一种基于电力电缆传热模型的全寿命周期成本评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电缆成本评价方法，尤其是涉及一种基于电力电缆传热模型的全 寿命周期成本评价方法。
【背景技术】
[0002] LCC概念起源于瑞典铁路系统，1965年美国国防部在全军实施。1996年国际电工 委员会（IEC)发布了国际标准IEC60300-3-3,并于2004年7月又发布了修订版。1999年 6月美国总统克林顿签署了政府命令，各州政府所需的装备及工程项目，要求必须有LCC报 告，没有LCC估算、评价，一律不准签约。此外，国际大电网会议（CIGRE)也在2004年提出 要用全寿命周期成本来进行设备管理，鼓励制造商提供产品的LCC报告。国际上各重要电 力设备制造商，如ABB、Siemens等，正在开展其产品的LCC相关研究。国外电力公司也非常 重视LCC管理，通过资产管理计划制定资产的全寿命周期管理策略，如英国NG公司、新西兰 Ashburton电力公司等。
[0003]目前，上海市电力公司已经在泰和站技术改造方案评价中、世博变主设备招标、油 变箱变的招标中引入了LCC的分析评价，取得了理想的效果。电缆线路作为电缆系统资产 的重要组成部分，因其特殊的地下运行环境，在运行管理、状态检测、维护检修等方面都较 为复杂，需要对电缆做好LCC管理研究，并且在设备招标采购环节把好关，进而有效降低后 续成本。
[0004] 目前采用的在线监测及检测技术包括有局部放电在线监测、温度在线监测、接地 电流在线监测、介质损耗角正切tanδ、终端电晕放电在线检测等方法。
[0005] 电缆投入运行后即发生老化，随着时间的推移，早期投运的电缆已接近使用寿命 期，如何在电缆寿命接近使用期限前进行更换，对于保障电力系统安全稳定运行有重要意 义。同时，国外有美国EPRI开展电缆评估与延长寿命服务，为用户提供在用电缆状况及老 化程度的精确评估报告，通过确定线缆的剩余寿命，应用经济方法来延长电缆寿命或者通 过挖掘电缆的潜在容量，使用户推迟对在用电缆投资5-25年。首先对客户的电缆进行检 查，收集历史运行资料和关键样本（包括绝缘层、导线等等），测试样本的成分（包括物理与 化学性能），通过分析所有这些信息进行寿命预期和继续使用该电缆的风险。
[0006] 电缆是由线芯导体、绝缘材料和保护层组成，电流中线芯导体的长期载流发热和 外界环境因素影响会导致绝缘材料老化以至最终失效，致使相线与中线或地之间短路引发 火灾，甚至发生爆炸事故。据统计，某年中国火灾中因电气原因引发的火灾为31 933起，占 中国火灾总数的26. 1 %，其中电缆老化引起的火灾占整个电气火灾的50%以上，造成了巨 大的财产损失。因此，开展电缆热老化寿命的预测研究，对消除火灾隐患，减少火灾损失具 有重要的现实意义。
[0007] 高压电缆线路是多种产品的组合，在形成线路设备之前是电缆本体、电缆附件 (中间接头、终端等）、电缆构筑物（沟、管道、隧道、钢架桥等）等的组合，因此构成各成品 生产环节的工艺质量、安装环节的安装质量和运行管理环节的运行质量都决定了投运运行 电缆线路设备的最终运行质量。因此，在生产、安装、运行过程中每一环节的正常情况才能 做到运行电缆的寿命健康正常。研究电缆在全寿命周期内流程对电缆的安全稳定运行是非 常重要的基础。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑全面科学、 计算准确的基于电力电缆传热模型的全寿命周期成本评价方法。
[0009] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0010] 一种基于电力电缆传热模型的全寿命周期成本评价方法，包括以下步骤：
[0011] 1)根据电缆传热学模型获取电缆导体温度；
[0012] 2)根据电缆导体温度计算电缆热寿命；
[0013] 3)根据电缆热寿命和年利率建立高压电缆的全寿命周期成本模型，计算获取高压 电缆的等额年金，即高压电缆的LCC年值；
[0014] 4)获取不同厂家不同类型高压电缆的LCC年值，并选择LCC年值最小的电缆作为 优选电缆。
[0015] 所述的步骤1)中，电缆传热学模型为：
[0030] 其中，I为载流量，R为工作温度下的导体交流电阻，λi为护套和屏蔽损耗因数， 由电缆类型决定，Wd为绝缘介质损耗，η为电缆内导体根数，Ti为导体与金属护套间绝缘层 热阻，T2为电缆外护层热阻，T3为电缆表面与周围空气之间热阻，Θi为电缆导体温度，θε 为环境温度，R'为运行温度下导体直流电阻，私为20°C时导体直流电阻，a2。为20°C时铜导 体的温度系数，Θ为运行温度，Ys为集肤效应因数，Xs为中间变量，对于圆形紧压导体Ks = 1，分割圆导体Ks= 0.435,f为电流频率，Yp为邻近效应因数，d。为导体直径，s为各导体 轴心之间距离，U。为对地电压，ε为常数，取2.3,Di为绝缘外径，d。为内屏蔽外径，/?为绝 缘材料热阻系数，d。为导体直径，ti为导体和护套之间的绝缘厚度，12为外护套厚度，/?为 非金属外护套的热阻系数，I。为电缆外径，Dlt为金属护套外径，h为散热系数，D 电缆外 径，ΔΘ为相对环境温度的电缆表面温升，E、Z、g为常数。
[0031] 所述的步骤2)中，电缆热寿命a的计算式为：
[0033]其中，Θ丨为电缆导体温度。
[0034] 所述的步骤3)中，高压电缆的全寿命周期成本模型为：
[0041]其中，LCC为高压电缆的全寿命周期成本，CI为初次投入费用，C0为运行费用，CM为检修维护费用，CF为故障费用，CD为设备退役处置费用，α;为电缆本体初次投入费用第 a年的LCC年值，为电缆附件初次投入费用第a年的LCC年值，CO；：为电缆本体运行费 用第a年的LCC年值，为电缆附件运行费用第a年的LCC年值，CM;为电缆本体检修 维护费用第a年的LCC年值，CMf为电缆附件检修维护费用第a年的LCC年值，Cf；T为电 缆本体故障费用第a年的LCC年值，为电缆附件故障费用第a年的LCC年值，〇)丨为电 缆本体设备退役处置费用第a年的LCC年值，Ci;为电缆附件设备退役处置费用第a年的 LCC年值，a为电缆热寿命。
[0042]所述的第a年的LCC年值的计算方法为：
[0044] 其中，为第a年的LCC年值，X,)为第0年的LCC现值，X取值为CI、C0、CF、CM 或CD，下标u取值为b或f，b表示电缆本体，f表示电缆附件，i为年利率。
[0045] 初次投入费用CI第0年的LCC现值的计算方法为：
[0049] 其中，为初次投入费用第0年的LCC现值，CIU(；Z为购置费，CI^为安装调试费， CIuQT为其他费用，CIU(；Z1为购买费，CIU(；Z2为专用工具及初次备品备件费，CIU(；Z3为现场服务 费，CIU(；Z4S供货商运输费及相关税费，CIU(；Z5为保险费，CIuAzl为建设安装费，CI^2为业主方 运输费，(：1_为调试费，下标u取值为b或f，b表示电缆本体，f表示电缆附件。
[0050] 运行费用C0第0年的LCC现值的计算方法为：
[0059]其中，CO&°为电缆本体运行费用第0年的LCC现值，CO(为电缆本体运行费用第n 年的LCC当年值，年度电缆损耗费用，C%为年度日常巡视检查费用，ΔΝ为年交 流电阻损耗电量，N为年介质损耗电量，P为成本电价，Ijf为均方根电流值，r。为电缆线路 每相导线单位长度的30°C导体交流电阻值，L为单位长度，f为年平均运行小时，U为电缆 工作电压，C。为电缆每相工作电容，tanδ为电缆绝缘介质损失角的正切值，CObxsl为环境巡 视费用，C0bxs2为专业检查费用，CObxs3为地温检测费用，CObxs4为感应电流测试费用，CObxs5为 特巡费用，C0bxs6为抽检费用，C0bxs7为其它费用，上标η为第η年，上标0为第0年，下标b 为电缆本体，下标f为电缆附件，CT〈'为电缆附件运行费用第n年的LCC当年值，COfHW为红 外检测费，cofZWS紫外检测费，k为单位套数，i为年利率。
[0060] 检修维护费用CM第0年的LCC现值的计算方法为：
[0065] 其中，为电缆本体检修维护费用第〇年的LCC现值，CM纟为电缆本体检修维 护费用第η年的LCC当年值，CMbZQ为周期性维护费，CMbSY为周期性试验费，L为单位长度， 为电缆附件检修维护费用第0年的LCC现值，为电缆附件检修维护费用第n年的 LCC当年值，CMfx为单套中间头检修维护费，CMfy为单套终端头检修维护费，χ为电缆中间头 权重，y为电缆终端头权重，i为年利率。
[0066] 故障费用CF第0年的LCC现值的计算方法为：
[0071] 其中，为电缆本体故障费用第0年的1^〇：现值，（$：为电缆本体故障费用第11 年的LCC当年值，CFb(U为电缆本体故障检修费，CFb(；s为电缆本体故障损失费，CF〗为电缆附 件故障费用第〇年的LCC现值，CF,"