鋁芯電纜在配電網(wǎng)建設(shè)改造中的應(yīng)用分析

陳小飛

（浙江省電力公司，杭州 310007）

隨著各地城市化程度的不斷提升，電纜的使用范圍越來越大，涉及到電力規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)，銅電纜高昂的造價(jià)倍受關(guān)注，在中壓配電網(wǎng)工程中能否全面采用鋁芯電纜成為要研究的實(shí)際問題。

1 電纜使用的要求與面臨的問題

1.1 電纜的應(yīng)用

在城市配網(wǎng)建設(shè)中應(yīng)用電纜有眾多的優(yōu)點(diǎn)，如受外界環(huán)境的影響較小，最顯著的是可以幾乎不受臺風(fēng)的影響，不占用城市地面資源與通道，有利于城市的美觀，以及為用戶提供較高的供電可靠性等，但電纜的應(yīng)用也存在以下不足：

（1）電纜的單位造價(jià)比較高，特別是銅芯電纜，在同等載流情況下遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于架空鋁絞線。

（2）電纜的運(yùn)行維護(hù)困難，故障不容易查找，處理時(shí)間較長，對專業(yè)性要求較高。

（3）電纜受開口點(diǎn)的限制，導(dǎo)致用戶接入不如架空線路方便。

（4）電纜的大量使用導(dǎo)致電力系統(tǒng)特別是城市變電所的容性負(fù)載較大，易引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，需增加相應(yīng)的消弧設(shè)備，增加了投資。

對于后3個(gè)問題，通過現(xiàn)有的管理與技術(shù)手段可以有效地加以解決。而對于第一個(gè)問題，由于銅材等大宗商品價(jià)格受外圍的影響越來越大，并處于高位運(yùn)行，銅芯電纜價(jià)格因之居高不下。另一方面，城市建設(shè)過程中的電纜使用主要由政府主導(dǎo)，電網(wǎng)企業(yè)承擔(dān)了大部分的投資費(fèi)用，最終導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)營成本增加。

1.2 鋁芯電纜在配電網(wǎng)工程中的應(yīng)用

鋁芯電纜在早期配電網(wǎng)工程中曾經(jīng)得到較為普遍的應(yīng)用，并能很好地適應(yīng)當(dāng)時(shí)的電力需求。隨著城市經(jīng)濟(jì)生活水平的不斷發(fā)展，配電線路的實(shí)際負(fù)荷不斷攀升，鋁芯電纜相對銅芯電纜載流量較小、機(jī)械強(qiáng)度與穩(wěn)定性較差的弊端也不斷地暴露出來，加之架空線路通道資源的趨緊，銅芯電纜逐步取代了鋁芯電纜，成為城市電力建設(shè)中的首選電纜。

然而，近幾年銅芯電纜的價(jià)格隨著銅價(jià)的上升而屢創(chuàng)新高，在銅價(jià)最高時(shí)，300 m2、10 kV電纜價(jià)格達(dá)80萬元/km以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了同等載流量下的鋁芯電纜的價(jià)格，加上管線以及相關(guān)的附件造價(jià)，每千米電纜工程的造價(jià)近100萬，幾乎是同等載流量架空線路的5倍左右，但用戶對高供電可靠性要求、政府對城市景觀要求、電力通道限制等因素使電纜的使用又不可避免，巨大的價(jià)格差距使得電網(wǎng)企業(yè)在建設(shè)城市配電網(wǎng)時(shí)面臨沉重的資金壓力；作為市場經(jīng)濟(jì)下的獨(dú)立核算的經(jīng)濟(jì)實(shí)體與法人，電網(wǎng)企業(yè)必須考慮電網(wǎng)運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)性，正是在這個(gè)背景下，許多電網(wǎng)企業(yè)開始重新考慮應(yīng)用鋁芯電纜。

2 銅、鋁電纜對比及電纜鋁代銅的可行性

2.1 銅、鋁電纜的價(jià)格比較

鋁芯電纜最突出的優(yōu)點(diǎn)就是良好的經(jīng)濟(jì)性。從表1中可以看出，10 kV鋁芯電纜在截面的選擇上應(yīng)比銅芯高2個(gè)等級，方能達(dá)到同等敷設(shè)條件下基本相同的載流量。

表1 10 kV銅芯鋁芯電纜載流量比較A

相對于銅，鋁具有較高的電阻率 （大60%左右），但由于使用了高兩級的導(dǎo)體截面，在一定程度上減小了單位電阻，在20℃條件下，不同截面的銅、鋁電纜直流電阻見表2。

可見，采用相同載流量的鋁芯電纜后，單位長度電纜的電阻變化不超過1%，基本不影響電纜線路電阻。

通過載流量與電阻的對比，可在銅、鋁芯電纜發(fā)揮等同（或基本相同）作用的參考截面下，進(jìn)行單價(jià)的比較。浙江地區(qū)兩個(gè)廠家電纜報(bào)價(jià)的平均值見表3。

表2 不同截面銅、鋁電纜的直流電阻

表3 10 kV銅芯、鋁芯電纜價(jià)格比較（YJV/YJLV系列）

由表3可以看出，在同等敷設(shè)條件下達(dá)到基本相同的載流量，鋁芯電纜的成本約為銅芯電纜成本的35%～65%，截面越大，越節(jié)省；最常用的大截面電纜成本約為銅芯電纜的1/3。以上均為不考慮管線成本情況下，管線成本在鋁代銅后略有上升。

鋁芯電纜除在價(jià)格上具有明顯優(yōu)勢之外，電纜的整體施工重量也比銅芯電纜輕1/4左右，有利于運(yùn)輸與安裝施工，也減少了人工費(fèi)用。

2.2 鋁芯電纜使用過程中應(yīng)注意的問題

（1）鋁芯電纜外徑較大的影響。目前城市電力管線基本以排管為主，管孔內(nèi)徑為150 mm，根據(jù)《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》：管的內(nèi)徑不宜小于電纜外徑或多根電纜包絡(luò)外徑的1.5倍，而目前最常用的10 kV銅芯電纜YJV22-8.7/15-3×300 mm2的外徑一般在90 mm以下，能滿足規(guī)程要求；而在改用鋁芯電纜后，相應(yīng)的YJLV22-8.7/15-3×500 mm2外徑截面達(dá)到100 mm左右 （各廠家的外徑有一定偏差），已處于臨界值，將對電纜穿管敷設(shè)產(chǎn)生一定的影響，轉(zhuǎn)彎半徑也需相應(yīng)增大。

（2）銅、鋁金屬特性差異的影響。除了電阻率比銅差之外，鋁在抗氧化性、延展性、抗拉強(qiáng)度、抗疲勞、動(dòng)熱穩(wěn)定以及材料熔點(diǎn)等方面與銅相比均較差，比如銅的延展率在30%以上，而鋁為18%；銅的抗拉強(qiáng)度為27 kg/mm2，而鋁僅為7 kg/mm2；抗疲勞方面，鋁材反復(fù)折彎易斷裂，而銅相對不易；彈性指標(biāo)方面，銅也比鋁高約1.7～1.8倍；銅的材料熔點(diǎn)為1 084℃而鋁僅為658℃；因此鋁芯電纜的施工工藝要求更高。

（3）資產(chǎn)全壽命影響。雖然銅芯電纜一次性投入較大，但相對可靠，考慮到故障處理時(shí)的施工、停電影響，改造時(shí)的二次投入等綜合因素，銅芯電纜則反而具有優(yōu)勢。

對于上述問題，管徑問題在新建電纜管線時(shí)可以考慮更大一級的管孔（如采用外徑200 mm的管孔），對于原先已建設(shè)的150 mm舊管線，存在穿管矛盾但并不突出，規(guī)程要求為“不宜”，則有一定的彈性裕度。當(dāng)然，這方面目前國內(nèi)也并無可實(shí)際參照的權(quán)威解釋，仍可根據(jù)管線材質(zhì)、施工工藝、路徑狀況等各方面因素來綜合考慮；另外，也可以從電纜的制造工藝入手，比如采用實(shí)心導(dǎo)體代替絞線的工藝，以縮小電纜外徑等。材質(zhì)問題帶來的運(yùn)行性能差異可以在產(chǎn)品質(zhì)量、施工工藝、工程驗(yàn)收以及運(yùn)行維護(hù)等方面加以補(bǔ)強(qiáng)，以確保電纜安全可靠運(yùn)行。關(guān)于資產(chǎn)全壽命問題，由于配電網(wǎng)受外部影響及終端配電的制約，存在環(huán)境變化快、定期檢修難的特點(diǎn)，使配電網(wǎng)設(shè)備有向少維護(hù)、定期更換、狀態(tài)檢修模式發(fā)展的趨勢；另外，對電纜運(yùn)行年限起主導(dǎo)作用的是絕緣而非載流材質(zhì)，從這方面來看，電纜鋁代銅亦是可行的。

2.3 可行性結(jié)論

（1）目前中壓主干電纜線路主要采用300 mm2與400 mm2截面的銅芯電纜，在保持最大載流量不變基礎(chǔ)上，可分別采用500 mm2與630 mm2截面的鋁芯電纜進(jìn)行替代，其它截面電纜鋁代銅可以按放大兩個(gè)截面選取。

（2）按以上標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電纜以鋁代銅后，基本不影響中壓電纜的直流電阻。

（3）目前預(yù)埋的電纜排管內(nèi)徑一般為150 mm，最大僅能夠適應(yīng)3×500 mm2鋁芯電纜的敷設(shè)。

（4）除了按規(guī)程要求的場合必須使用銅芯電纜外，在當(dāng)前銅、鋁價(jià)格差巨大的前提下，使用中壓鋁芯電纜替代銅芯電纜能夠大量減少電力企業(yè)投資，是可行的亦是合理的。但在建設(shè)和運(yùn)行中應(yīng)充分注意電纜合理的轉(zhuǎn)彎半徑及銅、鋁結(jié)合部的穩(wěn)定性等問題。

3 經(jīng)濟(jì)、社會效益分析

根據(jù)以上銅、鋁中壓電纜的全面對比分析，現(xiàn)階段鋁芯電纜代替銅芯電纜是切實(shí)可行的。實(shí)際上，鋁芯電纜在0.4 kV電網(wǎng)的應(yīng)用具有更大優(yōu)勢，以蕭山供電局近兩年在農(nóng)村低壓電網(wǎng)（綜合變臺區(qū)低壓出線）中采用鋁芯電纜后實(shí)際取得的效果為例，展開經(jīng)濟(jì)、社會效益分析如下：

（1）便于運(yùn)行管理。由于農(nóng)村綜合變?nèi)萘恳话憧刂圃?50 kVA及以下，有二至三回出線，按兩回出線計(jì)算，安全電流控制在70%以內(nèi)，每回電纜最大電流在270 A左右，使用4×185 mm2鋁芯電纜完全可以適應(yīng)，而其單價(jià)僅為70～80元/m，而同等載流量的4×120 mm2銅芯電纜價(jià)格在200元/m以上。考慮到更小截面的鋁芯電纜價(jià)格相差已不大，因此在實(shí)際使用中規(guī)定250 kVA及以下的容量均采用該截面的鋁芯電纜作為出線電纜，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是配變在增容時(shí)不用更換電纜，事故備品備件方便，從而提高了運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

（2）更良好的經(jīng)濟(jì)性。由于低壓供電模式為三相四線制，因此，從金屬的使用量上看，相比中壓節(jié)約更多，從2007年開始，蕭山低壓配電網(wǎng)中開始采用鋁芯電纜 （主要用于農(nóng)村綜合變出線段），兩年內(nèi)累計(jì)使用總長度達(dá)到85 km，按每米節(jié)約120元計(jì)算，共計(jì)節(jié)約電網(wǎng)建設(shè)資金約1 000萬元。

（3）防盜竊。農(nóng)村低壓外力破壞與盜竊現(xiàn)象較多，尤其是在銅價(jià)上漲后，銅芯電纜、接地銅線被盜竊的情況大大增加。以鋁代銅后，曾經(jīng)發(fā)生過電纜外護(hù)套、絕緣層被損壞，而偷盜者發(fā)現(xiàn)是鋁芯材質(zhì)后放棄了偷盜的案例。從統(tǒng)計(jì)情況也可看出，鋁芯電纜的被盜率明顯低于銅芯電纜。

4 結(jié)語

電網(wǎng)企業(yè)作為市場經(jīng)濟(jì)的主體，應(yīng)遵守市場經(jīng)濟(jì)的各項(xiàng)規(guī)律，確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為客戶提供優(yōu)質(zhì)電能，并滿足外部建設(shè)環(huán)境要求，這是一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù)。在中低壓電纜中以鋁代銅較好地平衡了上述各方面的要求，無論從國家節(jié)約銅資源的角度，還是電網(wǎng)企業(yè)自身發(fā)展而言，均是一項(xiàng)積極的舉措，應(yīng)在中低壓配電網(wǎng)建設(shè)改造過程中加以推廣應(yīng)用。