鋁合金電纜在光伏項(xiàng)目中的應(yīng)用分析

周承軍 羅易 李春陽 黃興發(fā)

摘? 要：光伏電站平價(jià)上網(wǎng)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)就在眼前，在降本增效的現(xiàn)實(shí)需求下，采用鋁合金電纜可適當(dāng)降低工程造價(jià)。鋁合金線纜在機(jī)械特性方面較純鋁芯電纜有所改善，項(xiàng)目建設(shè)中已有大量在運(yùn)行的案例。該報(bào)告對銅芯與鋁合金芯電纜在工程應(yīng)用中的差異進(jìn)行分析對比，提出鋁合金電纜在工程應(yīng)用中的技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：性能;要求;影響;措施

中圖分類號：TM615? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

鋁合金電纜在美國已經(jīng)有了40多年的應(yīng)用歷史，在國內(nèi)卻是新興事物。十二五期間，在城網(wǎng)中低壓建設(shè)及改造中大量應(yīng)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(wǎng)公司甚至禁止采用鋁合金電纜。在2014年及2015年，國內(nèi)關(guān)于鋁合金電纜的制造規(guī)范相繼發(fā)布，對鋁合金電纜的電氣性能及試驗(yàn)做了明確規(guī)定，很好的指導(dǎo)了鋁合金電纜的工程應(yīng)用，工程項(xiàng)目開始更友好的接受鋁合金電纜應(yīng)用。鋁合金電纜應(yīng)用的項(xiàng)目越來越多，今后鋁合金電纜需要能經(jīng)受住質(zhì)量及安全風(fēng)險(xiǎn)管控的雙重考驗(yàn)，才能實(shí)現(xiàn)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(yīng)用的鋁合金基本都是AA8000鋁合金系列，該系列為國際鋁行業(yè)協(xié)會的鋁合金牌號，該系列是用在配電線路上的軟質(zhì)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(chǎn)工藝和退火處理等先進(jìn)技術(shù)發(fā)明創(chuàng)造的新型材料電力電纜。合金電力電纜彌補(bǔ)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(shí)間過載和過熱時(shí)保持連續(xù)性能穩(wěn)定。鋁合金電纜在北美已有40多年的應(yīng)用史，技術(shù)相對成熟。AA8000鋁合金系列引入國內(nèi)后已經(jīng)發(fā)布了GB/T 30552—2014 《電纜導(dǎo)體用鋁合金線》，對電纜的型號、規(guī)格、材料、電氣和機(jī)械性能及試驗(yàn)方法、檢測規(guī)則做了明確規(guī)定。

鋁合金電纜在應(yīng)力松弛和抗蠕變性方面有改善但遠(yuǎn)不及銅，國產(chǎn)鋁合金質(zhì)量控制不一致（合金成分）導(dǎo)致抗蠕變性能差。北美鋁合金電纜Si含量相差5%以內(nèi)，AA8030系列有良好的抗蠕變性能。目前已發(fā)布了GB/T 30552—2014 《電纜導(dǎo)體用鋁合金線》，標(biāo)準(zhǔn)制定有利于鋁合金產(chǎn)品質(zhì)量的管控。在產(chǎn)品采購中可以要求廠家提供《抗壓蠕變評估報(bào)告》，報(bào)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(jī)構(gòu)出具。

銅的熔點(diǎn)為1 080 ℃而鋁和鋁合金的熔點(diǎn)為660 ℃，所以銅導(dǎo)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(dǎo)體，也不宜在人口密集的城市配電網(wǎng)、樓宇、廠礦中使用。銅氧化后仍具有較高的導(dǎo)電率，鋁氧化后導(dǎo)電率降低，發(fā)熱嚴(yán)重也是引起火災(zāi)的重要原因。

根據(jù)調(diào)查資料表明，電廠火災(zāi)事故中，由于電纜本身故障起火延燃的約占25%。據(jù)公安消防部分統(tǒng)計(jì)，因電線、電纜本身故障造成整體大樓火災(zāi)事故的，其事故率占40%左右。采用鋁合金電纜后，電纜的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)大幅增加。

據(jù)統(tǒng)計(jì)62.08%的故障原因?qū)儆陔娎|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(wěn)定、成熟的現(xiàn)場壓接技術(shù)問題。電纜接頭處的性能是鋁合金電纜推廣應(yīng)用的最關(guān)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(wǎng)中，一般采用中性點(diǎn)非直接接地，單相對地電容電流不能超過10 A，否則就和現(xiàn)有的運(yùn)行方式，保護(hù)功能不匹配。

3 技術(shù)措施

3.1 目前已采用的技術(shù)措施

光伏電站中電纜主要包括2個(gè)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(yīng)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(xiàng)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(cè)或并網(wǎng)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(jìn)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(xiàng)目應(yīng)用主要為0.6/1 kV 電壓等級電纜，項(xiàng)目應(yīng)用中常用以下措施：

（1）采用阻燃電纜，阻燃性能應(yīng)不低于 C 級。。

（2）電纜穿鍍鋅鋼管敷設(shè)，可以形成防火分隔。

（3）槽盒敷設(shè)時(shí)，填充率不宜大于20%，托盤或橋架敷設(shè)時(shí)，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(zhuǎn)接接頭壓接，通過銅芯電纜接入逆變器等低壓電氣設(shè)備接入端。銅鋁轉(zhuǎn)接接頭安裝在接線盒中進(jìn)行保護(hù)。

（5）電纜和設(shè)備連接處采用釬焊銅鋁過渡端子，要求具備第三方認(rèn)證。

（6）進(jìn)行鋁合金電纜和銅芯電纜的經(jīng)濟(jì)對比分析，評估節(jié)省成本的程度，具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢才允許使用鋁合金電纜。

3.2 針對鋁合金電纜應(yīng)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(shè)計(jì)規(guī)范》3.1.1條規(guī)定的場所必須使用銅芯電纜。光伏場區(qū)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(jǐn)慎采用鋁合金電纜。目前的直流1 500 V系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尚未完善，成套的電氣設(shè)備及電纜采購管控標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，替換成鋁合金芯電纜時(shí)規(guī)格提高1級。銅截面積為95 mm2以上時(shí)，替換成鋁合金芯電纜時(shí)規(guī)格提高2級。

（3）編制鋁合金電纜物資采購技術(shù)規(guī)范書范本，明確關(guān)鍵性能參數(shù)。

（4）應(yīng)優(yōu)先選擇具有良好運(yùn)行業(yè)績和成熟制造經(jīng)驗(yàn)的生產(chǎn)廠家。加強(qiáng)廠商資質(zhì)的復(fù)查，廠家須有國家能源局或住建部的認(rèn)證、PCCC認(rèn)證。

（5）電纜產(chǎn)品有國家級檢測認(rèn)證機(jī)，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(guān)檢測報(bào)告。相關(guān)的測試報(bào)告內(nèi)容如下：《導(dǎo)體檢測報(bào)告》、《抗壓蠕變評估報(bào)告》和《過渡接線端子1000次熱循環(huán)檢測報(bào)告》，這3個(gè)統(tǒng)稱為三大檢測報(bào)告，是鋁合金電纜基本的檢測報(bào)告。與采購電纜對應(yīng)型號的鋁合金電纜《型式試驗(yàn)報(bào)告》; 阻燃電纜應(yīng)有國家防火檢測中心的檢測報(bào)告。

（6）電纜的出廠試驗(yàn)，設(shè)備進(jìn)場試驗(yàn)合格，檢測報(bào)告作為投運(yùn)資料移交運(yùn)維單位。

（7）電纜敷設(shè)前應(yīng)進(jìn)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(shù)據(jù)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(yīng)將線芯分別對地放電。電纜敷設(shè)完畢后再次進(jìn)行絕緣電阻測試，杜絕帶隱患投入運(yùn)行。

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

施工前應(yīng)編制施工作業(yè)指導(dǎo)書并組織技術(shù)交底;使用電纜專用的壓接工具按照標(biāo)準(zhǔn)工藝作業(yè)，施工后進(jìn)行測試電氣性能需滿足使用要求，并做好項(xiàng)目臺賬記錄。根據(jù)臺賬記錄，可編制運(yùn)行項(xiàng)目的測試記錄，巡視計(jì)劃。電纜接頭處的密封防潮性能應(yīng)能滿足長期運(yùn)行需要。運(yùn)維部門應(yīng)加強(qiáng)電纜線路負(fù)荷和溫度的檢（監(jiān)）測，防止過負(fù)荷運(yùn)行，多條并聯(lián)的電纜應(yīng)分別進(jìn)行測量。巡視過程中應(yīng)檢測電纜附件、接地系統(tǒng)等關(guān)鍵接點(diǎn)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(shè)時(shí)，設(shè)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(shè)的可分段做防火墻，或簡易的防火沙包。

（11）對敷設(shè)鋁合金電纜的通道，可設(shè)置紅外監(jiān)視、煙感，發(fā)現(xiàn)火災(zāi)可自動(dòng)報(bào)警、快速關(guān)斷等。

4 結(jié)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(xiàng)目中，0.6/1kV電纜已經(jīng)開始大量采用。使用鋁合金電纜前，需要綜合考慮電纜敷設(shè)環(huán)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(jī)械性能進(jìn)行分析，合理選型。進(jìn)行工程造價(jià)分析需考慮土建工程中是否又增加了費(fèi)用。針對鋁合金電纜的產(chǎn)品質(zhì)量、施工質(zhì)量、運(yùn)行隱患做好過程管控。

參考文獻(xiàn)

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[2]福建省建筑設(shè)計(jì)研究院.DBJ/T13-176-2013，鋁合金電纜工程設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)程[S].