李亞明，姚 剛，韓 巍

(1.中國(guó)能源建設(shè)股份有限公司，北京 100000；2.國(guó)網(wǎng)北京市電力公司，北京 100000)

1 概述

為落實(shí)“一帶一路”倡議，推進(jìn)跨境電力與輸電通道建設(shè)、積極開展區(qū)域電網(wǎng)升級(jí)合作刻不容緩。而電力工程建設(shè)外部環(huán)境日益復(fù)雜，設(shè)備材料供應(yīng)市場(chǎng)波動(dòng)較大，電網(wǎng)工程建設(shè)成本分析、管理及投資預(yù)測(cè)一直是電力工程建設(shè)必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題，也歷來(lái)是學(xué)者們所關(guān)注的熱點(diǎn)之一。因此作為電力規(guī)劃、設(shè)計(jì)及建設(shè)的決策支撐，輸變電工程造價(jià)分析及預(yù)測(cè)尤為重要。

目前，相關(guān)學(xué)者對(duì)此領(lǐng)域的研究多集中在：利用數(shù)學(xué)方法對(duì)工程造價(jià)進(jìn)行估算；結(jié)合模型對(duì)特定輸變電工程進(jìn)行分析；結(jié)合估算、概算數(shù)據(jù)對(duì)工程造價(jià)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行校驗(yàn)。然而，電力工程項(xiàng)目受地區(qū)環(huán)境、建設(shè)規(guī)模、設(shè)備材料價(jià)格影響較大，目前相關(guān)研究模型假設(shè)條件過(guò)多并且相對(duì)簡(jiǎn)單，且缺乏歷史性實(shí)際數(shù)據(jù)支撐和校驗(yàn)。電網(wǎng)工程造價(jià)分析及投資預(yù)測(cè)應(yīng)基于各地區(qū)實(shí)際竣工決算數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，但國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此方面的研究很少。

本文以2013年—2016年投產(chǎn)的110～1000 kV電網(wǎng)工程決算數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)輸電、變電工程決算單位造價(jià)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，主要內(nèi)容如下：編制程序?qū)こ添?xiàng)目進(jìn)行篩選、合并工作；求取不同建設(shè)類型、電壓等級(jí)下變電工程、線路工程決算單位造價(jià)概率分布，依據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)論，利用主要影響因素對(duì)電網(wǎng)工程投資進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及計(jì)算方法

統(tǒng)計(jì)全國(guó)2013年—2016年投產(chǎn)110 kV～1000 kV交流電網(wǎng)工程竣工決算數(shù)據(jù)，本次結(jié)合通用設(shè)計(jì)和典型造價(jià)模塊，剔除特異性數(shù)據(jù)，如設(shè)備和材料招標(biāo)價(jià)格畸異、線路長(zhǎng)度<15 km、規(guī)模特殊的工程。經(jīng)篩選后，分析數(shù)據(jù)涵蓋華北、東北、西北、華東、華中、南方、內(nèi)蒙古各區(qū)域，本次特高壓工程統(tǒng)計(jì)樣本為淮南—南京—上海1000 kV交流特高壓輸變電工程。

變電工程有效數(shù)據(jù)合計(jì)1586個(gè)，決算總?cè)萘亢嫌?jì)380260 MVA，線路工程有效數(shù)據(jù)合計(jì)1209個(gè)，決算長(zhǎng)度合計(jì)50688 km。

各電壓等級(jí)工程規(guī)模占《電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)資料匯編》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)80%以上，符合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)所要求的全面性、代表性。

采用Delphi xe語(yǔ)言編制軟件，軟件界面見圖1。

圖1 軟件分析界面

該軟件可對(duì)不同類型工程進(jìn)行導(dǎo)入、導(dǎo)出數(shù)據(jù)，并可完成篩選、統(tǒng)計(jì)、排序、校核數(shù)據(jù)工作。

計(jì)算各工程決算單位造價(jià)并對(duì)其值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析以得到其概率密度函數(shù)，這種分布函數(shù)的估計(jì)屬于非參數(shù)密度估計(jì)問(wèn)題。統(tǒng)計(jì)方法的具體步驟為：

(1)統(tǒng)計(jì)分組

將所統(tǒng)計(jì)的n個(gè)決算單位造價(jià)(cost，簡(jiǎn)稱c)值由小到大排序?yàn)椋?/p>

取a=C(0)、b=C(n+1)，其中aC(n)

采用分點(diǎn)將區(qū)間[a，b]等分為m+1各區(qū)間，R稱為極差，取值為(b－a)。m為組距，其值可依據(jù)R和n進(jìn)行設(shè)定，每個(gè)區(qū)間長(zhǎng)度L=R/(m+1)，L稱為組距離。

(2)統(tǒng)計(jì)組頻率數(shù)νj

即計(jì)算統(tǒng)計(jì)樣本Cm落入各區(qū)段(Cj，Cj+1]的個(gè)數(shù)，稱為頻率數(shù)。

在XOY平面上，以各組區(qū)段(Cj，Cj+1]為底，以頻率數(shù)νj為左側(cè)縱坐標(biāo)，以Cm概率密度為右側(cè)縱坐標(biāo)。繪制各決算單位造價(jià)Cm概率密度函數(shù)分布曲線。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 典型工程分析

以220 kV新建變電站為例，工程項(xiàng)目數(shù)量為343個(gè)，則統(tǒng)計(jì)樣本個(gè)數(shù)N為343。參考通用設(shè)計(jì)和典型造價(jià)模塊，剔除特異性數(shù)據(jù)后，區(qū)段確定為[54.29，596.45]，取m=8。

圖2 變電工程決算單位造價(jià)概率密度函數(shù)擬合圖

各工程單位決算典型直方圖見圖2。

圖中區(qū)段中的數(shù)據(jù)為336個(gè)，占統(tǒng)計(jì)樣本97.96%?？梢钥闯觯瑔挝辉靸r(jià)近似服從正態(tài)分布規(guī)律。

同理，以220 kV線路工程為例，工程項(xiàng)目數(shù)為536個(gè)，參考通用設(shè)計(jì)和典型造價(jià)模塊剔除特異性數(shù)據(jù)后，選取統(tǒng)計(jì)樣本個(gè)數(shù)N為509個(gè)，區(qū)段確定為[40.16，592.62]，取m=9，也可以得到類似圖2直方圖和擬合圖，不再贅述。

為了判斷該電壓等級(jí)工程的決算單位造價(jià)是否服從正態(tài)分布，引入χ2卡方檢驗(yàn)對(duì)單位造價(jià)的概率分布進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)。χ2檢驗(yàn)是由Karl Pearson在1900年首次提出的，因此也稱之為Pearsonχ2，其計(jì)算公式為

式中：Ai為i水平的觀察頻數(shù)；Ei為i水平的期望頻數(shù)；n為總頻數(shù)；pi為i水平的期望頻率；i水平的期望頻數(shù)Ti等于總頻數(shù)n×i水平的期望概率pi，k為單元格數(shù)。當(dāng)n比較大時(shí)，χ2統(tǒng)計(jì)量近似服從k－1(計(jì)算Ei時(shí)用到的參數(shù)個(gè)數(shù))個(gè)自由度的卡方分布。

利用χ2檢驗(yàn)對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果顯示：原假設(shè)H0都成立，即決算單位造價(jià)服從正態(tài)分布。

以圖2為例，通過(guò)擬合曲線發(fā)現(xiàn)220 kV新建變電站工程單位造價(jià)的概率密度函數(shù)可以用下述公式來(lái)描述：

通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析可知，該分布規(guī)律對(duì)其它電壓等級(jí)變電、線路工程分布具有普遍性。

3.2 不同類型工程分析及討論

由于不同電壓等級(jí)、建設(shè)性質(zhì)對(duì)電網(wǎng)工程造價(jià)影響較大，考慮到變電工程與線路工程差異性，將變電工程分電壓等級(jí)、新建工程和擴(kuò)主變工程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)線路工程分電壓等級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，剔除特異性數(shù)據(jù)后分類統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果見表1。

由表1可見，當(dāng)N相對(duì)較大時(shí)，電壓等級(jí)越高，新建變電站、擴(kuò)主變工程項(xiàng)目單位造價(jià)相對(duì)越低，原因主要在于電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。擴(kuò)主變工程單位造價(jià)顯著低于新建變電站工程，原因在于新建項(xiàng)目分?jǐn)偭撕罄m(xù)擴(kuò)建項(xiàng)目的公共投資部分。

表1 不同類型電網(wǎng)工程統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

而對(duì)于線路工程，電壓等級(jí)越高，項(xiàng)目單位造價(jià)相對(duì)越高，原因主要在于大截面導(dǎo)線對(duì)線路工程的設(shè)計(jì)水平要求高，且影響塔重和其它工程量的增加。

3.3 電網(wǎng)工程造價(jià)影響因素及分析

電網(wǎng)工程投資影響因素眾多，設(shè)計(jì)因素、設(shè)備材料選型、工程建設(shè)環(huán)境因素及物價(jià)水平和場(chǎng)地費(fèi)用變化均會(huì)對(duì)其造價(jià)造成影響。以變電工程為例，以主變單位容量造價(jià)為統(tǒng)計(jì)參量，由于主變壓器價(jià)格受容量造價(jià)效益影響，變化幅度相對(duì)較大，因此選取全國(guó)各電壓等級(jí)主要形式變壓器單位容量造價(jià)年平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，2011年—2016年趨勢(shì)見圖3。

圖3 變壓器平均單位容量造價(jià)與年度關(guān)系

由圖3可見，變壓器平均單位容量造價(jià)呈逐年下降趨勢(shì)。

對(duì)于線路工程，塔材和導(dǎo)線的費(fèi)用占到了材料費(fèi)的70%以上。以典型型號(hào)材料平均價(jià)格為例，統(tǒng)計(jì)近幾年角鋼塔材、鋼芯鋁絞線年平均價(jià)格與工業(yè)品出廠價(jià)格年平均指數(shù)PPI的趨勢(shì)比較圖，見圖4。

圖4 塔材、導(dǎo)線、PPI指數(shù)等與年度關(guān)系

由圖4可見，PPI指數(shù)與塔材及導(dǎo)線價(jià)格變化趨勢(shì)相似，以500 kV 雙回4×630/45 鋼芯鋁絞線為例，導(dǎo)線消耗量一般為32.9 t～33.3 t/km，塔材消耗量一般為79.5 t～98.1 t/km，可以建立PPI指數(shù)y與(塔材價(jià)格×塔材平均量+導(dǎo)線價(jià)格×導(dǎo)線平均量)x的擬合關(guān)系，擬合公式如下：

電網(wǎng)工程造價(jià)影響除了受設(shè)計(jì)因素、設(shè)備材料價(jià)格外，還主要受到物價(jià)水平和場(chǎng)地費(fèi)用變化的影響?！妒逡?guī)劃綱要》預(yù)測(cè)城鎮(zhèn)單位就業(yè)人員平均工資增長(zhǎng)率約為8.3%，《中國(guó)地價(jià)指數(shù)報(bào)告》統(tǒng)計(jì)綜合地價(jià)指數(shù)的年均增長(zhǎng)率約為5.6%。結(jié)合大量工程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并測(cè)算后，物價(jià)水平、地價(jià)指數(shù)平均年同比變化率對(duì)電網(wǎng)工程投資影響約為1.27%左右。

參考《電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)資料匯編2010—2016》歷年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和《十三五規(guī)劃建議》，假設(shè)“十三五”(2015—2020)期間年均新增投產(chǎn)交流變電工程和線路工程規(guī)模見表2，則依據(jù)本文統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和相關(guān)結(jié)論，“十三五”期間交流電網(wǎng)工程5年合計(jì)投資約8654.77～8764.68億元。

表2 全國(guó)電網(wǎng)年均新增投產(chǎn)規(guī)模

4 結(jié)論

(1)新建項(xiàng)目單位造價(jià)高于擴(kuò)建項(xiàng)目單位造價(jià)。電壓等級(jí)越高，變電工程單位造價(jià)越低，線路工程單位造價(jià)越高。

(2)定量求出變電工程、線路工程決算單位造價(jià)分布呈現(xiàn)近似正態(tài)分布趨勢(shì)，具有普遍性，其分布概率密度函數(shù)可以用不同均值μ和方差δ來(lái)描述。

(3)本文定量計(jì)算不同電壓等級(jí)交流電網(wǎng)工程投資分布概率，可為全國(guó)各電壓等級(jí)電網(wǎng)工程投資預(yù)測(cè)工作提供參考。

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