平潭綜合實驗區(qū)10 kV電網(wǎng)架設(shè)方式選擇

林建營

(福建永福工程顧問有限公司，福建 福州 350108)

1 概述

城市供電網(wǎng)絡(luò)的輸配形式有兩種選擇，即架空線路和電纜線路。電纜線路與架空線路相比具有以下優(yōu)點：占地少,不形蜘蛛網(wǎng)式密集的供電線路，不影響市容；對人身安全、環(huán)境相容性好；供電可靠；運行比較簡單方便，維護工作量少，運行費用低；電纜的電容比較大，有利于提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)。但電纜線路成本高、投資費用大。

本文將結(jié)合平潭綜合實驗區(qū)目前10 kV電網(wǎng)運行的外部環(huán)境條件和運維費用情況，并根據(jù)福建電網(wǎng)典型造價方案，采用全壽命周期成本分析方法，對比分析10 kV電網(wǎng)架空線路與電纜線路年費用，推薦符合平潭綜合實驗區(qū)電網(wǎng)可靠運行且年費用最小的架設(shè)方式。

2 電網(wǎng)運行外部環(huán)境條件

平潭綜合實驗區(qū)位于福建沿海，氣候?qū)倌蟻啛釒Ъ撅L氣候，降水充沛，海洋性氣候特點明顯，常年受海洋季風影響。根據(jù)國家電網(wǎng)公司電網(wǎng)風區(qū)、冰區(qū)分布圖(2013年版)和福建省電網(wǎng)雷電密度分布圖集，平潭地區(qū)年雷暴日數(shù)為40 d，線路設(shè)計基本風速一般取37 m/s、39 m/s、41 m/s，無覆冰。

根據(jù)《福建省電力系統(tǒng)污區(qū)分布圖(2013年版)》，平潭地區(qū)污穢等級為e級，單位爬電距離為32 mm/kV，海洋風帶來的鹽霧對電網(wǎng)設(shè)備的影響主要為以下幾點：①腐蝕導(dǎo)線造成斷線；②造成絕緣子污閃；③腐蝕設(shè)備金屬構(gòu)件等。

平潭大部分面積所在地屬于海陸交互平原地貌，地下腐蝕以場地土腐蝕和地下水腐蝕為主，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)存在中～強腐蝕性。

3 電網(wǎng)架設(shè)方式框選

目前城市10 kV電網(wǎng)架空線路主要采用水泥桿、鋼管桿和窄基塔等架設(shè)方式；電纜線路主要采用銅芯電纜和鋁芯電纜敷設(shè)方式。根據(jù)福建電網(wǎng)典型造價方案，在相同條件下鋼管桿架設(shè)方式和窄基塔架設(shè)方式的單位投資約為水泥桿架設(shè)方式的3～4倍；不含土建部分投資時銅芯電纜線路的單位投資約為水泥桿架設(shè)方式的3倍，鋁芯電纜線路的單位投資約為水泥桿架設(shè)方式的2倍；考慮土建部分投資時銅芯電纜線路的單位投資約為水泥桿架設(shè)方式的4.5～5.5倍，鋁芯電纜線路的單位投資約為水泥桿架設(shè)方式的3.5～4.5倍。

考慮到在城市建設(shè)中規(guī)劃用電的管理比較完善，地下電纜土建部分在城市規(guī)劃時已預(yù)先設(shè)置，因此在比較架空線路和電纜線路時，由于鋼管桿架設(shè)方式和窄基塔架設(shè)方式不僅一次性投資高，而且供電可靠性差、運維費用高，因此，本文重點對水泥桿架空線路與銅芯電纜線路和鋁芯電纜線路進行年費用比較，并推薦符合平潭綜合實驗區(qū)電網(wǎng)可靠運行且年費用最小的架設(shè)方式。

4 銅心電纜與鋁心電纜材質(zhì)比較

在線纜行業(yè)中，電纜的材料有很多，其中常見的是鋁材料和銅材料，即鋁芯電纜和銅芯電纜。鋁芯電纜指裹在電纜絕緣層之內(nèi)的導(dǎo)體是由鋁組成的，銅芯電纜的導(dǎo)體則是銅。

鋁芯電纜與銅芯電纜比較具有電纜輕、價格便宜的優(yōu)點；銅芯電纜與鋁芯電纜比較具有強度高、抗疲勞、延展性好、施工方便、電阻率低、載流量大、能耗低、發(fā)熱溫度低、電壓損失低、抗氧化、耐腐蝕等優(yōu)點。

盡管鋁芯電纜比較便宜，但是相對鋁芯電纜而言，地下使用銅芯電纜供電具有可靠性較高、事故率較低等優(yōu)點。這也是國內(nèi)目前在地下電纜供電中主要采用銅電纜的原因所在。

近年來，鋁芯電纜的價格優(yōu)勢日趨明顯，而今后平潭島電纜的敷設(shè)條件也從直埋、穿管為主轉(zhuǎn)化為較多采用電纜溝、甚至電纜隧道敷設(shè)；通過適當增大鋁芯電纜截面，鋁芯電纜載流量、損耗、電壓降等都可以達到與銅芯電纜接近的水平，同時通過加強施工現(xiàn)場管理，可有效提高鋁芯電纜連接性能，提高鋁芯電纜抗氧化、耐腐蝕、穩(wěn)定性。因此平潭10 kV配網(wǎng)線路優(yōu)先采用架空線路還是電纜敷設(shè)、采用鋁芯電纜還是銅芯電纜，需要通過全壽命周期經(jīng)濟比較來研究確定。

5 年費用最小法計算公式

資金等值公式

資金回收系數(shù)(已知現(xiàn)值求年金)：

現(xiàn)值系數(shù)(已知終值求現(xiàn)值)：

式中：A為年金；P為現(xiàn)值；F為終值；i為電力工程投資的回收率(按8%利率計)；n為計算周期(取10年、15年、20年、30年)。根據(jù)資金等值公式，計算10年、15年、20年和30年的資金回收系數(shù)分別為0.14903、0.11683、0.10185和 0.08883。

6 已建10 kV架空線路運維費用

根據(jù)平潭公司提供的數(shù)據(jù)，整理得知10 kV東沃Ⅰ回611線路、10 kV東沃Ⅱ回622線路、10 kV蘇澳線、10 kV流水I回、10 kV芬尾I回等5回架空線路(含支線線路)總長為152.489 km，2004年～2014年技改大修搶修費用1504.3988萬元，2011年～2013年因故障停電次數(shù)214次，2011年～2013年因故障停電損失電量112.532萬kWh，折合損失電費63.7269萬元。

根據(jù)平潭地區(qū)已建10 kV架空電力線路在統(tǒng)計年內(nèi)技改大修搶修費用和因故障停電損失費用，并按照每年遞增15%考慮，推算出10 kV架空電力線路投產(chǎn)后在計算周期內(nèi)技改大修搶修費用和故障停電損失費用按資金等值折算到建設(shè)期初年費用見表1。

表1 10 kV架空電力線路在不同計算周期內(nèi)運維年費用比較

銅芯電纜線路的運維費用取架空線路的10%，鋁芯電纜線路的運維費用取架空線路的20%。

7 新建10 kV架空線路與電纜線路投資比較

線路長度5 km，為使輸送容量一致，架空線路導(dǎo)線截面取240 mm2，銅芯電纜截面取300 mm2，鋁芯電纜截面500 mm2，電纜線路不含土建部分建設(shè)費用。新建10 kV架空線路與電纜線路投資如下表2。

表2 新建10kV線路投資比較

8 新建10kV架空線路與電纜線路年費用比較

計算周期內(nèi)，新建10 kV架空線路與電纜線路一次性總投資、技改大修搶修費用、故障停電損失費用累計折算到計算周期內(nèi)的年費用見表3。

表3 新建10 kV線路在不同計算周期內(nèi)年費用比較

根據(jù)表3，架空線路水泥桿架設(shè)方式10年、15年和20年計算周期內(nèi)年費用均低于電纜線路年費用，而30年計算周期內(nèi)年費用比鋁芯電纜線路高。

9 架空線路15年末重建時與電纜線路年費用比較

平潭海島四面環(huán)海，氣候潮濕且臺風頻發(fā)，10 kV架空線路長期受到海洋性氣候高腐蝕性影響，設(shè)備運行壽命嚴重縮短，年均技改大修搶修費用、年均因故障停電次數(shù)及停電損失將逐年增加。

10 kV東沃Ⅰ回611線路和10 kV流水I回均始建于1990年，位于鹽霧重腐蝕區(qū)域和東部風口，線路走向與常年風向垂直增強了風切效應(yīng)對線路的腐蝕作用，線路運行期間極易出現(xiàn)污閃跳閘和腐蝕斷線問題，2000年“飛燕”臺風期間發(fā)生全線倒桿斷線，利用農(nóng)網(wǎng)資金重新建成投運，運行周期10年。

同時根據(jù)上述5回10 kV架空線路(含支線)在統(tǒng)計年內(nèi)技改大修搶修費用、因故障停電損失費用情況，線路在投產(chǎn)后第四個5年內(nèi)的運維費用將達到重建的投資。因此下面就對10 kV架空線路第15年末重建時與電纜線路進行年費用比較分析。

9.1 投資比較

10 kV架空線路第15年末重建時，考慮建設(shè)環(huán)境日益困難、物價上漲指數(shù)等因素，架空線路與電纜費用投資情況見表4。

表4 10 kV架空線路第15年末重建時10kV線路投資比較

表4架空線路投資未考慮拆舊費用，建設(shè)規(guī)模與表2一致。

9.2 運維費用比較

表5 10 kV架空線路第15年末重建時架空線路在不同計算周期內(nèi)的年運維費用比較

銅芯電纜線路的運維費用取架空線路的10%，鋁芯電纜線路的運維費用取架空線路的20%。

9.3 年費用比較

表6 10 kV架空線路第15年末重建時10 kV線路在不同計算周期內(nèi)的年費用比較

根據(jù)表6，架空線路水泥桿架設(shè)方式在計算周期內(nèi)的年費用均低于銅芯電纜線路年費用，但均高于鋁芯電纜線路年費用。

10 結(jié)語

根據(jù)以上對10 kV架空線路與電纜線路的技術(shù)和年費用比較，在不考慮電纜土建部分費用同時不考慮10 kV架空線路在投產(chǎn)后第15年末重建時，水泥桿架空線路在20年的計算周期內(nèi)年費用比鋁芯電纜線路約低25%；在不考慮電纜土建部分費用同時考慮10 kV架空線路在投產(chǎn)后第15年末重建時，水泥桿架空線路在計算周期內(nèi)年費用比鋁芯電纜線路約高5%～15%。

根據(jù)《福州平潭綜合實驗區(qū)2015年～2020年配電網(wǎng)滾動規(guī)劃報告》和江蘇電網(wǎng)、浙江電網(wǎng)、湖北電網(wǎng)等中低電網(wǎng)鋁芯電纜的運行經(jīng)驗，并對比銅芯電纜和鋁芯電纜的優(yōu)缺點，通過適當增大鋁芯電纜截面、規(guī)范鋁芯電纜的壓接套和壓接工藝、強化現(xiàn)場施工管理等措施，鋁芯電纜的性能可以達到與銅芯電纜接近的水平。

考慮平潭綜合實驗區(qū)架空線路的運行環(huán)境及平潭區(qū)域的重要性，因故障頻繁停電影響面廣，在當?shù)卣袚娎|工程土建費用的前提下，建議平潭綜合實驗區(qū)10 kV主干網(wǎng)采用銅芯電纜敷設(shè)，10 kV支線采用鋁芯電纜敷設(shè),以提高電網(wǎng)供電的可靠性。

[1]李秋玲．城市供電網(wǎng)絡(luò)高壓電纜線路與架空線路的技術(shù)經(jīng)濟比較[J]．華北石油設(shè)計，2004,77(3)．

[2]廈門多齊電線電纜有限公司[EB/OL]．(2011-10-17)[2014-07-07]銅芯電纜與鋁芯電纜優(yōu)劣分析比較．http://www.duoqi.net.cn/jishu/jishushow231.html,2011-10-18．

[3]芮光魚．項目決策分析與評價[M]．北京：中國計劃出版社，2011．

[4]劉康，印永福．城市電網(wǎng)架空線路與地下電纜的技術(shù)經(jīng)濟分析[EB/OL]．(2014-02-02)[2014-07-07]．http://www.docin.com/p-767751970.html,2014-02-20．