变电站全寿命周期「求周期函数的解析式例题」

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输变电工程使用寿命是工程质量水平的重要指标。国家电网公司输变电工程使用寿命的目标是：新设计建设的输变电工程建构筑物使用寿命达到60年以上，变电主要一次设备和线路主要设备使用寿命达到40年以上，主要二次设备使用寿命达到20年以上。

1 目的和意义

使用寿命是指在正常设计、正常施工、正常使用和维护下，所应达到的使用年限。建设输变电工程使用寿命的目标，是对建设“一流电网”工程质量提出的更高要求，也是对设备制造行业的规范和引领。提高工程使用寿命，有利于基建管理理念和方法创新，有利于节约环保，有利于新技术推广应用，有利于提高工程整体水平，有利于电网安全可靠运行，有利于公司整体利益最大化。

输变电工程使用寿命与经济发展、设备匹配、技术进步、建设成本等密切相关，涉及规划设计、设备质量、施工工艺、运行维护等各方面工作。提高输变电工程使用寿命，要处理好与经济发展、负荷发展的关系。要综合考虑负荷增长、地方规划调整等因素，科学设定设备容量、寿命等指标，实现工程使用寿命与经济发展、负荷发展匹配。避免因负荷增长、地方规划发生变化，设备容量不够，未达到设计使用寿命就需更换。要处理好与设备寿命的关系。坚持设备寿命与工程寿命匹配、主设备与辅助设备寿命匹配、设备主体部件与辅助部件寿命匹配，逐步实现在满足工程使用功能前提下，不同系统、不同设备、不同部件之间，实现运行年限“长短板”合理匹配。要处理好与电网技术进步的关系。采用成熟可靠的新技术，不断提高工程建设质量是提高工程寿命的有效手段。要积极采用新工艺、新材料，应用安全可靠性高、能量消耗低、低碳环保、使用寿命长的设备，充分发挥技术进步在提高设备质量，提高工程使用寿命方面的积极作用。要处理好寿命和成本的关系，充分考虑不同类型工程的投资水平，细化寿命需求，实现寿命与成本的合理匹配。

提高工程的设计、设备、材料质量是提高工程使用寿命基础和前提。必须以资产全寿命周期安全、效能、成本指标最优为目标，改进“短板”环节，实现工程各类设备、建筑之间寿命和功能的优化匹配。

2 总体原则

按照建设坚强智能电网的总体要求，树立全寿命周期管理理念，开展专项研究，采取有效措施，努力做到可靠性、耐久性和经济性的协调统一，提升工程建设质量，努力实现一流的工程设计、一流的设备、材料，建设“世界一流电网”。

可靠性：确保技术方案安全可靠，确保设备、材料寿命匹配安全可靠，确保工程投运后电网的安全稳定运行。

耐久性：正常使用和维护条件下，主要设备、材料的寿命能够满足工程使用寿命要求，并适当留有裕度；功能具备拓展空间，能够满足电网技术升级和安全稳定运行的要求。

经济性：综合考虑工程初期投资与长期运行费用，追求工程寿命期内最佳的企业经济效益。

3 技术措施3.1 变电站站址选择

站址应不占或少占耕地和经济效益高的土地，宜利用劣地、荒地、坡地，并应尽量减少土石方量，并注意站址的地质稳定性，避免在容易受到洪水、泥石流、滑坡、高地震烈度、采空区等影响变电站安全稳定运行的地方建站。

3.2 变电电气一次部分

1) 主要设备额定参数考虑寿命周期内发展裕度，短路电流应按照变电站远景的系统阻抗进行计算，近远期结合，避免在设计寿命周期内更换。主变压器的并列情况应按照系统确定的最大运行方式进行计算。

2) 应采用全寿命周期内性能价格比高的设备。因地制宜采用维护少、节能环保设备。在高寒、高污秽等特殊环境条件地区，应合理选择设备型式及安装方式，提高变电设备环境适应性。

3) 主要电气一次设备，主要指变压器、电抗器、断路器、隔离开关，按使用寿命40年设计选型，与其配套的辅助设备，按照与主设备寿命匹配的原则进行设计。

4) 接地材料设计选型要充分考虑土壤的腐蚀状况，用于接地工程铜覆钢材料的铜层厚度不应小于 0.8mm。

3.3 变电电气二次系统

电气二次设备按使用寿命20年设计选型。按照模块化、标准化设计原则，具有互换性和通用性。屋外就地布置时，应考虑二次设备防护能力和运行环境的要求。

3.4 变电土建部分

1) 建构筑物按使用寿命60年设计。

2) 金属材料的结构注重防腐处理，防腐处理应在加工厂完成，钢结构构架宜采用螺栓连接。

3) 根据工程自然环境条件，合理确定混凝土结构中混凝土强度等级、保护层厚度、水泥品种、骨料等。

4) 对盐渍土等腐蚀性土壤，对基础应采取防腐设计。

3.5 线路路径选择

1) 应根据电力系统规划的要求，综合考虑电网结构、线路长度、地形地貌、城镇规划、环境保护、交通条件、施工和运行等因素，进行多方案技术经济比较，保证线路安全可靠，经济合理。线路路径宜避让重冰区、易舞区、地形复杂等地区。

2) 应加强对地质灾害的调查，避免在泥石流、滑坡、采动影响等区域立塔。

3.6 线路设计气象条件

加强灾害、微地形微气象的调查，合理准确划分冰、风等气象条件，提高输电线路抵御自然灾害的能力。

3.7 导线和地线。

结合新技术的发展，应尽量采用可靠性高、节能型的导线。导地线应满足电气和机械等使用条件要求，并结合环境特点，确定防腐性能，满足寿命要求。选择合理的导地线防振措施，避免次档距振荡，微风振动，提高导地线耐久性能。

3.8 绝缘子和金具。

1) 应根据污秽程度和污染物成分，对不同材质的绝缘子进行技术经济比较，综合考虑安全性和经济性后确定绝缘子型式。采用合成绝缘子时，应注意抗老化性能的要求，并采用易于维护更换的金具组装形式。

2) 污秽严重的覆冰地区绝缘设计应采用增强绝缘、不同盘径绝缘子组合等形式。

3) 优化金具连接设计，提高耐磨、防脱落性能，提高可靠度。应用金具通用设计，与横担连接的第一个金具应转动灵活且受力合理，适当提高强度等级。

4) 线路通过1级和2级舞动区，应采用绝缘子、金具、杆塔适当加强、加装防舞装置等综合措施。

3.9 绝缘配合、防雷和接地

1) 应加强对沿线已建线路雷害、污闪、冰闪、风偏放电等情况的调查，必要时采取相应的措施。

2) 应加强对沿线鸟害的调查。鸟害严重地区，应适当加大绝缘距离和空气间隙或其他减轻鸟害的措施。

3) 接地材料设计选型充分考虑土壤的腐蚀状况。

3.10 铁塔和基础

1) 铁塔自地面以上10米范围内的螺栓均采用防盗螺栓，铁塔10米以上采用双帽防松，提高抗舞性能。

2) 对盐渍土等腐蚀性土壤，对基础采取防腐设计。

3.11 设备制造要求

1) 坚持设备使用寿命和工程使用寿命匹配，主设备和辅助设备的寿命匹配，设备主体部件和辅助部件的寿命匹配。

2) 主变压器、高压电抗器的油箱、绝缘件、铁芯、绕组等按使用寿命40年设计制造。便于更换的部件，如绝缘油、橡胶密封垫、冷却器、二次接线箱等设备按照与主设备寿命匹配的原则进行设计。

3) 断路器、隔离开关、互感器等主要电气设备按使用寿命40年设计制造。操动机构、智能化元件等辅助设备按照与主设备寿命匹配的原则进行设计。

4) 无功补偿装置、站用变等电气一次设备均按使用寿命40年设计制造。

5) 电气二次设备，包括控制、保护、通信、远动、自动化等装置，按使用寿命20年设计制造。积极采用可靠成熟的先进技术，降低整体功耗，延长使用寿命

6) 电气二次设备应按照模块化、标准化设计原则，增加互换性和通用性。对于电源、功率器件等难以提高寿命的部件，应采用易于更换维护的设计方案。

7) 内置在一次设备中的测量、检测传感器元件，应与主体一体化、模块化设计，原则上与主设备使用寿命一致，必要时采用模块更换的方式，实现寿命匹配。

3.12 工程材料选择要求

1) 变电站材料使用方面，金属材料加强防腐性能，合成材料加强抗老化能力，混凝土严格执行相应标准，加强防风化和防腐蚀能力。

2) 接地材料选用铜覆钢时，材料应满足《电气工程接地用铜覆钢材料技术条件》(Q/GDW 466-2010)的技术性能要求。目前由于工艺限制，套管冷拉铜覆钢容易出现覆铜层不连续，影响接地装置使用寿命，工程设计中不宜选用。

3) 电力电缆绝缘层材料应优先选择绝缘性能好，寿命长的品种，如交联聚乙烯绝缘材料。

4) 应加强杆塔防腐、防金属疲劳等耐久性能方面的研究，研究应用表面镀层技术、稀土合金防腐技术。

5) 输电线路铁塔材料质量等级应满足不低于B级钢的基本要求，当极端最低温度低于-30℃时，杆塔选材应进行专题论证，合理选择钢材等级。

6) 基础主筋宜采用HRB400级钢筋，其他钢筋宜采用HPB300级钢筋。

7) 普通基础混凝土的强度等级不低于C25，灌注桩基础混凝土的强度等级不低于C30，水泥、砂及骨料应满足基础抗腐蚀的要求。

3.13 系统规划

系统专业根据《电力系统设计手册》要求，“一般是计算今后20年左右最大运行方式时三相短路和单相接地短路的零序短路电流。对现有断路器进行更换时还应按过渡年份计算。”根据此短路电流选择设备。考虑到电网发展到一定程度后，短路电流可能超过目前设备的制造水平。届时为满足设备和电网安全，将采取限制短路电流的措施。因此，最大短路电流值未必出现于目标水平年，可能出现在中间过渡年份。