论文部分内容阅读
摘要：铝合金电缆与传统的铜芯电缆相比，在导电性能和铜相当的前提下，铝合金电缆更轻更柔韧，同时彻底改变了以往纯铝电缆机械强度差，抗疲劳能力低和接头处易发生故障等缺点，通过工程实例证明，合理选用铝合金电缆替代铜芯电缆，将会大大降低工程成本，在电力工程建设中建议推广使用。
关键词：；光伏电站；铝合金电缆；导电性能；成本比较；环保
1概述
随着电力系统的发展，电力电缆被大量采用。在国内，铜芯电缆是最为人们所熟知的，其强度高、载流量大、安全性好的特点，然而，铜资源属于重要且稀缺的战略资源，随着近几年市场供求变化，铜价一路飙升，再加上铜缆施工安装难度大、安装成本高、易盗等缺点，人们对于替换铜缆的呼声也日渐高涨。
大型光伏电站组件面积大，集电线路多，电缆用量大，电缆造价比重高，从技术、价格、安全、资源利用等方面分析，铝合金电缆在光伏发电站应用的必要性。
2铝合金电缆的材料及性能
2.1加工材料
铝合金材料是在纯铝中添加的铜（Cu）、锰（Mn）、镁（Mg）、钛（Ti）、鉻（Cr）、锌（Zn）、铁（Fe）和硅（Si）等多种元素，经特殊的工艺合成和退火处理等先进工艺，改善了纯铝电缆的物理性能和工艺性能，提高了电缆的导电能力和抗腐蚀、抗蠕变能力，保证电缆在长时间运行和过热时的稳定性。
2.2导电性能
铝合金电缆的电导率约为常用基准材料铜IACS 的 61.5%，载流量的79%，相同载流量的铝合金电缆截面是铜芯电缆截面的1.5 倍。
2.3机械性能
铝合金电缆采用特殊紧压工艺逐层紧压，使紧压系数达到0.93，而异型线的紧压系数能到到0.95，通过最大限度的紧压，可以弥补铝合金在体积导电率上的不足，使绞合导体线芯如实心导体一般，明显降低线芯外径，提高导电性能，在同等载流量情况下导体外径只比铜缆大12%，重量约为铜芯电缆的43%～46%。
铝合金电缆比传统铜芯电缆具有更强的柔韧性能，超强的弯曲性能和优异的抗反弹性能。铝合金电缆安装时的电缆最小弯曲半径为7倍的电缆外径（铜芯电缆的弯曲半径一般在10D～20D），并且需要的安装拉力比铜芯电缆小很多，合金电缆的反弹性能比铜电缆少40%，抗拉强度为铜电缆的1.3倍，增加了大跨距安装的可靠性，便于安装。
2.4防腐蚀性能
铝合金电缆具有较强的防腐蚀性，能够提高电缆的寿命。铝特有的防腐性能来自铝表面与空气接触自然形成的氧化层，这种氧化层能耐受多种腐蚀。铝合金材料经过特殊合金材料处理后，保持了铝材抗腐蚀的特点，而且合金成分能够起到净化、填补表层缺陷、细化晶粒、减少偏析的作用，消除显微不均而导致的局部腐蚀，同时也带来铝的电极电位负移，具有了阳极效应和优异的导电性能，从而大大提高了导体的耐腐蚀性能。
2.5节能环保性能
铝合金电缆的回收率很高，再生铝的综合能耗只是电解铝的5%，而再生铜的综合能耗则是冶炼铜的18%。另外，目前国内生产的铜芯电缆中常加入一种盐基性铅盐类稳定剂，铜芯电缆的PVC护套料中含有铅等重金属，容易对环境造成污染，铝合金电缆的 PVC 护套料为无重金属配方，并采用低烟无卤性阻燃材料防止火灾时产生大量的浓烟，对环境的影响小。
3工程应用比较分析
以宝应柳堡2号光伏发电为例，光伏区选用310Wp单晶硅电池组件，总装机容量101.35MWp，分为42个方阵，1.8MWp组串逆变器方阵17个，2.83MWp集中逆变器方阵25个，就地升压变容量分别为1600kVA、2500kVA两种规格；组串式子方阵内每22台75kW逆变器输出接入一台1600kVA就地升压变（电压变比37/0.5kV）的低压侧，集中式子方阵内每2台1250kW逆变器输出接入一台就地升压变压器（电压变比37/0.36kV）的低压侧，经升压变升压后经集电线路送至升压站。
3.1电缆选型比较
3.1.1采用铜芯电缆时，宝应柳堡光伏电站主要交、直流电缆选型参数如下：
1）集中式方阵汇流箱至升压逆变一体机1kV直流电缆应选择型号为：ZRC-YJV22-0.6/1-2×50mm2，2×70mm2，2×120mm2，2×150mm2。
2）组串式方阵逆变器至升压箱变1kV交流电缆选择型号为ZRC-YJV22-0.6/1-3×35mm2，3×50mm2。
3）箱变并联串接线路35kV 交流电缆选择型号为ZRC-YJV22-26/35-3×50mm2，3×95mm2，3×185mm2。
3.1.2采用铝合金电缆时，在保证同样的电气性能下，选用钢带铠装铝合金电缆，选型如下：
1）集中式方阵汇流箱至升压逆变一体机1kV直流电缆应选择型号为：ZRC-YJLHY22-0.6/1-2×70mm2，2×95mm2，2×150mm2，2×185mm2。
2）组串式方阵逆变器至升压箱变1kV交流电缆选择型号为ZRC-YJLHY22-0.6/1-3×50mm2，3×70mm2。
3）箱变并联串接线路35kV 交流电缆选择型号为ZRC-YJLHY22-26/35-3×70，3×150mm2，3×240mm2。
3.2电缆成本比较
根据中缆网2018年10月市场行情，铜芯电缆价格统计如下：ZRC-YJV22-1-2×50 mm2，长度15 km，价格79.47万元；ZRC-YJV22-1-2×70mm2，长度40km，价格294.32万元；ZRC-YJV22-1-2×120mm2，长度60km，价格766.74万元；ZRC-YJV22-1-2×150，长度10km，价格158.64万元；ZRC-YJV22-0.6/1-3×35，长度45km，价格256.77万元；ZRC-YJV22-0.6/1-3×50，长度15km，价格118.02万元；ZRC-YJV22-26/35-3×50，长度4.5km，价格73.863万元；ZRC-YJV22-26/35-3×95，长度2km，价格49.18万元；ZRC-YJV22-26/35-3×185，长度10km，价格400.65万元，铜芯电缆总价2197.653万元。
铝合金电缆价格统计如下：
ZRC- YJLHY22-1-2×70mm2，长度15 km，价格22.890万元；ZRC- YJLHY22-1-2×95mm2，长度40 km，价格78.960万元；ZRC- YJLHY22-1-2×150mm2，长度60 km，价格192.48万元；ZRC- YJLHY22-1-2×185mm2，长度10km，价格39.16万元；ZRC-YJLHY22-0.6/1-3×50mm2，长度45km，价格66.825万元；ZRC- YJLHY22-0.6/1-3×70mm2，长度15km，价格31.170万元；ZRC- YJLHY22-26/35-3×70mm2，长度4.5km，价格51.813万元；ZRC- YJLHY22-26/35-3×150mm2，长度2km，价格29.954万元；ZRC- YJLHY22-26/35-3×240mm2，长度10km，价格182.860万元；铝合金电缆总价696.112万元。
从以上宝应项目铜芯电缆与铝合金电缆价格比较看出，光伏电站电缆采用铝合金电缆的总造价约是铜芯电缆总造价的32%。，低压铝合金电缆价格较低，对光伏电站电缆总成本降低起主导作用。随着技术和加工工艺的成熟，铝合金电缆的价格也会有所下降，势必会极大降低光伏发电站的投资成本。
4结束语
通过对光伏电站铝合金电缆与铜芯电缆进行比较，得出铝合金电缆铝合金电缆在初始成本上可以节省近2/3的投资，电缆敷设方便，铝合金电缆的应用将会节省大量的铜资源消耗，减少了国家对国外铜资源的依赖。同时，铝合金电缆优异的经济性和环保节能的特点也是铜导体电缆所不具备的，建议在光伏电站项目建设中适当采用铝合金电缆代替的铜芯电缆。
参考文献：
[1]李秀中.电缆电缆常用数据速查手册，2010.
[2] 杨武.铝合金电缆在大型光伏电站的应用，2014.
（作者单位：江西晶科电力设计有限公司南京分公司）
关键词：；光伏电站；铝合金电缆；导电性能；成本比较；环保
1概述
随着电力系统的发展，电力电缆被大量采用。在国内，铜芯电缆是最为人们所熟知的，其强度高、载流量大、安全性好的特点，然而，铜资源属于重要且稀缺的战略资源，随着近几年市场供求变化，铜价一路飙升，再加上铜缆施工安装难度大、安装成本高、易盗等缺点，人们对于替换铜缆的呼声也日渐高涨。
大型光伏电站组件面积大，集电线路多，电缆用量大，电缆造价比重高，从技术、价格、安全、资源利用等方面分析，铝合金电缆在光伏发电站应用的必要性。
2铝合金电缆的材料及性能
2.1加工材料
铝合金材料是在纯铝中添加的铜（Cu）、锰（Mn）、镁（Mg）、钛（Ti）、鉻（Cr）、锌（Zn）、铁（Fe）和硅（Si）等多种元素，经特殊的工艺合成和退火处理等先进工艺，改善了纯铝电缆的物理性能和工艺性能，提高了电缆的导电能力和抗腐蚀、抗蠕变能力，保证电缆在长时间运行和过热时的稳定性。
2.2导电性能
铝合金电缆的电导率约为常用基准材料铜IACS 的 61.5%，载流量的79%，相同载流量的铝合金电缆截面是铜芯电缆截面的1.5 倍。
2.3机械性能
铝合金电缆采用特殊紧压工艺逐层紧压，使紧压系数达到0.93，而异型线的紧压系数能到到0.95，通过最大限度的紧压，可以弥补铝合金在体积导电率上的不足，使绞合导体线芯如实心导体一般，明显降低线芯外径，提高导电性能，在同等载流量情况下导体外径只比铜缆大12%，重量约为铜芯电缆的43%～46%。
铝合金电缆比传统铜芯电缆具有更强的柔韧性能，超强的弯曲性能和优异的抗反弹性能。铝合金电缆安装时的电缆最小弯曲半径为7倍的电缆外径（铜芯电缆的弯曲半径一般在10D～20D），并且需要的安装拉力比铜芯电缆小很多，合金电缆的反弹性能比铜电缆少40%，抗拉强度为铜电缆的1.3倍，增加了大跨距安装的可靠性，便于安装。
2.4防腐蚀性能
铝合金电缆具有较强的防腐蚀性，能够提高电缆的寿命。铝特有的防腐性能来自铝表面与空气接触自然形成的氧化层，这种氧化层能耐受多种腐蚀。铝合金材料经过特殊合金材料处理后，保持了铝材抗腐蚀的特点，而且合金成分能够起到净化、填补表层缺陷、细化晶粒、减少偏析的作用，消除显微不均而导致的局部腐蚀，同时也带来铝的电极电位负移，具有了阳极效应和优异的导电性能，从而大大提高了导体的耐腐蚀性能。
2.5节能环保性能
铝合金电缆的回收率很高，再生铝的综合能耗只是电解铝的5%，而再生铜的综合能耗则是冶炼铜的18%。另外，目前国内生产的铜芯电缆中常加入一种盐基性铅盐类稳定剂，铜芯电缆的PVC护套料中含有铅等重金属，容易对环境造成污染，铝合金电缆的 PVC 护套料为无重金属配方，并采用低烟无卤性阻燃材料防止火灾时产生大量的浓烟，对环境的影响小。
3工程应用比较分析
以宝应柳堡2号光伏发电为例，光伏区选用310Wp单晶硅电池组件，总装机容量101.35MWp，分为42个方阵，1.8MWp组串逆变器方阵17个，2.83MWp集中逆变器方阵25个，就地升压变容量分别为1600kVA、2500kVA两种规格；组串式子方阵内每22台75kW逆变器输出接入一台1600kVA就地升压变（电压变比37/0.5kV）的低压侧，集中式子方阵内每2台1250kW逆变器输出接入一台就地升压变压器（电压变比37/0.36kV）的低压侧，经升压变升压后经集电线路送至升压站。
3.1电缆选型比较
3.1.1采用铜芯电缆时，宝应柳堡光伏电站主要交、直流电缆选型参数如下：
1）集中式方阵汇流箱至升压逆变一体机1kV直流电缆应选择型号为：ZRC-YJV22-0.6/1-2×50mm2，2×70mm2，2×120mm2，2×150mm2。
2）组串式方阵逆变器至升压箱变1kV交流电缆选择型号为ZRC-YJV22-0.6/1-3×35mm2，3×50mm2。
3）箱变并联串接线路35kV 交流电缆选择型号为ZRC-YJV22-26/35-3×50mm2，3×95mm2，3×185mm2。
3.1.2采用铝合金电缆时，在保证同样的电气性能下，选用钢带铠装铝合金电缆，选型如下：
1）集中式方阵汇流箱至升压逆变一体机1kV直流电缆应选择型号为：ZRC-YJLHY22-0.6/1-2×70mm2，2×95mm2，2×150mm2，2×185mm2。
2）组串式方阵逆变器至升压箱变1kV交流电缆选择型号为ZRC-YJLHY22-0.6/1-3×50mm2，3×70mm2。
3）箱变并联串接线路35kV 交流电缆选择型号为ZRC-YJLHY22-26/35-3×70，3×150mm2，3×240mm2。
3.2电缆成本比较
根据中缆网2018年10月市场行情，铜芯电缆价格统计如下：ZRC-YJV22-1-2×50 mm2，长度15 km，价格79.47万元；ZRC-YJV22-1-2×70mm2，长度40km，价格294.32万元；ZRC-YJV22-1-2×120mm2，长度60km，价格766.74万元；ZRC-YJV22-1-2×150，长度10km，价格158.64万元；ZRC-YJV22-0.6/1-3×35，长度45km，价格256.77万元；ZRC-YJV22-0.6/1-3×50，长度15km，价格118.02万元；ZRC-YJV22-26/35-3×50，长度4.5km，价格73.863万元；ZRC-YJV22-26/35-3×95，长度2km，价格49.18万元；ZRC-YJV22-26/35-3×185，长度10km，价格400.65万元，铜芯电缆总价2197.653万元。
铝合金电缆价格统计如下：
ZRC- YJLHY22-1-2×70mm2，长度15 km，价格22.890万元；ZRC- YJLHY22-1-2×95mm2，长度40 km，价格78.960万元；ZRC- YJLHY22-1-2×150mm2，长度60 km，价格192.48万元；ZRC- YJLHY22-1-2×185mm2，长度10km，价格39.16万元；ZRC-YJLHY22-0.6/1-3×50mm2，长度45km，价格66.825万元；ZRC- YJLHY22-0.6/1-3×70mm2，长度15km，价格31.170万元；ZRC- YJLHY22-26/35-3×70mm2，长度4.5km，价格51.813万元；ZRC- YJLHY22-26/35-3×150mm2，长度2km，价格29.954万元；ZRC- YJLHY22-26/35-3×240mm2，长度10km，价格182.860万元；铝合金电缆总价696.112万元。
从以上宝应项目铜芯电缆与铝合金电缆价格比较看出，光伏电站电缆采用铝合金电缆的总造价约是铜芯电缆总造价的32%。，低压铝合金电缆价格较低，对光伏电站电缆总成本降低起主导作用。随着技术和加工工艺的成熟，铝合金电缆的价格也会有所下降，势必会极大降低光伏发电站的投资成本。
4结束语
通过对光伏电站铝合金电缆与铜芯电缆进行比较，得出铝合金电缆铝合金电缆在初始成本上可以节省近2/3的投资，电缆敷设方便，铝合金电缆的应用将会节省大量的铜资源消耗，减少了国家对国外铜资源的依赖。同时，铝合金电缆优异的经济性和环保节能的特点也是铜导体电缆所不具备的，建议在光伏电站项目建设中适当采用铝合金电缆代替的铜芯电缆。
参考文献：
[1]李秀中.电缆电缆常用数据速查手册，2010.
[2] 杨武.铝合金电缆在大型光伏电站的应用，2014.
（作者单位：江西晶科电力设计有限公司南京分公司）