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从城市配电网发展趋势看铝合金电缆的应用前景
编辑:安徽伊法拉电力科技有限公司   发布时间:2016-12-10

目前铝合金电缆相关标准已经陆续出台,并列入了国家电网的新技术目录,但其是否适用于城市配电网的中压系统,还必须充分考虑城市配电网总体发展趋势这一前提条件。

一、城市配电网发展的三个必然趋势

(1)未来20年城市人均用电量必然不断增长

据统计,中国人均用电量仅是俄罗斯的50.6%,韩国的32.5%,美国的25%,加拿大的20%(见表1)。中国还处于城市化进程中,未来用电量依然有巨大的提升空间,因此城市配电网必须能够适应这种长期城市化过程和用电量不断增长的需求。

表1  2011年世界部分国家人均用电量统计





从这一趋势看,中国城市配电网必须坚强化,电缆选型必须优质而不是相反。

(2)城市电缆化率必然不断提升

架空线入地和提升电缆化率有利于城市景观环境改善,盘活高压线下的走廊空间,节约宝贵的土地资源,是城市化在配电网领域的必然反应和发展趋势。2015年国家电网供电的城市电缆化率达到50.5%,但县域仅有5.9%(见表2)。



表2  城市、县域绝缘化和电缆化率统计 

 




电缆化的趋势在发达城市表现得尤为明显,例如深圳、杭州等新兴一线城市核心区实现100%电缆入地,北上广等传统一线城市中心区也很少保留架空线路。从这一趋势来看,再次印证中国城市配电网必须坚强化,电缆选型必须优质而不是相反。

(3)未来20年城市配电网安全性要求必然不断提高

根据中国科学院2016年6月14日发布的《中国宜居城市研究报告》,我国宜居城市的短板为城市安全性、环境健康性和交通便捷性,其中城市安全性得分最低。城市安全已经成为建设宜居城市最主要的“拦路虎”之一,提升城市安全性水平刻不容缓。国务院安委会办公室在2014年10月发布的《国家安全发展示范城市建设基本规范(征求意见稿)》中,就明确指出要坚持把安全放在首要的位置,把安全生产真正作为发展的前提和基础,实现安全与质量、安全与效益、安全与速度的统一。

尽管我国的城市建设日益重视安全,但一些大城市安全问题仍然时有发生。根据公安部消防局的统计,2015年有10.2万起火灾是由于电气原因引发的,占火灾总数的30.1%,占较大火灾次数的56.7%,可见电气短路已成为引发火灾的首因。因此提升安全性将是城市配电网今后发展的必然趋势,确保安全应该成为电缆选型时极为重要的考量因素。

二、铝合金电缆不适应配电网发展趋势的要求

从城市配电网的发展趋势来看,居民用电需求不断增长,地下电缆逐渐替代架空线路,安全性、可靠性要求不断提高。在这一大背景下,如何确定电缆选型就关系到城市配电网未来20年的长久发展。本文认为铝合金电缆无法满足现代城市配电网发展的需求。

1.铝合金电缆导电性能不如铜也不如纯铝。

根据GB/T3953-2009、GB/T3955-2009等国家标准,铝合金导电率与铜相差甚远,甚至还不如纯铝(见表3)。



表3  主要线材电缆电阻率比较




随着城市用电规模不断提升,导体的品质应该向好发展。城市配电网中应该使用铜导体,增大导线截面,增加供电裕度,按饱和负荷规划设计,才能保证城市发展和配电网安全性、可靠性的要求,而使用铝合金电缆恰恰是相反的选项。

2.铝合金电缆扩大截面增加配电网建设的不确定性


解决铝合金电缆导电率低下的主要办法是扩大截面,即将截面放大为铜电缆的1.6倍,即可达到与铜电缆相同的导电性能。

城市配电网电缆化的发展趋势,要求将架空线路不断改为电缆敷设。但是地下空间的建设成本要远高于铝合金电缆所节省的成本,地下空间通常还会受到其它管线的制约,单纯依靠加大截面的方案是不可行的。例如将150mm2铜芯电缆改用240mm2铝合金电缆替代,在满足电缆与电缆,电缆与其它地下管线安全间距等强制性规范要求下,电容电流和管材截面的增加将造成电缆沟管、工井等地下构筑物规模扩大,增加了通道建设的成本和路径的不确定性。因此增大截面的铝合金电缆不适用于地下空间资源受限的城市配电网。


3.铝合金电缆大量使用将降低城市配电网的安全系数


若铝合金电缆大量进入城市配电网,将导致电网安全系数降低,主要表现在4个方面。


(1)铝合金电缆的机械抗拉强度比纯铝低30%以上,只有铜的45%左右。两者最大允许牵引强度的差距更大(见表4),导致单次牵引的电缆长度受限,需额外增加大量中间接头,在实际运用中更容易产生先天隐患和后续维护风险。


表4 三种电缆机械性能对比




(2)铝合金电缆耐腐蚀性能比纯铝差。根据上海电缆研究所的研究成果,作为电缆线芯使用的铜、铝、铝合金,其耐蚀性能排序为:铜>铝>铝合金。据报道,有研究机构曾试图加入某种特殊元素开发新的耐蚀铝合金,但到目前为止还未进入工业化实用领域。铝合金电缆耐腐蚀性低的缺点极大地限制了应用范围,同时也增加设备更新替换速度和巡视检修成本。

(3)连接可靠性差依然是铝合金电缆的一个突出问题。连接点是纯铝电缆产生安全问题的多发点。铝合金电缆在抗氧化、抗热膨胀、抗微动损耗、金属间化合物等四个技术指标上,跟纯铝电缆相比并没有改善,只是在抗蠕变和应力松弛方面有所改进。由于铝合金电缆的可靠连接问题没有解决,因此容易造成触点发热和不可逆的塑性变形,加速接头损耗,最终出现连接故障,产生安全问题。 

(4)铝合金电缆接头制作安装工艺要求高于铜电缆。铝合金接头施工工艺包括剥除绝缘层、刷除导体氧化层、涂覆导体膏、导体插入端子、压接、擦除多余导电膏等6个必要步骤,比铜电缆还多出3个流程。配电网工程造价相对较低,若在施工环节把关不严更容易留下安全隐患,稍有不慎都会造成严重后果,如使用铝合金电缆的“夺命电梯”、某钢铁厂电力沟道大火等重大安全事件。

三、总结

城市配电网的三个发展趋势是用电量不断增长,电缆化率不断提升,供电安全性要求不断提高。在这样的背景下,大量使用目前问题较多的铝合金电缆取代铜电缆是与大趋势相反的做法,后果必将是牺牲城市配电网品质,增加运维风险,降低安全可靠性。因此,铝合金电缆不适合在城市配电网中推广使用。


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