摘 要：针对智能变电站设计的全寿命周期管理在设计方面的方案比较、系统构成及设备选择的简单分析，通过设计过程中所采取的思路、方法与措施，为全寿命周期在智能变电站设计中的应用及设计方案的实施提供了一些有用的参考与借鉴，具有一定的实用性。
关键词：智能变电站;全寿命周期;技术经济
0 引言
本文针对智能变电站主要设计方案以及关键设备选择上充分应用了全寿命周期设计方法，对电气主接线配串方案、电子式互感器的选择、二次系统优化整合、无人值班站方案设计、站区总体规划布置、构支架形式和基础形式等方面进行优化设计。并运用全寿命周期成本计算方法对330 kV支持式管母、35 kV插接式组合电器、主变状态监测装置、智能变电站高级应用、建筑外墙保温、智能采暖通风系统以及主变消防系统等方面进行详细的技术经济比较，共节省全寿命周期成本约6 080×104元，使工程全寿命期内整体的技术性和经济性都得到明显的优化和提高。
运用全寿命周期理念指导工程建设，从工程项目的整体出发,反映项目全寿命期的要求，可大大提高项目管理的整体效率和效益。
1 概述
1.1智能变电站的基本特征及其设计原则
智能变电站由先进、可靠、节能、环保、集成的设备组成，以高速网络通信平台为基础，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协调互动等高级应用功能【3】。
1.2 工程全寿命周期管理的定义及特点
工程项目全寿命周期管理是指对工程项目全寿命周期内各个阶段各项活动进行全局、全过程的管理。设计是工程建设的灵魂。工程的全寿命周期设计就是将全寿命周期管理理念引入设计环节，经比较选出技术可靠、经济合理的最佳方案。具体的说，变电站项目的全寿命周期设计理念主要包括以几个方面：可靠性与安全性设计、可维护性设计、可施工性设计、可回收性设计、防灾与突发事件处理设计以及全寿命周期成本最优化设计，贯穿于项目的全寿命周期。
全寿命周期成本最优化设计可以说是整个工程全寿命周期设计的基本手段和核心内容，并与其他七个方面相辅相成。所谓变电站工程的全寿命周期成本 (Life Cycle Cost，简称LCC)管理就是在可靠性的基础上使设备或系统的全寿命拥有成本为最低的管理。在设备采购中，不仅仅是考虑设备的购买价格，而更要考虑设备在整个全寿命周期内的支持成本，包括安装、运行、维修、改造、更新直至报废的全过程，其核心内容是对设备或系统的LCC进行分析计算，以量化值进行决策。
主要应用 LCC计算模型框架如下：
LCC=CI+ CO+CM+CF+CD。
式中，LCC是指设备在全寿命周期内的总成本，元;CI是指初次投入成本，元;CO是指运行成本，元;CM是指检修维护成本，元;CF是指故障成本，亦称惩罚成本，元;CD是指设备退役处置成本，元。
智能变电站设计所遵循的原则与工程全寿命周期管理总体指导思想和目标体系相一致：它对智能设备提出了测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化的总体要求，突出了以人为本的全寿命周期管理理念;它要求优化设备配置，实现功能的集成整合，反映了工程可施工性、可扩展性和节约环保性的全寿命周期设计原则;它需要在国网公司“三通一标”和“两型一化”的原则指导下优化创新，追求成本优化，资源合理应用，降低工程全寿命周期成本;它利用在线监测技术对关键设备实现状态检修、减少停电次数，提高变电站运行的自动化水平和检修、管理效率，利于工程全寿命周期成本优化。智能变电站在国网公司统一规划下，以统一的标准建设发展，减少设备类型和备品备件储备，合理利用资源，这一点也是工程全寿命周期管理所追求的目标【2】。
2 本工程基于全寿命周期理念的设计方案
2.1电气主接线技术经济分析
基于全寿命周期“可靠性与安全性”设计原则，设计针对电气主接线进行多方案可靠性分析和技术经济比较。确定接线运行可靠性高，占地面积小，扩建方便、停电时间短，工程整体投资少，其全寿命周期经济效益显著。
2.2主变状态监测系统全寿命周期成本计算
配置状态监测系统后，根据Q/GDW 168-2008 国网公司状态检修试验规程，设备的例行试验周期可根据各地区的实际情况进行调整，最长不超过基准周期(3 a)的1.5倍，即4.5 a。本计算中取5 a 1次计算。投运后前3年每年停电检修1次，之后每5 a停电检修1次，第18 a～20 a每年停电检修1次(变压器寿命按20 a计算)，其每次停电时间按72 h计算，20 a中共停电8次，每次停电检修时间72 h，共需停电576 h。
2.2.1初次投入成本(CI)
1组1 000 MVA 330 kV主变采购成本为4 900×104元，状态监测采购成本按15×104元/相计，共45×104元。建设成本基本相同。
利用设备状态监测手段，实现状态检修后，根据国外多年来的经验，设备寿命可延长约1/3，对1组1 000 MVA的主变，可减少采购费用约1 600×104元。
2.2.2运行、维护成本(CO+CM)
每次停电检修费用5×104元/相，无状态监测时，主变停电检修费用5×104×3×10=150×104元，装设状态监测时，主变停电检修费用5×104×3×8=120×104元。
考虑到在线监测装置的寿命(按10 a后全部更新1次计算，实际上仅需更换部分传感器)，在线监测装置维护费用为75×104×1=75×104元
利用状态监测，实现状态检修，可以减少检修人员数量;实现变电站的无人值班，可以减少运行人员的费用;此处不计入比较。
2.2.3故障成本(CF)
a) 停电损失费用比较。共减少停电时间144 h。主变的负荷率按24 h内平均50%计算，电价按0.5元/(kW˙h)计算，则共减少停电费用为3 600×104元;b)社会损失比较。实际上，1 kW˙h的电能产生的GDP在经济发达地区可以达到10元，则其创造的GDP差值高达7.2×108元。此处不计入比较;c)设备故障后维修费用。利用设备状态监测，可以预防事故扩大化，避免小事故变成大事故，减少设备的大修费用及相应更大的停电损失。因预防事故扩大的比例不易量化，此处不计入比较;
2.2.4设备退役处置成本(CD)
基本相同，不作比较。
有无状态监测装置主变LCC成本比较：5 080×104元。
2.3电子式互感器的选择
电子式互感器是智能变电站的重要基础之一。电子互感器具有不容易饱和，频率响应范围宽、具有良好的暂态特性等诸多优点，相比常规互感器而言，技术更先进，是互感器的发展方向【5】。
结合电子互感器的发展趋势以及全寿命周期的设计理念，可以得出结论：电子互感器随着其模块化规范化的推行，免检定技术的出现以及检测技术的提升，其检修维护费用也将逐年下降，相比常规互感器的优势也将日趋凸显，其电子部件的成本也将随技术发展逐步降低。
再者，电子互感器一次传感元件部分设计寿命基本实现了30 a，转换传输环节的设计寿命也逐步提高，寿命周期日趋协调一致;同时采用了采集/传输均双套冗余配置，极大程度地降低了故障率，可少停电或不停电检修更换产品，可靠性多层次多渠道提升，都将进一步降低了计划和非计划停电时间，也就是说在故障费用方面也将逐步趋近于零。
依据全寿命周期设计理念，采用电子互感器将极大程度上减少工程全寿命周期成本，变电站经济效益显著提升。
2.4二次系统优化整合
通过对电气一次、电气二次、系统保护、通信、远动各专业设备的整合，实现了优化变电站网络结构、提升系统性能、节约成本的目标。系统初次投入费用减少350×104元，基于结构的优化和性能的提升，整个系统的故障几率可减少20%以上。
2.5无人值班变电站设计
设计运用全寿命周期管理理念和方法在智能化一/二次设备、顺控及闭锁操作、远动、通信、保护、站用电源、建筑设施以及安全防范等领域对无人值班方式进行应用研究，并通过对无人值班变电站在工程建设模式、检修管理模式、调度管理模式等方面产生的影响深入分析，提出了推荐方案全寿命周期成本的节约【4】。
基于“全寿命周期成本最优”的设计方法，变电站采用状态监测系统，将变电站内一、二次设备由定期检修转变为状态检修，为电网实现基于状态监测的设备全寿命周期综合优化管理提供基础数据的支撑。有效提升超高压无人值班变电站资产管理和运营水平。
智能变电站高级功能应用在现阶段主要功能及实现效果包括：实施顺序控制、变电站全景可视化信息平台、状态监测与检修、智能告警及分析决策、故障信息综合分析决策、经济运行与优化控制、站域控制及保护、站内状态估计、智能巡检、信息分层分类优化处理、保护控制及管理等【1】。
展望阶段需实现电能质量分析与评估、基于智能电网预防控制和紧急控制的协调的安全状态评估/预警/控制以及基于智能电网框架的广域保护等功能。
由以上分析可见，智能变电站高级功能应用的实施，可以有效减少维护成本和增加设备寿命，可以提高系统运行的可靠性、稳定性和经济性。可以提高资产全寿命周期管理水平。
2.7 站区总体规划及先进指标
设计本着建设“两型一化“变电站的基本原则并运用“全寿命周期成本最优”的设计方法，对站区方位、进出线走廊、进站道路、站区防洪涝、总平面布置、站区排水、站区道路及场地处理等方面进行优化设计：
调整出线间隔布置，减少线路交叉，提高供电可靠性;部分进站道路利用原有路基进行改造，节约占地0.41 hm2;站区竖向采用平坡式布置，并设置填土保留区(高抗区域)，减少外购土方1 330 m3;总平面布置功能分区明确，电气工艺合理，运行管理方便，围墙内占地仅为2.926 hm2，较可研压缩37.2%;采用有组织的明沟排水沟，施工简单、施工周期短，较暗管排水节省投资17.44×104元;取消操作小道及设备周围硬化地面，节约投资33.16×104元【6】。
3 结语
智能变电站主要技术方案体现了全寿命周期理念的充分应用。并通过详细的技术经济比较，得出了推荐的全寿命周期成本最优的方案，使工程全寿命期内整体的技术性和经济性都得到明显的优化和提高。由此可见，运用全寿命周期理念指导工程建设，从工程项目的整体出发,反映项目全寿命期的要求，可大大提高项目管理的整体效率和效益。
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