鋁合金電纜在光伏項目中的應用分析

周承軍 羅易 李春陽 黃興發

摘? 要：光伏電站平價上網的時間節點就在眼前，在降本增效的現實需求下，采用鋁合金電纜可適當降低工程造價。鋁合金線纜在機械特性方面較純鋁芯電纜有所改善，項目建設中已有大量在運行的案例。該報告對銅芯與鋁合金芯電纜在工程應用中的差異進行分析對比，提出鋁合金電纜在工程應用中的技術措施。

關鍵詞：性能;要求;影響;措施

中圖分類號：TM615? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

鋁合金電纜在美國已經有了40多年的應用歷史，在國內卻是新興事物。十二五期間，在城網中低壓建設及改造中大量應用鋁合金電纜代替銅電纜的呼聲很高，最終沒有大面積推廣，部分電網公司甚至禁止采用鋁合金電纜。在2014年及2015年，國內關于鋁合金電纜的制造規范相繼發布，對鋁合金電纜的電氣性能及試驗做了明確規定，很好的指導了鋁合金電纜的工程應用，工程項目開始更友好的接受鋁合金電纜應用。鋁合金電纜應用的項目越來越多，今后鋁合金電纜需要能經受住質量及安全風險管控的雙重考驗，才能實現大面積推廣。

1 鋁合金電纜和銅芯電纜的性能比較

1.1 電氣性能（表1）

2 對鋁合金電纜影響分析

目前在我國應用的鋁合金基本都是AA8000鋁合金系列，該系列為國際鋁行業協會的鋁合金牌號，該系列是用在配電線路上的軟質鋁合金。AA8000系列鋁合金電纜是采用特殊輥壓成型型線絞合生產工藝和退火處理等先進技術發明創造的新型材料電力電纜。合金電力電纜彌補了以往純鋁電纜的不足，彎曲性能、抗蠕變性能和耐腐蝕性能等大大提高，能夠保證電纜在長時間過載和過熱時保持連續性能穩定。鋁合金電纜在北美已有40多年的應用史，技術相對成熟。AA8000鋁合金系列引入國內后已經發布了GB/T 30552—2014 《電纜導體用鋁合金線》，對電纜的型號、規格、材料、電氣和機械性能及試驗方法、檢測規則做了明確規定。

鋁合金電纜在應力松弛和抗蠕變性方面有改善但遠不及銅，國產鋁合金質量控制不一致（合金成分）導致抗蠕變性能差。北美鋁合金電纜Si含量相差5%以內，AA8030系列有良好的抗蠕變性能。目前已發布了GB/T 30552—2014 《電纜導體用鋁合金線》，標準制定有利于鋁合金產品質量的管控。在產品采購中可以要求廠家提供《抗壓蠕變評估報告》，報告由上海電纜研究所、國家電線電纜檢測中心或武高所等機構出具。

銅的熔點為1 080 ℃而鋁和鋁合金的熔點為660 ℃，所以銅導體是耐火電纜更好的選擇。鋁和鋁合金不宜用做耐火電纜導體，也不宜在人口密集的城市配電網、樓宇、廠礦中使用。銅氧化后仍具有較高的導電率，鋁氧化后導電率降低，發熱嚴重也是引起火災的重要原因。

根據調查資料表明，電廠火災事故中，由于電纜本身故障起火延燃的約占25%。據公安消防部分統計，因電線、電纜本身故障造成整體大樓火災事故的，其事故率占40%左右。采用鋁合金電纜后，電纜的火災風險大幅增加。

據統計62.08%的故障原因屬于電纜接頭處擊穿，目前對大截面鋁合金電纜的中間接頭及終端接頭施工工藝還未完全解決可靠、穩定、成熟的現場壓接技術問題。電纜接頭處的性能是鋁合金電纜推廣應用的最關鍵制約因素。

大截面的電纜有更大的電容電流。在10 kV中壓配電網中，一般采用中性點非直接接地，單相對地電容電流不能超過10 A，否則就和現有的運行方式，保護功能不匹配。

3 技術措施

3.1 目前已采用的技術措施

光伏電站中電纜主要包括2個部分：直流電纜和交流電纜。其中直流電纜壓降允許值為2%，交流電纜壓降允許值為3%。組件至匯流箱直流部分采用光伏專用電纜，應采用銅芯。匯流箱至逆變器直流部分電纜截面多為70 mm2、95 mm2、120 mm2截面低壓兩芯直流電纜，光伏項目主要在此部分采用鋁合金電纜替代銅芯電纜。逆變器至箱變低壓側或并網柜多采用3+1芯低壓交流電纜，此部分也有采用鋁合金電纜的情況。箱變至光伏進線柜部分是10 kV、35 kV，不宜采用鋁合金電纜。

目前光伏電站項目應用主要為0.6/1 kV 電壓等級電纜，項目應用中常用以下措施：

（1）采用阻燃電纜，阻燃性能應不低于 C 級。。

（2）電纜穿鍍鋅鋼管敷設，可以形成防火分隔。

（3）槽盒敷設時，填充率不宜大于20%，托盤或橋架敷設時，填充率不宜大于40%。

（4）鋁合金電纜和銅芯電纜在中間段用專用銅鋁轉接接頭壓接，通過銅芯電纜接入逆變器等低壓電氣設備接入端。銅鋁轉接接頭安裝在接線盒中進行保護。

（5）電纜和設備連接處采用釬焊銅鋁過渡端子，要求具備第三方認證。

（6）進行鋁合金電纜和銅芯電纜的經濟對比分析，評估節省成本的程度，具有明顯的經濟優勢才允許使用鋁合金電纜。

3.2 針對鋁合金電纜應用的一些建議

（1）限定鋁合金電纜的使用范圍：

GB50217—2018 《電力工程電纜設計規范》3.1.1條規定的場所必須使用銅芯電纜。光伏場區1 kV及以下電壓等級直流兩芯電纜，1 kV及以下低壓交流匯集線路需謹慎采用鋁合金電纜。目前的直流1 500 V系統相關標準尚未完善，成套的電氣設備及電纜采購管控標準不明晰，1 kV以上的直流電纜不宜采用鋁合金電纜。

（2）銅截面積為95 mm2及以下時，替換成鋁合金芯電纜時規格提高1級。銅截面積為95 mm2以上時，替換成鋁合金芯電纜時規格提高2級。

（3）編制鋁合金電纜物資采購技術規范書范本，明確關鍵性能參數。

（4）應優先選擇具有良好運行業績和成熟制造經驗的生產廠家。加強廠商資質的復查，廠家須有國家能源局或住建部的認證、PCCC認證。

（5）電纜產品有國家級檢測認證機，象上海電纜研究所、國家電線電纜檢測中心和武高所等出具的相關檢測報告。相關的測試報告內容如下：《導體檢測報告》、《抗壓蠕變評估報告》和《過渡接線端子1000次熱循環檢測報告》，這3個統稱為三大檢測報告，是鋁合金電纜基本的檢測報告。與采購電纜對應型號的鋁合金電纜《型式試驗報告》; 阻燃電纜應有國家防火檢測中心的檢測報告。

（6）電纜的出廠試驗，設備進場試驗合格，檢測報告作為投運資料移交運維單位。

（7）電纜敷設前應進行絕緣電阻測試，線間和線對地絕緣電阻值必須大于10 MΩ，且數據均衡。如不符合要求，檢查電纜是否受損或受潮;搖測完畢后，應將線芯分別對地放電。電纜敷設完畢后再次進行絕緣電阻測試，杜絕帶隱患投入運行。

（8）鋁合金電纜接頭處絕緣擊穿及腐蝕是最常見的質量通病，必須加強電力電纜接頭選型、訂貨、驗收、施工及投運的全過程管理。

施工前應編制施工作業指導書并組織技術交底;使用電纜專用的壓接工具按照標準工藝作業，施工后進行測試電氣性能需滿足使用要求，并做好項目臺賬記錄。根據臺賬記錄，可編制運行項目的測試記錄，巡視計劃。電纜接頭處的密封防潮性能應能滿足長期運行需要。運維部門應加強電纜線路負荷和溫度的檢（監）測，防止過負荷運行，多條并聯的電纜應分別進行測量。巡視過程中應檢測電纜附件、接地系統等關鍵接點的溫度，銅鋁過渡部位的腐蝕情況。

（9）可在接頭處的一段電纜繞包防火包帶。

（10）橋架敷設時，設置防火分段安裝防火隔板。電纜穿建筑孔洞、電器柜孔洞處安裝防火隔板，涂防火堵料。電纜溝敷設的可分段做防火墻，或簡易的防火沙包。

（11）對敷設鋁合金電纜的通道，可設置紅外監視、煙感，發現火災可自動報警、快速關斷等。

4 結語

在滿足載流量和能量損耗的前提下，鋁合金電纜的成本比銅纜低。目前在光伏電站項目中，0.6/1kV電纜已經開始大量采用。使用鋁合金電纜前，需要綜合考慮電纜敷設環境是否允許采用鋁合金，如果采用鋁合金電纜需要對電氣、機械性能進行分析，合理選型。進行工程造價分析需考慮土建工程中是否又增加了費用。針對鋁合金電纜的產品質量、施工質量、運行隱患做好過程管控。

參考文獻

[1]侯義明.鋁合金電纜應用中需要考慮的問題[J].供用電雜志，2015（8）：52-56.

[2]福建省建筑設計研究院.DBJ/T13-176-2013，鋁合金電纜工程設計、施工及驗收規程[S].