输电线路金具的全寿命选型_柏丹丹

FC14=（dzj×Nj）×5.38%
（6）
2.2 金具运行成本
金具的运行成本中重点考虑运行时金具消耗
的电能损失以及故障成本， 即
FOi＝FLi＋FFi
（7）
式 中 ： FOi 为 金 具 运 行 i 年 时 的 运 行 成 本 ； FLi 为
损耗成本； FFi 为故障成本。
2.2.1 损耗成本计算
预绞丝式
CL-630
运行 寿命/年
20 40 30
功率 损 耗 /W 25.40
1.93 1.93
单价/ 元 58.2
204.5 510.0
单重/ kg 4.5 9.2 13.6
3.2.1 运行 1 年节能情况分析
若仅研究金具运行能耗， 按 《国家电网公司 “两型三新” 输电线路建设设计导则宣贯会议资 料》中 “两型三新” 线路电气部分的数据， 计算可 得运行 1 年各种悬垂线夹的节能数据如表 3 所示。
表 3 各种悬垂线夹运行 1 年的节能数据 Table 3 Energy－saving data of three typical suspension
clamps used for one year
类型
能 耗/ （kW·h）
铸铁线夹
522 425
铝合金线夹
40 171
预绞丝式
40 171
标 准 煤 /t 175.0 13.5 13.5
在线路金具实际选型中， 应秉承资产全寿命 周期设计理念， 从金具采购、 安装和运输的经济 费用、 运行损耗费用、 故障检修费用、 使用寿命、 安全可靠性等角度， 展开全方位、 全过程的综合
性评价， 将全寿命周期内的综合效益作为金具选 型决策的依据， 以提高线路工程资产总体经济效 益和社会效益。
1 金具运行损耗原理及统计分析
Σ0，
i<m
FAi= （dzj×Nj）×35%， i=m
式中： m 为金具寿命期年限。
（12）
2.4 电力金具的全寿命综合评价
在前述计算模型的基础上， 构建线路金具运
行 i 年的全寿命综合评价模型， 将金具建设成本
（即初始材料成本及初始建造成本）、 损耗成本、
故障成本及废弃成本全部纳入计算， 则其运行 i
输电线路工程一般要经历规划设计、 采购建 设、 运行检修、 技改报废 4 个阶段， 即资产全寿 命周期（life cycle costs， LCC）。 基于资产全寿命周 期的输电线路工程设计， 突破了传统设计方式不 符合可持续发展和循环经济要求的固有缺陷， 通 过兼顾线路工程的建设成本、 运营成本和社会成 本， 实现工程全过程各阶段的协调控制， 有利于 建设 “资源节约型、 环境友好型” 线路工程。 随 着全寿命周期设计理念在输电线路设计中的普 及 ， [10-11] 诸多学者研究了输电线路 LCC 理论及其计 算方法[12-13]， 讨论了导线[14]、 直线塔、 塔材、 基础、 路 径 及 绝 缘 子 [15] 等 主 要 部 件 的 LCC 计 算 及 评 价 ， 但均未涉及线路金具的全寿命评价模型的研究。
息次数； 建设初期施工费用 FC01 按式（3）计算。
FC01=dz· j Nj+FC12+FC13+FC14
（3）
式 中 ： dzj 为 金 具 安 装 人 工 费 ； FC12、 FC13、 FC14 分
别为运输费、 地形系数增加费、 施工用具使用费。
参考《电力建设工程预算定额 第四册 输电线
路 工 程 》[17]， 在 金 具 、 施 工 工 器 具 运 至 施 工 场 地 的
金具选型损耗成本表征线路运行时在金具上
消耗的电能， 金具运行寿命年限内的损耗成本按
式（8）计算。
Σn
1＋r t-i+1
FLn= [（LF·N· j TL）·dd]·
i=1
1＋ic
（8）
式 中 ： FLn 为 运 行 n 年 的 损 耗 成 本 ， n=1， 2， … ；
LF 为单只金具 的 功 率 损 耗 ， kW； TL 为 一 年 内 金 具

电压， kV； I 为线 路 额 定 电 流 ， A； cosφ 为 功 率 因
数 ； Tf 为 故 障 停 电 时 间 ， h； V 为 自 动 重 合 闸 不 成 功的概率。
2.3 金具废弃成本
金具选型废弃成本受拆除金具施工费用控制，
残值用于处理费用。 根据实际运行经验， 金具运
行 i 年的废弃成本按式（12）计算。
地 形 系 数 增 加 费 FC13 是 指 在 酷 热 、 严 寒 、 高 海拔、 复杂地形等特殊自然条件地区需额外投入
的施工费用， 按式（5）计算。
FC13=（dzj×Nj）×费 率×地 形 比 例
（5）
在线路金具施工中， 施工企业使用不属于固
定资产的工具、 用具的购置、 摊销和维护费用称
为 施 工 用 具 使 用 费 FC14， 据 实 际 工 程 建 设 经 验 ， 取安装费总量的 5.38%， 即
输电线路一旦通过交流电流， 则包裹导线的
悬垂线夹、 耐张线夹、 防振锤等线路金具将随之
产生磁感应电场强度， 可表示为
B= μ0×μr × I
（1）
2π R
式中： B 为产生的磁感应电 场 强 度 ； μ0 为 常 数 ； μr 为相对磁导率； I 为导线载流量； R 为金具中某点 距导线中心的距离。
SO2/t 5.220 0.401 0.401
CO2/t 522.0
40.1 40.1
由表 3 可以看出， 使用铝合金式悬垂线夹比 铸 铁 式 悬 垂 线 夹 节 约 电 能 48.2 万 kW·h， 折 合 节 约 标 准 煤 161.5 t 。 根 据 相 关 统 计 数 据 ， 节 约 1 kW·h 可减排 10 g SO2 和约 1 kg CO2， 按 此 计 算 使 用 铝 合 金 式 悬 垂 线 夹 可 减 排 SO2 4.82 t、 CO2 482.00 t， 不但节能效益明显， 环保效益也十分显著。
188
第4期
柏丹丹等： 输电线路金具的全寿命选型
技术经济
表 1 传统铁磁悬垂线夹功率损耗统计值 Table 1 Statistics of power losses of traditional
malleable cast iron suspension clamp
电流/A 100 150 200 250 300 350 400 450 500 功率损耗/W 2 4 5 15 22 30 39 50 62
关键词： 金具； 全寿命； 建设成本； 运行成本； 节能
中图分类号： TM2
文献标志码： A
DOI： 10.11930/j.issn.1004-9649.2016.04.188.00
0 引言
金具作为影响输电线路安全运行的重要部件， 用于悬挂、 固定、 保护、 连接、 接续架空线或绝 缘子以及拉线杆塔的拉线金具器件， 主要包括悬 垂线夹、 耐张线夹、 连接金具、 接续金具、 保护 金 具 和 拉 线 金 具 等[1-2]。 传 统 金 具 受 自 身 材 料 所 限 在运行时产生大量铁磁和涡流损耗， 导致资源的 极大浪费。 为此， 节能型金具应用受到了极大关 注 [3-4]， 铝 合 金 式 、 预 绞 式 、 高 效 节 能 型 电 力 金 具 [5-9]在 输 变 电 工 程 中 得 到 了 推 广 应 用 。
损耗计算时间， h； dd 为电价， 元/（kW·h）。
2.2.2 故障成本计算
金具的可靠性关系到线路的安全运行， 一旦
金具出现故障， 严重情况下会引起线路停电事故。
本文从线路停运产生的直接和间接经济损失 2 个
角度计算故障成本。
Σn
FFn=
i=1
（FF01+FF02）·
1＋r 1＋ic
t-i+1
（9）
费用中考虑人力运输和汽车运输， 按式（4）计算运
输 费 FC12。
FC12=g0·（s0＋s1·l1＋s2·l2）
（4）
式 中 ： g0 为 装 卸 物 件 重 量 ； s0、 s1、 s2 分 别 为 人 力
装 卸 单 价 、 汽 车 运 输 单 价 和 人 力 运 输 单 价 ； l1、 l2
分别为汽车运输和人工运输的距离。
189
技术经济
中国电力
第 49 卷
动 重 合 闸 动 作 成 功 概 率 92%， 未 造 成 间 接 停 电 损 失和输变电设备损坏及修复成本， 假设重合不成 功引发停电和更换金具的时间为 5 h。 下文以悬垂 线夹为典型金具进行全寿命选型分析。
3.2 悬垂线夹的全寿命选型分析
输电线路中悬垂线夹用于悬挂和支托导线， 从结构上主要分为提包式、 上扛式和中心回转式。 当前国内超高压、 特高压线路工程使用最多的是 提包式悬垂线夹， 生产一般选用铸造或锻造工艺。
根据相关统计资料， 铝和铝合金作为金具制 造 材 料 的 价 格 一 般 为 传 统 可 锻 铸 铁 和 铸 钢 的 3~5 倍， 但运行损耗仅占传统金具 能 量 损 耗 值 的 10%。 因此， 在金具选型时， 亟需建立一种全寿命周期 的综合评价模型， 以遴选全寿命周期最优的金具。
收稿日期： 2015-06-08 作者简介： 柏丹丹（1989—）， 女， 北京人， 工学硕士， 助理工程师， 从事高压输电线路设计工作。 E-mail: baidd@
以当前最为常用的铁磁材料、 铝合金式以及 预绞式 3 种悬垂线夹方案为研究对象， 其基本参 数如表 2 所示。
表 2 3 种典型悬垂线夹的基本参数 Table 2 Basic parameters of three typical suspension
clamps