電纜選型在光伏電站中的應用

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，保護環(huán)境。

關鍵詞：銅芯；鋁芯；鋁合金；光伏電纜

近年來，我國光伏發(fā)電產業(yè)發(fā)展迅速，光伏電站建設成本不斷下降，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，而實際應用中以銅導體為主，在當前銅資源嚴重缺乏，鋁資源豐富的情況下，電纜行業(yè)應該“以鋁節(jié)銅”是大勢所趨。[1]其次，銅導體的質量和生產過程中易造成污染等問題日趨嚴峻，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狀，因而對鋁芯電纜的制造、應用和市場產生誤導。我國正在建設綠色，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濟和社會效益。[2]本文通過對銅芯、鋁合金和鋁芯三種電纜在機械性能、采購成本及安裝使用等方面進行對比分析，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體有鋁芯和銅芯兩種，從1968年開始，美國開始研制生產鋁合金電力電纜，并在美國、加拿大等國家已有40多年的應用歷史。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引入我國家，鋁合金電纜在我國得到推廣應用，并且國內電纜廠家也開始生產和銷售鋁合金電纜。

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，銅導體的電阻率比較小，具有較好的導電性，鋁合金和鋁的電阻率較大，導電性相對較弱，但鋁合金的抗拉強度和屈服強度比較接近銅電纜。鋁合金導體相比于純鋁導體，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，在滿足相同導電性能的前提下，鋁合金導體的截面約為銅導體的1.6倍， 鋁合金重量約為銅導體的20%；鋁導體截面約為銅導體的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，所以直埋敷設的鋁導體應使用絕緣層或模壓護套防止腐蝕。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 電纜的經濟性

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，在滿足相同導電性能的前提下，鋁合金和鋁的價格比傳統的銅芯電纜低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；并網逆變器采用630MW，共18臺；9個1400KVA箱式變壓器在高壓側并聯串接為一回進線。

該項目直流電纜壓降設計控制在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，因并網逆變器采用630MW，故直流電纜電壓選取0.6/1kV，再根據電流選取對應的載流量對應的電纜截面積。通過優(yōu)化設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、壓降以及經濟性、機械強度等因素，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、機械強度及電流密度等進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的對應單價對應計算后，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，其搭接面的處理應符合如下表6要求：

4 結論與建議

從以上三種材料的電纜分析對比得出如下結論與建議：

（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嚴格按照搭線要求進行。

（3）鋁合金電纜現在還是新興產品，市場良莠不齊，在供應商選擇上要謹慎，要選擇有連鑄連扎生產設備和相關檢測設備的電纜廠家；要選擇能提供全套解決方案和技術支持的供應商。

參考文獻：

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

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

[3]GBT 29512008電纜機械物理性能試驗方法[S].

[4]GB/T 305522014 電纜導體用鋁合金線[S].