目前鋁合金電纜相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)陸續(xù)出臺(tái)，并列入了國(guó)家電網(wǎng)的新技術(shù)目錄，但其是否適用于城市配電網(wǎng)的中壓系統(tǒng)，還必須充分考慮城市配電網(wǎng)總體發(fā)展趨勢(shì)這一前提條件。
一、城市配電網(wǎng)發(fā)展的三個(gè)必然趨勢(shì)
?。?）未來(lái)20年城市人均用電量必然不斷增長(zhǎng)
據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)人均用電量?jī)H是俄羅斯的50.6%，韓國(guó)的32.5%，美國(guó)的25%，加拿大的20%（見(jiàn)表1）。中國(guó)還處于城市化進(jìn)程中，未來(lái)用電量依然有巨大的提升空間，因此城市配電網(wǎng)必須能夠適應(yīng)這種長(zhǎng)期城市化過(guò)程和用電量不斷增長(zhǎng)的需求。
表1 2011年世界部分國(guó)家人均用電量統(tǒng)計(jì)
從這一趨勢(shì)看，中國(guó)城市配電網(wǎng)必須堅(jiān)強(qiáng)化，電纜選型必須優(yōu)質(zhì)而不是相反。
?。?）城市電纜化率必然不斷提升
架空線入地和提升電纜化率有利于城市景觀環(huán)境改善，盤活高壓線下的走廊空間，節(jié)約寶貴的土地資源，是城市化在配電網(wǎng)領(lǐng)域的必然反應(yīng)和發(fā)展趨勢(shì)。2015年國(guó)家電網(wǎng)供電的城市電纜化率達(dá)到50.5%，但縣域僅有5.9%（見(jiàn)表2）。
表2 城市、縣域絕緣化和電纜化率統(tǒng)計(jì)
電纜化的趨勢(shì)在發(fā)達(dá)城市表現(xiàn)得尤為明顯，例如深圳、杭州等新興一線城市核心區(qū)實(shí)現(xiàn)100%電纜入地，北上廣等傳統(tǒng)一線城市中心區(qū)也很少保留架空線路。從這一趨勢(shì)來(lái)看，再次印證中國(guó)城市配電網(wǎng)必須堅(jiān)強(qiáng)化，電纜選型必須優(yōu)質(zhì)而不是相反。
?。?）未來(lái)20年城市配電網(wǎng)安全性要求必然不斷提高
根據(jù)中國(guó)科學(xué)院2016年6月14日發(fā)布的《中國(guó)宜居城市研究報(bào)告》，我國(guó)宜居城市的短板為城市安全性、環(huán)境健康性和交通便捷性，其中城市安全性得分最低。城市安全已經(jīng)成為建設(shè)宜居城市最主要的“攔路虎”之一，提升城市安全性水平刻不容緩。國(guó)務(wù)院安委會(huì)辦公室在2014年10月發(fā)布的《國(guó)家安全發(fā)展示范城市建設(shè)基本規(guī)范（征求意見(jiàn)稿）》中，就明確指出要堅(jiān)持把安全放在首要的位置，把安全生產(chǎn)真正作為發(fā)展的前提和基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)安全與質(zhì)量、安全與效益、安全與速度的統(tǒng)一。
盡管我國(guó)的城市建設(shè)日益重視安全，但一些大城市安全問(wèn)題仍然時(shí)有發(fā)生。根據(jù)公安部消防局的統(tǒng)計(jì)，2015年有10.2萬(wàn)起火災(zāi)是由于電氣原因引發(fā)的，占火災(zāi)總數(shù)的30.1%，占較大火災(zāi)次數(shù)的56.7%，可見(jiàn)電氣短路已成為引發(fā)火災(zāi)的首因。因此提升安全性將是城市配電網(wǎng)今后發(fā)展的必然趨勢(shì)，確保安全應(yīng)該成為電纜選型時(shí)極為重要的考量因素。
二、鋁合金電纜不適應(yīng)配電網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)的要求
從城市配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，居民用電需求不斷增長(zhǎng)，地下電纜逐漸替代架空線路，安全性、可靠性要求不斷提高。在這一大背景下，如何確定電纜選型就關(guān)系到城市配電網(wǎng)未來(lái)20年的長(zhǎng)久發(fā)展。本文認(rèn)為鋁合金電纜無(wú)法滿足現(xiàn)代城市配電網(wǎng)發(fā)展的需求。
1.鋁合金電纜導(dǎo)電性能不如銅也不如純鋁。
根據(jù)GB/T3953-2009、GB/T3955-2009等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，鋁合金導(dǎo)電率與銅相差甚遠(yuǎn)，甚至還不如純鋁（見(jiàn)表3）。
表3 主要線材電纜電阻率比較
隨著城市用電規(guī)模不斷提升，導(dǎo)體的品質(zhì)應(yīng)該向好發(fā)展。城市配電網(wǎng)中應(yīng)該使用銅導(dǎo)體，增大導(dǎo)線截面，增加供電裕度，按飽和負(fù)荷規(guī)劃設(shè)計(jì)，才能保證城市發(fā)展和配電網(wǎng)安全性、可靠性的要求，而使用鋁合金電纜恰恰是相反的選項(xiàng)。
2.鋁合金電纜擴(kuò)大截面增加配電網(wǎng)建設(shè)的不確定性
解決鋁合金電纜導(dǎo)電率低下的主要辦法是擴(kuò)大截面，即將截面放大為銅電纜的1.6倍，即可達(dá)到與銅電纜相同的導(dǎo)電性能。
城市配電網(wǎng)電纜化的發(fā)展趨勢(shì)，要求將架空線路不斷改為電纜敷設(shè)。但是地下空間的建設(shè)成本要遠(yuǎn)高于鋁合金電纜所節(jié)省的成本，地下空間通常還會(huì)受到其它管線的制約，單純依靠加大截面的方案是不可行的。例如將150mm2銅芯電纜改用240mm2鋁合金電纜替代，在滿足電纜與電纜，電纜與其它地下管線安全間距等強(qiáng)制性規(guī)范要求下，電容電流和管材截面的增加將造成電纜溝管、工井等地下構(gòu)筑物規(guī)模擴(kuò)大，增加了通道建設(shè)的成本和路徑的不確定性。因此增大截面的鋁合金電纜不適用于地下空間資源受限的城市配電網(wǎng)。
3.鋁合金電纜大量使用將降低城市配電網(wǎng)的安全系數(shù)
若鋁合金電纜大量進(jìn)入城市配電網(wǎng)，將導(dǎo)致電網(wǎng)安全系數(shù)降低，主要表現(xiàn)在4個(gè)方面。
?。?）鋁合金電纜的機(jī)械抗拉強(qiáng)度比純鋁低30%以上，只有銅的45%左右。兩者最大允許牽引強(qiáng)度的差距更大（見(jiàn)表4），導(dǎo)致單次牽引的電纜長(zhǎng)度受限，需額外增加大量中間接頭，在實(shí)際運(yùn)用中更容易產(chǎn)生先天隱患和后續(xù)維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)。
表4 三種電纜機(jī)械性能對(duì)比
?。?）鋁合金電纜耐腐蝕性能比純鋁差。根據(jù)上海電纜研究所的研究成果，作為電纜線芯使用的銅、鋁、鋁合金，其耐蝕性能排序?yàn)椋恒~＞鋁＞鋁合金。據(jù)報(bào)道，有研究機(jī)構(gòu)曾試圖加入某種特殊元素開(kāi)發(fā)新的耐蝕鋁合金，但到目前為止還未進(jìn)入工業(yè)化實(shí)用領(lǐng)域。鋁合金電纜耐腐蝕性低的缺點(diǎn)極大地限制了應(yīng)用范圍，同時(shí)也增加設(shè)備更新替換速度和巡視檢修成本。
（3）連接可靠性差依然是鋁合金電纜的一個(gè)突出問(wèn)題。連接點(diǎn)是純鋁電纜產(chǎn)生安全問(wèn)題的多發(fā)點(diǎn)。鋁合金電纜在抗氧化、抗熱膨脹、抗微動(dòng)損耗、金屬間化合物等四個(gè)技術(shù)指標(biāo)上，跟純鋁電纜相比并沒(méi)有改善，只是在抗蠕變和應(yīng)力松弛方面有所改進(jìn)。由于鋁合金電纜的可靠連接問(wèn)題沒(méi)有解決，因此容易造成觸點(diǎn)發(fā)熱和不可逆的塑性變形，加速接頭損耗，最終出現(xiàn)連接故障，產(chǎn)生安全問(wèn)題。
（4）鋁合金電纜接頭制作安裝工藝要求高于銅電纜。鋁合金接頭施工工藝包括剝除絕緣層、刷除導(dǎo)體氧化層、涂覆導(dǎo)體膏、導(dǎo)體插入端子、壓接、擦除多余導(dǎo)電膏等6個(gè)必要步驟，比銅電纜還多出3個(gè)流程。配電網(wǎng)工程造價(jià)相對(duì)較低，若在施工環(huán)節(jié)把關(guān)不嚴(yán)更容易留下安全隱患，稍有不慎都會(huì)造成嚴(yán)重后果，如使用鋁合金電纜的“奪命電梯”、某鋼鐵廠電力溝道大火等重大安全事件。
三、總結(jié)
城市配電網(wǎng)的三個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是用電量不斷增長(zhǎng)，電纜化率不斷提升，供電安全性要求不斷提高。在這樣的背景下，大量使用目前問(wèn)題較多的鋁合金電纜取代銅電纜是與大趨勢(shì)相反的做法，后果必將是犧牲城市配電網(wǎng)品質(zhì)，增加運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)，降低安全可靠性。因此，鋁合金電纜不適合在城市配電網(wǎng)中推廣使用。（國(guó)網(wǎng)福州供電公司 高栩）
