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2022，45（07）：174-180.

[2]馬奎倫，樊小朝，史瑞靜，王維慶，程志江.基于全壽命周期成本的電轉(zhuǎn)熱-燃煤/氣鍋爐聯(lián)合供暖容量優(yōu)化配置[J].熱力發(fā)電2022，1-6.

[3]孫敬.全壽命周期建筑工程造價(jià)管理研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2022（03）：242-244.

[4]李飛虎.簡析基于全壽命周期分析的項(xiàng)目成本控制模型[J].新經(jīng)濟(jì)，2014（17）：34.

[5]趙輝程，唐艦.基于LCC的110kV東門變電站隔離開關(guān)消缺策略研究[J].供用電，2017，34（04）：88-92.

[6]華梅，蘇哲.35kV殷鎮(zhèn)變電站10kV開關(guān)柜消缺策略研究[J].中國設(shè)備工程，2020（06）：151-152.

[7]金長營.海上風(fēng)電項(xiàng)目全壽命周期的成本構(gòu)成及其敏感性分析[J].太陽能，2022（03）：10-16.