唐勇俊，沈 閱，袁智強(qiáng)

（1.上海電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200025；2.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司，上海 200122）

0 引言

上海作為一個(gè)國(guó)際化大都市，其土地資源變得越來越稀缺，而且隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)于居住地周圍環(huán)境的要求以及政府各部門對(duì)于城市建設(shè)的要求越來越高，電網(wǎng)建設(shè)的外部環(huán)境也日益嚴(yán)峻。面對(duì)土地等資源的日益稀缺、社會(huì)法制意識(shí)的不斷增強(qiáng)、政府宏觀政策的密集出臺(tái)、“環(huán)境友好型、資源節(jié)約型的”剛性制約，電網(wǎng)建設(shè)阻力重重，站址落地愈加困難，嚴(yán)重制約了電網(wǎng)發(fā)展。因此，合理利用有限的站址和通道資源，建設(shè)可持續(xù)發(fā)展電網(wǎng)顯得尤為重要。

未來的上海電網(wǎng)將大量建設(shè)110kV變電站（3×80MVA），在相同供電能力的狀況下，能夠大幅度減少新建的變電站座數(shù)，從而節(jié)省城市變電站的用地，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型變電站建設(shè)。但是，由于地區(qū)發(fā)展的不平衡，上海地區(qū)既存在負(fù)荷密度大，負(fù)荷增長(zhǎng)日益趨緩的中心城區(qū)；也存在現(xiàn)狀負(fù)荷密度小，負(fù)荷仍保持快速發(fā)展的廣大郊區(qū)；在各郊縣也存在負(fù)荷相對(duì)集中的城鎮(zhèn)區(qū)、工業(yè)區(qū)等。若不研究具體狀況，而一次建成3×80MVA大容量主變，有可能造成部分區(qū)域容載比過高，新建110kV變電站長(zhǎng)時(shí)間輕負(fù)載低效率運(yùn)行，造成資產(chǎn)的閑置和浪費(fèi)。為此，有必要對(duì)110kV主變?nèi)萘康碾A梯式實(shí)施進(jìn)行分析，從全壽命周期成本（LCC）最低的角度出發(fā)，研究主變?nèi)萘侩A梯式實(shí)施的適用性。

1 LCC模型

根據(jù)LCC的原理，LCC等于建設(shè)成本和使用成本之和?？紤]到110kV主變?nèi)萘康碾A梯式實(shí)施，因此在建設(shè)成本中包括初期投入費(fèi)用與擴(kuò)建投入費(fèi)用。另外，考慮到擴(kuò)建更換下的老舊主變未到壽命年限，可以移至其他變電站繼續(xù)使用，因此還需在成本中減去老舊設(shè)備殘值。若老舊設(shè)備被閑置或淘汰退役，則可不考慮設(shè)備殘值。使用成本主要考慮運(yùn)行過程中主變所產(chǎn)生的線損費(fèi)用。計(jì)算所采用的LCC模型如圖1所示。

圖1 LCC構(gòu)成模型圖

LCC凈現(xiàn)值的計(jì)算公式為：

式中：CI為本期變電站的建設(shè)費(fèi)用；CEx為變電站擴(kuò)建的投資；n為擴(kuò)建發(fā)生的年份；CO為主變年線損費(fèi)用；SV為變電站擴(kuò)建當(dāng)年更換下來的老舊主變的設(shè)備殘值；r0為折現(xiàn)率；全壽命周期為30年。

1）主變年線損費(fèi)用計(jì)算式：

式中：α為電能綜合電價(jià)；ΔPl為主變最大負(fù)荷損耗；τ為最大負(fù)荷損耗小時(shí)數(shù)。

2）設(shè)備殘值計(jì)算式：

式中：OV為更換下的老舊主變的設(shè)備原值；DC為設(shè)備年折舊額。

2 LCC計(jì)算分析

以3個(gè)典型方案為例，對(duì)110kV主變?nèi)萘侩A梯式實(shí)施的LCC進(jìn)行計(jì)算和分析。

方案一：一次建成3×80MVA主變，10kV出線48回。

方案二：本期建設(shè)3×50MVA主變，10kV出線42回；待負(fù)荷發(fā)展到一定階段增容為3×80MVA主變，新增10kV出線6回。

方案三：本期建設(shè)3×40MVA主變，10kV出線36回；待負(fù)荷發(fā)展到一定階段增容為3×80MVA主變，新增10kV出線12回。

按全壽命周期為30年，區(qū)域初期負(fù)荷約50MW，平均負(fù)荷增長(zhǎng)率取6%，主變擴(kuò)容暫安排在第5年考慮，各方案LCC的比較如表1所示。

表1 主變?nèi)萘侩A梯式實(shí)施LCC比較

由表1可見，若計(jì)提老舊設(shè)備殘值，則方案二和方案三LCC要小于方案一，即可認(rèn)為此狀況下主變?nèi)萘侩A梯式實(shí)施的方案具備技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)；若不計(jì)提老舊設(shè)備殘值，則方案二和方案三LCC要大于方案一，即可認(rèn)為此狀況下主變?nèi)萘侩A梯式實(shí)施的方案不具備技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)。

從現(xiàn)實(shí)邏輯角度分析，計(jì)提老舊設(shè)備殘值，即之前投資的小容量主變的價(jià)值在更換大容量主變后仍得以延續(xù)，而由于階梯式利用主變?nèi)萘康姆桨赋跗谕顿Y成本較小，使得資金的時(shí)間價(jià)值得以體現(xiàn)，再加上網(wǎng)損的降低，因此階梯式實(shí)施方案的LCC具備天然優(yōu)勢(shì)；但是若不計(jì)提老舊設(shè)備殘值，則初期投資的小容量主變的價(jià)值存在一定的浪費(fèi)，此時(shí)，當(dāng)主變擴(kuò)建的年份越靠后，階梯式主變實(shí)施方案才有可能體現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。

考慮不計(jì)及老舊設(shè)備殘值，仍采用上述計(jì)算條件計(jì)算主變擴(kuò)建安排在不同年份時(shí)的LCC值，并作出了LCC曲線，如圖2所示。

由圖2可見，隨著主變擴(kuò)建年份的推遲，主變?nèi)萘侩A梯式實(shí)施方案的LCC逐漸下降。先期實(shí)施50MVA主變的方案，當(dāng)主變擴(kuò)建安排在第8年及以后時(shí)，LCC開始具備優(yōu)勢(shì)；先期實(shí)施40MVA主變的方案，當(dāng)主變擴(kuò)建安排在第7年及以后時(shí)，LCC開始具備優(yōu)勢(shì)。

圖2 3方案LCC值與主變擴(kuò)建年份的變化曲線

3 影響階梯實(shí)施方案適用性的因素

由以上分析可知，若考慮繼續(xù)使用更換下來的小容量主變，則主變?nèi)萘侩A梯實(shí)施方案的LCC具備天然優(yōu)勢(shì)；若考慮將更換下的小容量主變閑置或退役，則主變?nèi)萘侩A梯實(shí)施方案是否具備優(yōu)勢(shì)，主要取決于主變擴(kuò)建的年份。即，初期先建小容量主變，投運(yùn)不久主變?cè)僭鋈?，這時(shí)階梯式實(shí)施方案不具備優(yōu)勢(shì)；當(dāng)需要進(jìn)行主變?cè)鋈莸哪攴萃七t足夠久時(shí)，階梯式實(shí)施方案才逐漸顯現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。而決定1個(gè)地區(qū)先投運(yùn)1座110kV變電站，經(jīng)過若干年主變?cè)僭鋈?，主要影響因素是地區(qū)現(xiàn)狀負(fù)荷密度、110kV變電站的供電半徑以及地區(qū)的負(fù)荷增長(zhǎng)率。

地區(qū)現(xiàn)狀的負(fù)荷密度和110kV變電站的供電半徑?jīng)Q定了變電站供電的存量負(fù)荷，而存量負(fù)荷與地區(qū)負(fù)荷增長(zhǎng)率一并決定了變電站供電的增量負(fù)荷。110kV變電站的供電半徑以及負(fù)荷增長(zhǎng)率，在不同區(qū)域一般變化幅度不會(huì)太大，而不同地區(qū)的負(fù)荷密度的差異卻比較明顯。例如2012年，上海A＋類地區(qū)（內(nèi)環(huán)以內(nèi)）平均負(fù)荷密度為32.7MW／km2，A類地區(qū)（內(nèi)外環(huán)間）平均負(fù)荷密度為11.5MW／km2，而B類（外環(huán)以外）和C類（崇明三島）地區(qū)平均負(fù)荷密度均僅為2.4MW／km2和0.3MW／km2。一個(gè)地區(qū)擁有較大負(fù)荷密度，意味著該地區(qū)有著較高的存量負(fù)荷，在負(fù)荷增長(zhǎng)率相當(dāng)?shù)臓顩r下也意味著更多的增量負(fù)荷，主變階梯式實(shí)施方案中主變?cè)鋈莸哪攴輹?huì)越提前；反之亦然。因此，地區(qū)的負(fù)荷密度是上述3個(gè)影響因素中的關(guān)鍵因素。

若110kV供電半徑取2km，地區(qū)負(fù)荷增長(zhǎng)率取8%，對(duì)不同負(fù)荷密度地區(qū)主變階梯式實(shí)施方案的LCC進(jìn)行計(jì)算，如圖3所示。

由圖3可見，隨著地區(qū)負(fù)荷密度的增加，主變?nèi)萘侩A梯式實(shí)施方案由優(yōu)勢(shì)逐漸轉(zhuǎn)化為劣勢(shì)。

圖3 負(fù)荷密度對(duì)階梯式實(shí)施方案LCC的影響曲線

對(duì)比上海地區(qū)現(xiàn)狀負(fù)荷密度，初步可考慮在A＋和A類地區(qū)，110kV變電站主變?nèi)萘堪催h(yuǎn)景規(guī)模一次實(shí)施到位。B類區(qū)域現(xiàn)狀比較接近階梯式實(shí)施方案優(yōu)劣分化的臨界點(diǎn)，考慮到區(qū)域內(nèi)部發(fā)展的不平衡性，采取何種方案需視具體狀況而定，建議區(qū)內(nèi)發(fā)展較成熟、負(fù)荷相對(duì)集中的城鎮(zhèn)中心區(qū)、大型工業(yè)園區(qū)可采用一次實(shí)施到位的方案，仍處于欠發(fā)展、負(fù)荷相對(duì)分散的區(qū)域可考慮階梯式實(shí)施方案。C類區(qū)域由于現(xiàn)狀負(fù)荷密度很小，導(dǎo)致存量負(fù)荷較小，即使地區(qū)負(fù)荷增長(zhǎng)率較高，變電站供電半徑較大，也仍然不適宜一次性建成3×80MVA主變，建議在該地區(qū)可采用主變?nèi)萘侩A梯式實(shí)施的方案。

4 結(jié)論

1）影響主變?nèi)萘侩A梯式實(shí)施方案適應(yīng)性的主要因素，包括地區(qū)現(xiàn)狀負(fù)荷密度、變電站供電半徑和地區(qū)負(fù)荷增長(zhǎng)率。其中，地區(qū)現(xiàn)狀負(fù)荷密度為相對(duì)關(guān)鍵的因素。

2）由于上海城市建設(shè)發(fā)展的不平衡性，不同區(qū)域之間在負(fù)荷密度、變電站供電半徑以及負(fù)荷增長(zhǎng)率方面均存在一定差異，應(yīng)視具體狀況采取不同的110kV變電站主變?nèi)萘繉?shí)施方案。

3）A＋和A類地區(qū)由于負(fù)荷密度較大，一般可采用主變?nèi)萘堪催h(yuǎn)景規(guī)模3×80MVA一次實(shí)施到位的方案；B類區(qū)域現(xiàn)狀比較接近階梯式實(shí)施方案優(yōu)劣分化的臨界點(diǎn)，考慮到區(qū)域內(nèi)部發(fā)展的不平衡性，采取何種方案需視具體狀況而定；C類區(qū)域由于現(xiàn)狀負(fù)荷密度很小，導(dǎo)致存量負(fù)荷較小，不適宜一次性建成3×80MVA主變，建議在該地區(qū)可采用主變?nèi)萘侩A梯式實(shí)施的方案。