鋁芯電纜在配電網建設改造中的應用分析

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，涉及到電力規劃、設計、施工、運行維護等各個環節，銅電纜高昂的造價倍受關注，在中壓配電網工程中能否全面采用鋁芯電纜成為要研究的實際問題。

1 電纜使用的要求與面臨的問題

1.1 電纜的應用

在城市配網建設中應用電纜有眾多的優點，如受外界環境的影響較小，最顯著的是可以幾乎不受臺風的影響，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，但電纜的應用也存在以下不足：

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

（2）電纜的運行維護困難，故障不容易查找，處理時間較長，對專業性要求較高。

（3）電纜受開口點的限制，導致用戶接入不如架空線路方便。

（4）電纜的大量使用導致電力系統特別是城市變電所的容性負載較大，易引起系統不穩定，需增加相應的消弧設備，增加了投資。

對于后3個問題，通過現有的管理與技術手段可以有效地加以解決。而對于第一個問題，由于銅材等大宗商品價格受外圍的影響越來越大，并處于高位運行，銅芯電纜價格因之居高不下。另一方面，城市建設過程中的電纜使用主要由政府主導，電網企業承擔了大部分的投資費用，最終導致電網運營成本增加。

1.2 鋁芯電纜在配電網工程中的應用

鋁芯電纜在早期配電網工程中曾經得到較為普遍的應用，并能很好地適應當時的電力需求。隨著城市經濟生活水平的不斷發展，配電線路的實際負荷不斷攀升，鋁芯電纜相對銅芯電纜載流量較小、機械強度與穩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，成為城市電力建設中的首選電纜。

然而，近幾年銅芯電纜的價格隨著銅價的上升而屢創新高，在銅價最高時，300 m2、10 kV電纜價格達80萬元/km以上，遠遠超過了同等載流量下的鋁芯電纜的價格，加上管線以及相關的附件造價，每千米電纜工程的造價近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，巨大的價格差距使得電網企業在建設城市配電網時面臨沉重的資金壓力；作為市場經濟下的獨立核算的經濟實體與法人，電網企業必須考慮電網運營的經濟性，正是在這個背景下，許多電網企業開始重新考慮應用鋁芯電纜。

2 銅、鋁電纜對比及電纜鋁代銅的可行性

2.1 銅、鋁電纜的價格比較

鋁芯電纜最突出的優點就是良好的經濟性。從表1中可以看出，10 kV鋁芯電纜在截面的選擇上應比銅芯高2個等級，方能達到同等敷設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、鋁芯電纜發揮等同（或基本相同）作用的參考截面下，進行單價的比較。浙江地區兩個廠家電纜報價的平均值見表3。

表2 不同截面銅、鋁電纜的直流電阻

表3 10 kV銅芯、鋁芯電纜價格比較（YJV/YJLV系列）

由表3可以看出，在同等敷設條件下達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。

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

2.2 鋁芯電纜使用過程中應注意的問題

（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，管孔內徑為150 mm，根據《電力工程電纜設計規范》：管的內徑不宜小于電纜外徑或多根電纜包絡外徑的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，能滿足規程要求；而在改用鋁芯電纜后，相應的YJLV22-8.7/15-3×500 mm2外徑截面達到100 mm左右 （各廠家的外徑有一定偏差），已處于臨界值，將對電纜穿管敷設產生一定的影響，轉彎半徑也需相應增大。

（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、抗拉強度、抗疲勞、動熱穩定以及材料熔點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%；銅的抗拉強度為27 kg/mm2，而鋁僅為7 kg/mm2；抗疲勞方面，鋁材反復折彎易斷裂，而銅相對不易；彈性指標方面，銅也比鋁高約1.7～1.8倍；銅的材料熔點為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，考慮到故障處理時的施工、停電影響，改造時的二次投入等綜合因素，銅芯電纜則反而具有優勢。

對于上述問題，管徑問題在新建電纜管線時可以考慮更大一級的管孔（如采用外徑200 mm的管孔），對于原先已建設的150 mm舊管線，存在穿管矛盾但并不突出，規程要求為“不宜”，則有一定的彈性裕度。當然，這方面目前國內也并無可實際參照的權威解釋，仍可根據管線材質、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，比如采用實心導體代替絞線的工藝，以縮小電纜外徑等。材質問題帶來的運行性能差異可以在產品質量、施工工藝、工程驗收以及運行維護等方面加以補強，以確保電纜安全可靠運行。關于資產全壽命問題，由于配電網受外部影響及終端配電的制約，存在環境變化快、定期檢修難的特點，使配電網設備有向少維護、定期更換、狀態檢修模式發展的趨勢；另外，對電纜運行年限起主導作用的是絕緣而非載流材質，從這方面來看，電纜鋁代銅亦是可行的。

2.3 可行性結論

（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上，可分別采用500 mm2與630 mm2截面的鋁芯電纜進行替代，其它截面電纜鋁代銅可以按放大兩個截面選取。

（2）按以上標準進行電纜以鋁代銅后，基本不影響中壓電纜的直流電阻。

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

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

3 經濟、社會效益分析

根據以上銅、鋁中壓電纜的全面對比分析，現階段鋁芯電纜代替銅芯電纜是切實可行的。實際上，鋁芯電纜在0.4 kV電網的應用具有更大優勢，以蕭山供電局近兩年在農村低壓電網（綜合變臺區低壓出線）中采用鋁芯電纜后實際取得的效果為例，展開經濟、社會效益分析如下：

（1）便于運行管理。由于農村綜合變容量一般控制在250 kVA及以下，有二至三回出線，按兩回出線計算，安全電流控制在70%以內，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，而其單價僅為70～80元/m，而同等載流量的4×120 mm2銅芯電纜價格在200元/m以上。考慮到更小截面的鋁芯電纜價格相差已不大，因此在實際使用中規定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，這樣做的優點是配變在增容時不用更換電纜，事故備品備件方便，從而提高了運行經濟性。

（2）更良好的經濟性。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，相比中壓節約更多，從2007年開始，蕭山低壓配電網中開始采用鋁芯電纜 （主要用于農村綜合變出線段），兩年內累計使用總長度達到85 km，按每米節約120元計算，共計節約電網建設資金約1 000萬元。

（3）防盜竊。農村低壓外力破壞與盜竊現象較多，尤其是在銅價上漲后，銅芯電纜、接地銅線被盜竊的情況大大增加。以鋁代銅后，曾經發生過電纜外護套、絕緣層被損壞，而偷盜者發現是鋁芯材質后放棄了偷盜的案例。從統計情況也可看出，鋁芯電纜的被盜率明顯低于銅芯電纜。

4 結語

電網企業作為市場經濟的主體，應遵守市場經濟的各項規律，確保電網安全、穩定、經濟運行，為客戶提供優質電能，并滿足外部建設環境要求，這是一項長期而艱巨的任務。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，無論從國家節約銅資源的角度，還是電網企業自身發展而言，均是一項積極的舉措，應在中低壓配電網建設改造過程中加以推廣應用。