CN102760246A - 基于全寿命周期成本管理高压电缆设计选型数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于全寿命周期成本管理高压电缆设计选型数据处理方法，该方法包括以下步骤：1)计算机选择两个电缆截面数据；2)计算模块进行全寿命周期成本管理参数计算处理，确定各类成本结构数据；3)处理器对计算结果的合理性进行判断，如果判断为是则进行灵敏度分析，否则返回步骤2)；4)处理器判断是否收到用户确认优选方案排序的信号，如果判断为是则打印报表，完成高压电缆设计选型数据处理，否则返回步骤3)。与现有技术相比，本发明具有能解决各类成本的平衡问题，还能节省能源、改善环境，且可提高资金使用效率，提高电网可靠性等优点。

Description

基于全寿命周期成本管理高压电缆设计选型数据处理方法

技术领域

本发明涉及高压电缆设计选型数据处理方法，尤其是涉及基于全寿命周期成本管理高压电缆设计选型数据处理方法。

背景技术

随着中国城镇化的发展，市区电缆化已经成为城市电网建设的主要方向。由于电缆化建设资金投资大、涉及面广，使用周期长，所以在进行电缆化建设时，一定要把电网建设和城市建设统筹考虑，坚持电网与城市同步发展，电网适度超前的原则满足负荷10-15年的增长需要，因而，高压电缆的设计选型不仅仅是考虑电缆及其相关工程的初投资，还要进行全寿命周期成本的核算，获得全寿命周期成本为最小的设计选型方案，使社会资源得以充分利用，促进低碳经济的发展。

全寿命周期成本(LCC)管理是全面考虑设备在系统规划、设计、制造、购置、安装、运行、维修、改造、更新、直至报废的全过程，通过统筹考虑，使整个寿命周期成本最小的一种方法，它的特点是量化决策，将各种成本叠加在一起后，最终以成本作为判断的依据，全面、科学地衡量设备的投入产出比，以获得最佳的方案。

怎样将全寿命周期成本(LCC)管理与高压电缆设计选型结合起来，才能较好地处理投资初成本与整体和长远经济性的问题，达到节省能源、改善环境和促进低碳经济发展的目的是个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能解决各类成本的平衡问题，还能节省能源、改善环境，且可提高资金使用效率，提高电网可靠性的基于全寿命周期成本管理高压电缆设计选型数据处理方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：基于全寿命周期成本管理高压电缆设计选型数据处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)计算机选择两个电缆截面数据；2)计算模块进行全寿命周期成本管理参数计算处理，确定各类成本结构数据；3)处理器对计算结果的合理性进行判断，如果判断为是则进行灵敏度分析，否则返回步骤2)；4)处理器判断是否收到用户确认优选方案排序的信号，如果判断为是则打印报表，完成高压电缆设计选型数据处理，否则返回步骤3)。

所述的全寿命周期成本管理参数包括初次投入费用、运行费用、检修维护费用、故障费用、设备退役处置费用。

所述的初次投入费用为购置费、安装调试费和实验验收费用之和。

所述的运行费用为红外检测费与紫外检测费之和再与单位套数之积。

所述的检修维护费用包括周期性维护和试验费用。

所述的故障费用包括故障检修费和故障损失费。

所述的设备退役处置费用为退役处理费与废品回收费之差。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、可以解决各类成本的平衡问题。

2、较好地处理投资初成本与整体和长远经济性的问题，达到节省能源、改善环境和促进低碳经济发展的目的。

3、可提高资金使用效率，提高电网可靠性，具有重要的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的硬件结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，基于全寿命周期成本管理高压电缆设计选型数据处理方法，该方法包括以下步骤：

步骤1)计算机选择两个电缆截面数据；

步骤2)计算模块进行全寿命周期成本管理参数计算处理，确定各类成本结构数据；

步骤3)处理器对计算结果的合理性进行判断，如果判断为是则进行灵敏度分析，否则返回步骤2)；

步骤4)处理器判断是否收到用户确认优选方案排序的信号，如果判断为是则打印报表，完成高压电缆设计选型数据处理，否则返回步骤3)。

本实施例选定截面为800mm²的高压电缆为实例，进行LCC计算，先确定计算基本数据：计算寿命周期N取30年，计算利率i＝5％，计算下列各项成本。

初始投入费用CI的计算：初始投入成本CI包括购置费、安装费、试验验收费，

购置费：本体三相为1821.75元/米，附件4.72万/套

排管内敷设，每米/3相电缆69.3元

中间接头：套/3相8132元

终端头：套/3相10342元

试验验收费用(过程试验+验收试验)(16.65+19.98)元/米

这样，根据电缆本体长度和采用的接头数量可计算出初始投资成本CI、在这里假定为电缆长度5km，附件一套，计算得CI为：

CI＝1821.75×5000+47200+69.3×5000+8132+10342+(16.65+19.98)×5000＝9108750+47200+346500+8132+10342+183150＝9704074元

实际计算时，可将CI分成与截面的大小有关的部分和无关的部分两大类，其中和截面有关的部分包括本体和附件购置费、敷设费，和截面无关的部分包括试验验收费，因而CI可抽象为CI＝Kx+b，其中K和b可由实际案例确定。

由于CI发生在工程的起始年，如LCC以现值表示，则不予折算。运行费用CO的计算

运行成本CO由两部分组成，一部分是运行巡查费用，一部分是电缆损耗费用，其中运行巡查费用包括环境巡视、专业检查、地温检测、感应电流检测、红外检测、紫外检测、特巡、抽检试验等，各种运行巡查费用确定如下：

a.环境巡测每年0.987元/m

b.专业检查每年0.134元/m(不含油瓶)

c.地温检测每年0.828元/m

d.感应电流检测每年2.543元/m

e.红外检测每年1744元/套

f.紫外检测每年463元/套

g.特巡每年1.553元/km

h.抽检试验每年1.94万

如电缆仍以5km长度计算，可得每年运行巡查费用为(人工费+车辆费+仪器费等)

(0.987+0.134+0.828+2.543+0.001553)×5000+1744+463+19400＝44074.8元。

由于上述费用是每年发生的，因而计算出每年费用FV后再利用现值折算公式折算到初始年份。

$\mathrm{PV}=\frac{\mathrm{FV}}{{(1+i)}^n}\·n=\mathrm{0.1.2}......30$

运行成本的第二部分是电缆的损耗部分，计算得出截面为800平方毫米的电缆运行30年的损耗为0.0259098元/米。

电缆年度损耗费用CJ的计算：

CJ包括电能损耗费(简称电费)和为供电给损耗所需的电网补充装机费(能源需求费)。

1)电能损耗费用

只考虑负荷电流引起的发热(即焦耳)损耗，不考虑与电压有关的损耗。

$T={\∫}_0^{8760}{I\left(t\right)}^2\mathrm{dt}/I_{\max }^2\left(2\right)$

式中：I_max——第一年电缆最大负荷，A；

l——电缆长度，m；

R——单位长度导体视在交流电阻，Ω/m，计及集肤效应、邻近效应，以及金属屏蔽和铠装的损耗；

Np——每回路相线数；

Nc——用于同一负荷的电缆回路数；

T——最大损耗运行时间，h/年；

t——时间，全年8760小时；

I(t)——负荷电流，时间的函数，A。

可按全年实际发生的负载损耗计算出相当于最大损耗下的运行时间。为方便计算，引入损耗系数μ。μ＝每年每kW损耗实际消耗的电度数/8760。

因此，如果已知损耗系数μ，并假定在电缆经济寿命期内保持不变，则T＝8760μ

式中：P——电压水平下0.001kW·h的电价。

实际计算时，通常简化成如下计算公式：

电缆年损耗费用＝电缆年损耗电量×成本电价＝(年交流电阻损耗电量+年介质损耗电量)×成本电价

年交流电阻损耗电量ΔN＝3Ijf2r0L×年运行小时×10-3kWh

式中：r0为电缆线路每相导线单位长度的30℃导体交流电阻值。

均方根电流值Ijf取为：最大设计负荷电流×均方根电流系数＝额定电流×年平均负荷率。

L为单位长度，年平均运行小时取8760h。

电缆年介质损失N＝U2ωC0Ltanδ×年平均运行小时×10-3kWh

式中：U电缆工作电压，C0电缆每相工作电容，tanδ电缆绝缘介质损失角的正切，L为单位长度，年平均运行小时取8760h。

2)电网补充装机费(能源需求费)

电网补充装机费是为了供给“损耗”而在电网中需增加的发电安装容量投资。因在尖峰负荷期间，该发电容量是不具备的，需别处提供。

式中：D——每年能源需求费用。

因此，由式(3)和(4)可以求出

通常假定在年末支付费用(终值)，应将上述费用折算成采购日的现值。可采用技术经济学中一次支付现值公式：

现值＝终值(1+i/100)-N

式中：i——贴现率，％。不包括通货膨胀的影响，并假定在电缆寿命期内保持不变；

N——计算周期，年。这样，第1年由损耗引起的总费用现值

$A_1=\left(I_{\max }^2{\mathrm{RlN}}_P{N}_c\right)(\mathrm{TP}+D)/(1+i/100)A/(1+i/100)---\left(6\right)$

因为电缆的损耗与负荷的年增长率a(％)以及能源成本年增长率b(％)有关，同样假定a和b在电缆寿命期内保持不变。因此：

A₂＝A(1+a)²(1+b)/(1+i/100)²

A₃＝A(1+a)⁴(1+b)²/(1+i/100)₃

.

.

.

A_N＝A(1+a)^2(N-1)(1+b)^(N-1)/(1+i/100)^N

在电缆经济寿命期N年内，由损耗引起的总费用现值总和为上述N项之和。实际上，上述数列为一个等比数列，其公比为r＝(1+a)²(1+b)/(1+i/100)。由等比级数求和公式，可得：

N年内由损耗引起的总费用现值总和为A/(1+i/100)×(1-r^N)/(1-r)

$\mathrm{CJ}=\left(I_{\max }^2{\mathrm{RlN}}_P{N}_c\right)(\mathrm{TP}+D)Q/(1+i/100)---\left(7\right)$

Q＝(1-r^N)/(1-r)    (8)

r＝(1+a)²(1+b)/(1+i/100)    (9)

检修维护费用CM的计算：电缆的检修维护包括接地电阻测量，护层摇测、局放试验、电缆附件清擦等，同理确定各项费用如下：

a.接地电阻测量21.54元/m，每3年一次

g.护层摇测4.16元/m，每3年一次

c.局放试验85.63元/m，每3年一次

d.附件清擦(297+807)元每3年一次

因而得5km长度电缆3年一次的维护费用为：

(21.54+4.16+85.63)×5000+297+807＝557754元

再用现值公式进行折算。

故障费用CF的计算：故障成本包括抢修费用和停电损失，分别计算如下：

抢修费用包括材料费、安装费、封头去潮费、电缆运输费、法人管理费、税收费、GIS配合费(如有GIS的话)、试验费、调度操作费和故障测巡费，按附录二计算实例，抢修更换一段350米的电缆需费用共计107.63万。

电量损失的计算假定检修停电3天，停电功率40MVA，电价0.50元/千瓦时，则停电一次损失为：

40000×24×3×0.5＝144万元。

两项合计为208.78万元。

废弃成本CD的计算：废弃成本CD包括拆迁费用和回收收入，拆迁费用以安装费的62％计(本体)，接头以35％计，则得800mm2电缆每米回收价356元(以铜价每吨5万元计)，算得回收价如下：

5km×356＝1780000元

拆迁费用为本体42.95元/m，接头(2846+3619)＝6465每套

如仍以5km计算，CD＝1780000-(42.95×5000+6465)

＝1780000-214750-6465＝1558785元

CD发生在寿命周期的最后一年，因而要折算到起始年份。

计算得到各分类成本后，进行折现并叠加，可算出LCC，然后可进行成本组成和比例计算，根据成本比例可分析出电缆的LCC主要驱动因子在哪个成本上，因而可对症下药，找出减少LCC的方向或途径。

用LCC进行不同界面设计选型的计算实例：下面以上海市电力公司2009年的一次工程招标为例，进行选择不同截面(630平方毫米和800平方毫米)的LCC现值(元/每米)比较计算，利用计算机软件得到如下结果：

表1显示了截面为630平方毫米，负荷率25％的LCC值。

表1负荷率为25％的LCC计算结果

LCC	现值	终值
				单位：万元
CI＝	0.1837	0.7939
			CO＝	0.0340	0.1471
CM＝	0.1295	0.5599
			CF＝	0.0083	0.0357
CD＝	-0.0185	-0.0798
			CI+CD＝	0.1652	0.7141
LCC现值＝	0.3371

LCC终值＝

1.4568

表2显示了截面为630平方毫米，负荷率50％下的LCC计算结果。

表2负荷率为50％的LCC计算结果

LCC	现值	终值
				单位：万元
CI＝	0.1837	0.7939
			CO＝	0.0823	0.3558
CM＝	0.1295	0.5599
			CF＝	0.0083	0.0357
CD＝	-0.0185	-0.0798
			CI+CD＝	0.1652	0.7141
LCC现值＝	0.3854
			LCC终值＝	1.6655

表3显示了截面为630平方毫米，负荷率100％下的LCC计算结果。

表3负荷率为100％的LCC计算结果

LCC	现值	终值
				单位：万元
CI＝	0.1837	0.7939
			CO＝	0.2755	1.1907
CM＝	0.1295	0.5599
			CF＝	0.0083	0.0357
CD＝	-0.0185	-0.0798
			CI+CD＝	0.1652	0.7141
LCC现值＝	0.5785
			LCC终值＝	2.5004

表4显示了截面为800平方毫米，负荷率25％下的LCC计算结果。

表4负荷率为25％的LCC计算结果

LCC	现值	终值
				单位：万元
CI＝	0.2104	0.9548
			CO＝	0.0329	0.1494
CM＝	0.1360	0.6171
			CF＝	0.0092	0.0417
CD＝	-0.0226	-0.1025
			CI+CD＝	0.1878	0.8523
LCC现值＝	0.3659
			LCC终值＝	1.6605

表5显示了截面为800平方毫米，负荷率50％下的LCC计算结果表。

表5负荷率为50％的LCC计算结果

LCC	现值	终值
				单位：万元
CI＝	0.2104	0.9548
			CO＝	0.0730	0.3315
CM＝	0.1360	0.6171
			CF＝	0.0092	0.0417
CD＝	-0.0226	-0.1025
			CI+CD＝	0.1878	0.8523
LCC现值＝	0.4060
			LCC终值＝	1.8426

表6显示了截面为800平方毫米，负荷率100％下的LCC计算结果。

表6负荷率为100％的LCC计算结果

LCC	现值	终值
				单位：万元
CI＝	0.2104	0.9548
			CO＝	0.2336	1.0600
CM＝	0.1360	0.6171
			CF＝	0.0092	0.0417
CD＝	-0.0226	-0.1025
			CI+CD＝	0.1878	0.8523
LCC现值＝	0.5666
			LCC终值＝	2.5711

分析上述六个表的数据，我们可得到如下结论：

随着负荷率的增加，运行成本的比例增加较快，对于630平方毫米的电缆来说，对应于负荷为25％、50％和100％，其运行成本在LCC中的比例分别为10.1％、21.4％和47.6％，而对于800平方毫米的电缆来说，其相应数据为9.0％，18.0％和41.2％；

随着负荷率的增加，选择高一档的截面可以有小的LCC，在此例中，当负荷率为50％时，对应的630截面的LCC为0.3854元/米，对应800截面的LCC为0.4060元/米，而负荷率上升到100％时，则LCC发生了方向上变化，对应630截面的LCC为0.5785元/米，而对应的800截面为0.5666元/米。此间可以看出，运行电流的大小和持续时间对LCC的定量影响。

为实施本发明方法，还需要的硬件装置为计算机，该计算机包括处理器21、打印机22、键盘23、计算模块24。打印机22、键盘23、计算模块24分别与处理器21连接。首先计算机选择两个电缆截面数据；计算模块24进行全寿命周期成本管理参数计算处理，确定各类成本结构数据；处理器21对计算结果的合理性进行判断，处理器21判断是否收到用户确认优选方案排序的信号，如果判断为是则打印报表。

Claims (7)

1.基于全寿命周期成本管理高压电缆设计选型数据处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)计算机选择两个电缆截面数据；

2)计算模块进行全寿命周期成本管理参数计算处理，确定各类成本结构数据；

3)处理器对计算结果的合理性进行判断，如果判断为是则进行灵敏度分析，否则返回步骤2)；

4)处理器判断是否收到用户确认优选方案排序的信号，如果判断为是则打印报表，完成高压电缆设计选型数据处理，否则返回步骤3)。

2.根据权利要求1所述的基于全寿命周期成本管理高压电缆设计选型数据处理方法，其特征在于，所述的全寿命周期成本管理参数包括初次投入费用、运行费用、检修维护费用、故障费用、设备退役处置费用。

3.根据权利要求1所述的基于全寿命周期成本管理高压电缆设计选型数据处理方法，其特征在于，所述的初次投入费用为购置费、安装调试费和实验验收费用之和。

4.根据权利要求1所述的基于全寿命周期成本管理高压电缆设计选型数据处理方法，其特征在于，所述的运行费用为红外检测费与紫外检测费之和再与单位套数之积。

5.根据权利要求1所述的基于全寿命周期成本管理高压电缆设计选型数据处理方法，其特征在于，所述的检修维护费用包括周期性维护和试验费用。

6.根据权利要求1所述的基于全寿命周期成本管理高压电缆设计选型数据处理方法，其特征在于，所述的故障费用包括故障检修费和故障损失费。

7.根据权利要求1所述的基于全寿命周期成本管理高压电缆设计选型数据处理方法，其特征在于，所述的设备退役处置费用为退役处理费与废品回收费之差。

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