一種基于電力電纜傳熱模型的全壽命周期成本評(píng)價(jià)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電纜成本評(píng)價(jià)方法，尤其是涉及一種基于電力電纜傳熱模型的全 壽命周期成本評(píng)價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] LCC概念起源于瑞典鐵路系統(tǒng)，1965年美國國防部在全軍實(shí)施。1996年國際電工 委員會(huì)（IEC)發(fā)布了國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60300-3-3,并于2004年7月又發(fā)布了修訂版。1999年 6月美國總統(tǒng)克林頓簽署了政府命令，各州政府所需的裝備及工程項(xiàng)目，要求必須有LCC報(bào) 告，沒有LCC估算、評(píng)價(jià)，一律不準(zhǔn)簽約。此外，國際大電網(wǎng)會(huì)議（CIGRE)也在2004年提出 要用全壽命周期成本來進(jìn)行設(shè)備管理，鼓勵(lì)制造商提供產(chǎn)品的LCC報(bào)告。國際上各重要電 力設(shè)備制造商，如ABB、Siemens等，正在開展其產(chǎn)品的LCC相關(guān)研究。國外電力公司也非常 重視LCC管理，通過資產(chǎn)管理計(jì)劃制定資產(chǎn)的全壽命周期管理策略，如英國NG公司、新西蘭 Ashburton電力公司等。
[0003]目前，上海市電力公司已經(jīng)在泰和站技術(shù)改造方案評(píng)價(jià)中、世博變主設(shè)備招標(biāo)、油 變箱變的招標(biāo)中引入了LCC的分析評(píng)價(jià)，取得了理想的效果。電纜線路作為電纜系統(tǒng)資產(chǎn) 的重要組成部分，因其特殊的地下運(yùn)行環(huán)境，在運(yùn)行管理、狀態(tài)檢測(cè)、維護(hù)檢修等方面都較 為復(fù)雜，需要對(duì)電纜做好LCC管理研究，并且在設(shè)備招標(biāo)采購環(huán)節(jié)把好關(guān)，進(jìn)而有效降低后 續(xù)成本。
[0004] 目前采用的在線監(jiān)測(cè)及檢測(cè)技術(shù)包括有局部放電在線監(jiān)測(cè)、溫度在線監(jiān)測(cè)、接地 電流在線監(jiān)測(cè)、介質(zhì)損耗角正切tanδ、終端電暈放電在線檢測(cè)等方法。
[0005] 電纜投入運(yùn)行后即發(fā)生老化，隨著時(shí)間的推移，早期投運(yùn)的電纜已接近使用壽命 期，如何在電纜壽命接近使用期限前進(jìn)行更換，對(duì)于保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有重要意 義。同時(shí)，國外有美國EPRI開展電纜評(píng)估與延長壽命服務(wù)，為用戶提供在用電纜狀況及老 化程度的精確評(píng)估報(bào)告，通過確定線纜的剩余壽命，應(yīng)用經(jīng)濟(jì)方法來延長電纜壽命或者通 過挖掘電纜的潛在容量，使用戶推遲對(duì)在用電纜投資5-25年。首先對(duì)客戶的電纜進(jìn)行檢 查，收集歷史運(yùn)行資料和關(guān)鍵樣本（包括絕緣層、導(dǎo)線等等），測(cè)試樣本的成分（包括物理與 化學(xué)性能），通過分析所有這些信息進(jìn)行壽命預(yù)期和繼續(xù)使用該電纜的風(fēng)險(xiǎn)。
[0006] 電纜是由線芯導(dǎo)體、絕緣材料和保護(hù)層組成，電流中線芯導(dǎo)體的長期載流發(fā)熱和 外界環(huán)境因素影響會(huì)導(dǎo)致絕緣材料老化以至最終失效，致使相線與中線或地之間短路引發(fā) 火災(zāi)，甚至發(fā)生爆炸事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，某年中國火災(zāi)中因電氣原因引發(fā)的火災(zāi)為31 933起，占 中國火災(zāi)總數(shù)的26. 1 %，其中電纜老化引起的火災(zāi)占整個(gè)電氣火災(zāi)的50%以上，造成了巨 大的財(cái)產(chǎn)損失。因此，開展電纜熱老化壽命的預(yù)測(cè)研究，對(duì)消除火災(zāi)隱患，減少火災(zāi)損失具 有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0007] 高壓電纜線路是多種產(chǎn)品的組合，在形成線路設(shè)備之前是電纜本體、電纜附件 (中間接頭、終端等）、電纜構(gòu)筑物（溝、管道、隧道、鋼架橋等）等的組合，因此構(gòu)成各成品 生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工藝質(zhì)量、安裝環(huán)節(jié)的安裝質(zhì)量和運(yùn)行管理環(huán)節(jié)的運(yùn)行質(zhì)量都決定了投運(yùn)運(yùn)行 電纜線路設(shè)備的最終運(yùn)行質(zhì)量。因此，在生產(chǎn)、安裝、運(yùn)行過程中每一環(huán)節(jié)的正常情況才能 做到運(yùn)行電纜的壽命健康正常。研究電纜在全壽命周期內(nèi)流程對(duì)電纜的安全穩(wěn)定運(yùn)行是非 常重要的基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種考慮全面科學(xué)、 計(jì)算準(zhǔn)確的基于電力電纜傳熱模型的全壽命周期成本評(píng)價(jià)方法。
[0009] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0010] 一種基于電力電纜傳熱模型的全壽命周期成本評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟：
[0011] 1)根據(jù)電纜傳熱學(xué)模型獲取電纜導(dǎo)體溫度；
[0012] 2)根據(jù)電纜導(dǎo)體溫度計(jì)算電纜熱壽命；
[0013] 3)根據(jù)電纜熱壽命和年利率建立高壓電纜的全壽命周期成本模型，計(jì)算獲取高壓 電纜的等額年金，即高壓電纜的LCC年值；
[0014] 4)獲取不同廠家不同類型高壓電纜的LCC年值，并選擇LCC年值最小的電纜作為 優(yōu)選電纜。
[0015] 所述的步驟1)中，電纜傳熱學(xué)模型為：

[0030] 其中，I為載流量，R為工作溫度下的導(dǎo)體交流電阻，λi為護(hù)套和屏蔽損耗因數(shù)， 由電纜類型決定，Wd為絕緣介質(zhì)損耗，η為電纜內(nèi)導(dǎo)體根數(shù)，Ti為導(dǎo)體與金屬護(hù)套間絕緣層 熱阻，T2為電纜外護(hù)層熱阻，T3為電纜表面與周圍空氣之間熱阻，Θi為電纜導(dǎo)體溫度，θε 為環(huán)境溫度，R'為運(yùn)行溫度下導(dǎo)體直流電阻，私為20°C時(shí)導(dǎo)體直流電阻，a2。為20°C時(shí)銅導(dǎo) 體的溫度系數(shù)，Θ為運(yùn)行溫度，Ys為集膚效應(yīng)因數(shù)，Xs為中間變量，對(duì)于圓形緊壓導(dǎo)體Ks = 1，分割圓導(dǎo)體Ks= 0.435,f為電流頻率，Yp為鄰近效應(yīng)因數(shù)，d。為導(dǎo)體直徑，s為各導(dǎo)體 軸心之間距離，U。為對(duì)地電壓，ε為常數(shù)，取2.3,Di為絕緣外徑，d。為內(nèi)屏蔽外徑，/?為絕 緣材料熱阻系數(shù)，d。為導(dǎo)體直徑，ti為導(dǎo)體和護(hù)套之間的絕緣厚度，12為外護(hù)套厚度，/?為 非金屬外護(hù)套的熱阻系數(shù)，I。為電纜外徑，Dlt為金屬護(hù)套外徑，h為散熱系數(shù)，D 電纜外 徑，ΔΘ為相對(duì)環(huán)境溫度的電纜表面溫升，E、Z、g為常數(shù)。
[0031] 所述的步驟2)中，電纜熱壽命a的計(jì)算式為：
[0033]其中，Θ丨為電纜導(dǎo)體溫度。
[0034] 所述的步驟3)中，高壓電纜的全壽命周期成本模型為：
[0041]其中，LCC為高壓電纜的全壽命周期成本，CI為初次投入費(fèi)用，C0為運(yùn)行費(fèi)用，CM為檢修維護(hù)費(fèi)用，CF為故障費(fèi)用，CD為設(shè)備退役處置費(fèi)用，α;為電纜本體初次投入費(fèi)用第 a年的LCC年值，為電纜附件初次投入費(fèi)用第a年的LCC年值，CO；：為電纜本體運(yùn)行費(fèi) 用第a年的LCC年值，為電纜附件運(yùn)行費(fèi)用第a年的LCC年值，CM;為電纜本體檢修 維護(hù)費(fèi)用第a年的LCC年值，CMf為電纜附件檢修維護(hù)費(fèi)用第a年的LCC年值，Cf；T為電 纜本體故障費(fèi)用第a年的LCC年值，為電纜附件故障費(fèi)用第a年的LCC年值，〇)丨為電 纜本體設(shè)備退役處置費(fèi)用第a年的LCC年值，Ci;為電纜附件設(shè)備退役處置費(fèi)用第a年的 LCC年值，a為電纜熱壽命。
[0042]所述的第a年的LCC年值的計(jì)算方法為：
[0044] 其中，為第a年的LCC年值，X,)為第0年的LCC現(xiàn)值，X取值為CI、C0、CF、CM 或CD，下標(biāo)u取值為b或f，b表示電纜本體，f表示電纜附件，i為年利率。
[0045] 初次投入費(fèi)用CI第0年的LCC現(xiàn)值的計(jì)算方法為：
[0049] 其中，為初次投入費(fèi)用第0年的LCC現(xiàn)值，CIU(；Z為購置費(fèi)，CI^為安裝調(diào)試費(fèi)， CIuQT為其他費(fèi)用，CIU(；Z1為購買費(fèi)，CIU(；Z2為專用工具及初次備品備件費(fèi)，CIU(；Z3為現(xiàn)場(chǎng)服務(wù) 費(fèi)，CIU(；Z4S供貨商運(yùn)輸費(fèi)及相關(guān)稅費(fèi)，CIU(；Z5為保險(xiǎn)費(fèi)，CIuAzl為建設(shè)安裝費(fèi)，CI^2為業(yè)主方 運(yùn)輸費(fèi)，(：1_為調(diào)試費(fèi)，下標(biāo)u取值為b或f，b表示電纜本體，f表示電纜附件。
[0050] 運(yùn)行費(fèi)用C0第0年的LCC現(xiàn)值的計(jì)算方法為：
[0059]其中，CO&°為電纜本體運(yùn)行費(fèi)用第0年的LCC現(xiàn)值，CO(為電纜本體運(yùn)行費(fèi)用第n 年的LCC當(dāng)年值，年度電纜損耗費(fèi)用，C%為年度日常巡視檢查費(fèi)用，ΔΝ為年交 流電阻損耗電量，N為年介質(zhì)損耗電量，P為成本電價(jià)，Ijf為均方根電流值，r。為電纜線路 每相導(dǎo)線單位長度的30°C導(dǎo)體交流電阻值，L為單位長度，f為年平均運(yùn)行小時(shí)，U為電纜 工作電壓，C。為電纜每相工作電容，tanδ為電纜絕緣介質(zhì)損失角的正切值，CObxsl為環(huán)境巡 視費(fèi)用，C0bxs2為專業(yè)檢查費(fèi)用，CObxs3為地溫檢測(cè)費(fèi)用，CObxs4為感應(yīng)電流測(cè)試費(fèi)用，CObxs5為 特巡費(fèi)用，C0bxs6為抽檢費(fèi)用，C0bxs7為其它費(fèi)用，上標(biāo)η為第η年，上標(biāo)0為第0年，下標(biāo)b 為電纜本體，下標(biāo)f為電纜附件，CT〈'為電纜附件運(yùn)行費(fèi)用第n年的LCC當(dāng)年值，COfHW為紅 外檢測(cè)費(fèi)，cofZWS紫外檢測(cè)費(fèi)，k為單位套數(shù)，i為年利率。
[0060] 檢修維護(hù)費(fèi)用CM第0年的LCC現(xiàn)值的計(jì)算方法為：
[0065] 其中，為電纜本體檢修維護(hù)費(fèi)用第〇年的LCC現(xiàn)值，CM纟為電纜本體檢修維 護(hù)費(fèi)用第η年的LCC當(dāng)年值，CMbZQ為周期性維護(hù)費(fèi)，CMbSY為周期性試驗(yàn)費(fèi)，L為單位長度， 為電纜附件檢修維護(hù)費(fèi)用第0年的LCC現(xiàn)值，為電纜附件檢修維護(hù)費(fèi)用第n年的 LCC當(dāng)年值，CMfx為單套中間頭檢修維護(hù)費(fèi)，CMfy為單套終端頭檢修維護(hù)費(fèi)，χ為電纜中間頭 權(quán)重，y為電纜終端頭權(quán)重，i為年利率。
[0066] 故障費(fèi)用CF第0年的LCC現(xiàn)值的計(jì)算方法為：
[0071] 其中，為電纜本體故障費(fèi)用第0年的1^〇：現(xiàn)值，（$：為電纜本體故障費(fèi)用第11 年的LCC當(dāng)年值，CFb(U為電纜本體故障檢修費(fèi)，CFb(；s為電纜本體故障損失費(fèi)，CF〗為電纜附 件故障費(fèi)用第〇年的LCC現(xiàn)值，CF,"