现代机械工程设计全寿命周期性能与可靠性
李达
摘 要：目前随着工程项目管理理论的发展，人们已经认识到全过程管理的重要性，并提出了全寿命周期理论，要求从工程建设、运行等多个阶段进行管理，保证工程在寿命期的安全运行。该文主要对全寿命周期理论的某输电线路工程优化进行分析，以期给工行研究者提供借鉴。
关键词：全寿命周期理论 某输电线路 工程优化
中图分类号：TM752 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）03（b）-0031-02
传统输电线路设计时只能从机械与电气等方面对输电线路相关性能进行考虑，不能综合分析。随着社会经济的发展，电网负荷量越来越大，为了促进电力工程项目的建设和发展，必须将新型的全寿命周期理论管理应用到实际工作中，推动我国电网的发展。
全寿命周期表示工程规划、实施到报废的全过程。传统线路设计时，主要利用一次性投资成本评估输电工程的经济性，不能对输电运行、维护等进行考虑，影响了项目可靠性和经济性。
全寿命周期成本表示整个工程支付的总费用，主要由运行、维护与建设成本组成，可以将其表示为：LCC=IC+ OC+MC，其中：LCC为寿命周期成本；IC为一次性投资成本；OC为运行成本；MC为维护成本；经过修正可将上述公式表示为：
LCC=IC+OC+MC+FC，其中：FC为中断输电可靠性成本。
工程经济中经常遇到两种或多种互相排斥方案经济效果相同情况，一般使用不考虑资金时间价值静态法与考虑资金时间价值动态分析法操作。为了便于比较，将成本算到一个时间基准中，可以将以时间为基准的寿命周期表示为：，N为送变电工程经济寿命；r为现值折现率，由通货膨胀与预期利率组成，MCi为工程投入i年的维修成本；FCi为工程投入i年的可靠性成本；OCi为工程投入第i年运行成本；IC为一次性投资成本；PLCC为寿命周期成本现值。
1 某输电线路工程路径优化
1.1 工程情况
该工程电压等级是750 kV，全长2×178 km，路径曲折系数为1.16，航空距离为2×153 km，使用单、双回路混合架设，线路沿西北-东南走线。经过分析发现，对该工程主要从路径优化、导线优化选型、铁塔优化设计、基础优化配置、绝缘配置等进行设计，综合考虑气象条件与水文岩土情况。
1.2 路径选择原则与操作
选择路径时必须结合电力系统规划要求，综合考虑城市、文物、林业、水文地质及沿线交通等情况。综合考虑后，尽量靠近现有公路，满足路径安全、经济与可靠性要求。
此次借助1∶5万地形图，总览1∶20万地形图，进行了电气、地质、测量与方案认定。同时对当地水利、军事及自然情况进行分析，达到了最佳效益。最终线路一段路径进行了优化，缩短了2.55 km路径，节省了550万元，保证了线路运行安全。
2 某输电线路导线优化选型
输电线路电磁环境参數主要从工频电厂 、工频磁场、可听噪音与无线电干扰等进行分析，综合评价拟建线路对无线电接受的影响，实现无线电精确估计。该工程电磁环境指标取值如下。工频电厂 ：对于非农业、人员活动与偶尔有人经过区域场强为10 kV/m；村庄等公共区域场强为7 kV/m，非农业与人员少的地区场强为12 kV/m；靠近民房时，房屋距地面1.5 m电厂不能超过4 kV/m。工频磁场：非公众活动区域、农业偶又热行走场强为0.5～1.0 mT；公众接近或线路跨越公路长期未0.1～0.5 mT；公众活动区域与人员流动频繁区域场强低于0.1 mT。可听噪音：距离导线投影20 m外的湿导线条件下，噪声控制在55 dB；距离导线投影20 m外，距离地2 m时无线电干扰为58 dB。
2.1 单回路导线选型
第一，从技术比较分析。结合工程情况：（1）导地线布置使用国网公司的7A2与7A4模块。（2）考虑到系统输送容量与海拔高度，导线结构与导线截面使用、、与等导线方案。（3）参选导线电流密度与电能损失时，由于各国情况不同，选择也有所差异，选择时参照我国经济电流密度。电流密度中0与超过了经济密度，其他均符合。（4）导线电厂强度与电晕计算发现，排除外，其他方案均符合。（5）可听噪声分析发现，不允许超过为55 dB。（6）导线结构无线电干扰值。经过分析发现，海拔2 500 m以下，此次选择方案均满足55 dB要求。
第二，经过计算发现，经济性方面比较发现，初期投资从小到大分别是、和，其中在导线节省投资方面具有显著优势。但是工程地形复杂，容易出现扩径风险，因此，此次使用导线。
2.2 双回路导线型号与选型
第一，此次塔型使用：水平偏移2 m的7D2模块，国网公司使用750 kV设计双回路轻冰块系列；水平选择1 m小鼓型，应用到地势平缓的区域。相邻导线使用0.5 m伞型导线，经常使用国外750 kV与1 000 kV。（1）电磁环境分析，三种方案均符合要求。（2）防雷方面分析，鼓型塔防雷较差；伞型塔效果由于鼓型塔。（3）技术经济分析，0.1 m位移的鼓型塔比2 m位移鼓型塔轻；转交塔应用0.5 m位移比2 m鼓型塔轻，可减少耗材。
经过对机械性能、电磁环境、电气参数等的分析发现，双回路可排除6×LGJ400/45导线方案，可应用6×LGJ500/45导线结构。
第二，从经济性分析，海拔在2 200 m时，同塔双回路优劣排序为：、与6×JL/LGJ-500/65。综合分析后，此次使用导线。
3 某输电线路铁塔优化
进行输电线路铁塔优化时，主要从头部、塔身及腿部进行设计。具体分析如以下几点。
第一，头部优化。（1）双回塔直线与转角塔型选择如图1所示。经过分析：直线塔使用1.0 m比2.0 m塔重轻，减少了铁塔耗材。通过位移式满应力计算可知，0.5 m比1.0 m伞型塔轻，减少了耗材。（2）对单回路塔头比较时，主要对两种酒杯型式进行分析。方案2降低了酒杯塔地线支架，而且铁塔全高较低，符合满应力计算，保证了铁塔可靠度。
第二，塔身优化。塔身优化主要从节间与斜材布置两方面优化。为了保证铁塔上下受力均匀，此次根据规格角钢临界计算长度，结合内力规律不进行等距布置，得到理想经济效益。根据实践经验，斜材与主材夹角一般控制在40°～59°之间。
第三，优化铁塔腿部。由于该工程水土与环境保护较重要，因此，此次将塔腿设计为全方位到底腿，利用自然地形，减少开挖，满足0基面要求。
4 结语
此次主要对基于全寿命周期理论的某输电线路工程优化进行分析，主要从路径、导线优化选型及铁塔优化等进行分析，为了体现全寿命周期理论的应用，还要优化基础配置，满足输电线路工作需求，提高供电质量，希望该文的分析可给相关研究学者提供借鉴。
参考文献
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