電纜選型在光伏電站中的應(yīng)用

梁吉連 吉蕓嫻 江偉 楊松 諸葛云 沈道軍

摘 要：本文通過對比分析銅芯，鋁芯和鋁合金電纜在光伏電站中的使用，給出一種合理的選型原則，以降低光伏電站的建設(shè)成本。通過對比得出，在載流量相同的情況下，鋁合金電纜和鋁芯電纜的導(dǎo)體截面是銅的2倍多，需要考慮匯流箱和逆變器的安裝問題；在相同項目地，鋁合金電纜比銅電纜采購價格便宜40%，鋁電纜比銅電纜采購價格便宜42%，故推薦使用鋁合金或鋁電纜代替銅芯電纜，以降低成本，保護(hù)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：銅芯；鋁芯；鋁合金；光伏電纜

近年來，我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，光伏電站建設(shè)成本不斷下降，大型光伏電站占地面積大，集電線路長，電纜造價所占比重較大，而實際應(yīng)用中以銅導(dǎo)體為主，在當(dāng)前銅資源嚴(yán)重缺乏，鋁資源豐富的情況下，電纜行業(yè)應(yīng)該“以鋁節(jié)銅”是大勢所趨。[1]其次，銅導(dǎo)體的質(zhì)量和生產(chǎn)過程中易造成污染等問題日趨嚴(yán)峻，并且價格居高不下，使得電纜成本過高。[1]另外電纜業(yè)外的銅業(yè)組織過分夸大銅芯電纜的優(yōu)點，而不顧中國銅鋁資源的現(xiàn)狀，因而對鋁芯電纜的制造、應(yīng)用和市場產(chǎn)生誤導(dǎo)。我國正在建設(shè)綠色，低碳，低耗，資源節(jié)約型的發(fā)展模式，各行各業(yè)都在提倡節(jié)能減排，作為綠色能源的太陽能光伏電站、居民分布式電站等，在工程允許場合下，電纜采用“以鋁節(jié)銅”的節(jié)能措施，必定會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。[2]本文通過對銅芯、鋁合金和鋁芯三種電纜在機(jī)械性能、采購成本及安裝使用等方面進(jìn)行對比分析，同時對鋁合金電纜、鋁芯電纜在光伏電站中的應(yīng)用作了可行性研究。

1 電力電纜發(fā)展及性能

電力電纜常見電纜導(dǎo)體有鋁芯和銅芯兩種，從1968年開始，美國開始研制生產(chǎn)鋁合金電力電纜，并在美國、加拿大等國家已有40多年的應(yīng)用歷史。近十年來，美國、加拿大等電纜廠商把鋁合金電纜和附件配套系統(tǒng)引入我國家，鋁合金電纜在我國得到推廣應(yīng)用，并且國內(nèi)電纜廠家也開始生產(chǎn)和銷售鋁合金電纜。

1.1 電纜的性能特點

如表1所示，列出了三種電纜的性能對比。從表1可以看出，銅導(dǎo)體的電阻率比較小，具有較好的導(dǎo)電性，鋁合金和鋁的電阻率較大，導(dǎo)電性相對較弱，但鋁合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度比較接近銅電纜。鋁合金導(dǎo)體相比于純鋁導(dǎo)體，由于加入了特殊的成分并采用了特殊的加工工藝，極大的提高了抗拉強(qiáng)度，且延伸率提高到30%，接近于銅，使用更加安全可靠。

如下表2為額定電壓0.6/1KV鋼帶鎧裝銅、鋁合金和鋁電纜外徑和重量對比表，從表2可以看出，相似外徑和重量的情況下，鋁合金需求截面積比銅高一個等級，鋁芯需求截面積比銅高2個等級，在滿足相同導(dǎo)電性能的前提下，鋁合金導(dǎo)體的截面約為銅導(dǎo)體的1.6倍， 鋁合金重量約為銅導(dǎo)體的20%；鋁導(dǎo)體截面約為銅導(dǎo)體的1.9倍多，重量約為銅的50%。1.2 電纜的腐蝕性能

鋁固有的防腐性能緣自當(dāng)鋁表面與空氣接觸時形成薄而堅固的氧化層，這種氧化層特別耐受各種形式的腐蝕。而合金中添加的稀土元素又能進(jìn)一步改善鋁合金的耐腐蝕性能。堿性土壤和某些類型的酸性土壤環(huán)境對鋁有較大的腐蝕性，所以直埋敷設(shè)的鋁導(dǎo)體應(yīng)使用絕緣層或模壓護(hù)套防止腐蝕。在含硫的環(huán)境中，例如鐵路隧道和其它類似地方，鋁合金的抗腐蝕性能優(yōu)于銅。

1.3 電纜的經(jīng)濟(jì)性

如下表3為額定電壓0.6/1KV鋼帶鎧裝銅，鋁合金和鋁電纜價格對比，從表3可以看出，鋁合金和鋁電纜的價格較銅便宜較多，在滿足相同導(dǎo)電性能的前提下，鋁合金和鋁的價格比傳統(tǒng)的銅芯電纜低30%～50%。

2 實際項目對比

以正泰西藏拉薩運高10MW地面光伏電站為例，電壓等級35KV，共布置9個1.25MWp光伏方陣。電站采用310Wp組件，17塊一串聯(lián)；并網(wǎng)逆變器采用630MW，共18臺；9個1400KVA箱式變壓器在高壓側(cè)并聯(lián)串接為一回進(jìn)線。

該項目直流電纜壓降設(shè)計控制在3%左右，其中組件至匯流箱的電纜壓降在1%左右，匯流箱至逆變器的電纜壓降在2%左右。其中組件至匯流箱直流電纜規(guī)格為PV14mm2，長度為183.24KM。

如下表4為項目實際匯流箱至逆變器匯流直流電纜規(guī)格和長度，因并網(wǎng)逆變器采用630MW，故直流電纜電壓選取0.6/1kV，再根據(jù)電流選取對應(yīng)的載流量對應(yīng)的電纜截面積。通過優(yōu)化設(shè)計用以下鋁合金或鋁芯電纜替代匯流箱至逆變器匯流銅電纜如下表4示。

電力電纜截面積主要取決于載流量、短路熱穩(wěn)定性、壓降以及經(jīng)濟(jì)性、機(jī)械強(qiáng)度等因素，因此電纜截面積的選擇要對電纜的發(fā)熱及其允許電流、電纜的允許電壓損失、機(jī)械強(qiáng)度及電流密度等進(jìn)行綜合考慮后做出選擇。由4表知，用鋁合金或鋁芯替代銅芯電纜，在滿足載流量的條件下，導(dǎo)體的橫截面積增加，電纜的規(guī)格種類增加，按照表3的對應(yīng)單價對應(yīng)計算后，鋁合金電纜比銅電纜采購價格便宜約40%，鋁芯電纜便宜約42%，鋁合金和鋁芯電纜在價格上優(yōu)勢較大。

ZRCYJLHV220.6/1kV鋁合金電纜載流量的回路工作電流如表5所示，能滿足回路電纜需求。

3 電纜搭線要求

《電氣裝置安裝工程母線裝置施工及驗收規(guī)范》中明確規(guī)定，[34]母線與母線、母線與分支；支線、母線與電氣接線搭接時，其搭接面的處理應(yīng)符合如下表6要求：

4 結(jié)論與建議

從以上三種材料的電纜分析對比得出如下結(jié)論與建議：

（1）從成本和環(huán)境方面考慮，推薦在合適的區(qū)域項目上使用鋁合金或鋁芯電纜替代銅電纜。

（2）選用鋁合金或鋁芯電纜替代銅電纜，電纜外徑有所增加，需要考慮匯流箱和逆變器電纜安裝問題，尤其是銅芯與鋁線鏈接處應(yīng)嚴(yán)格按照搭線要求進(jìn)行。

（3）鋁合金電纜現(xiàn)在還是新興產(chǎn)品，市場良莠不齊，在供應(yīng)商選擇上要謹(jǐn)慎，要選擇有連鑄連扎生產(chǎn)設(shè)備和相關(guān)檢測設(shè)備的電纜廠家；要選擇能提供全套解決方案和技術(shù)支持的供應(yīng)商。

參考文獻(xiàn)：

[1]重慶市將稀土材料列入優(yōu)質(zhì)投資高技術(shù)項目[R].鋁加工200812830.

[2]GB/T2951.122008 電纜和光纜絕緣和護(hù)套材料通用試驗方法[S].

[3]GBT 29512008電纜機(jī)械物理性能試驗方法[S].

[4]GB/T 305522014 電纜導(dǎo)體用鋁合金線[S].