陈小飞

（浙江省电力公司，杭州 310007）

随着各地城市化程度的不断提升，电缆的使用范围越来越大，涉及到电力规划、设计、施工、运行维护等各个环节，铜电缆高昂的造价倍受关注，在中压配电网工程中能否全面采用铝芯电缆成为要研究的实际问题。

1 电缆使用的要求与面临的问题

1.1 电缆的应用

在城市配网建设中应用电缆有众多的优点，如受外界环境的影响较小，最显著的是可以几乎不受台风的影响，不占用城市地面资源与通道，有利于城市的美观，以及为用户提供较高的供电可靠性等，但电缆的应用也存在以下不足：

（1）电缆的单位造价比较高，特别是铜芯电缆，在同等载流情况下远远高于架空铝绞线。

（2）电缆的运行维护困难，故障不容易查找，处理时间较长，对专业性要求较高。

（3）电缆受开口点的限制，导致用户接入不如架空线路方便。

（4）电缆的大量使用导致电力系统特别是城市变电所的容性负载较大，易引起系统不稳定，需增加相应的消弧设备，增加了投资。

对于后3个问题，通过现有的管理与技术手段可以有效地加以解决。而对于第一个问题，由于铜材等大宗商品价格受外围的影响越来越大，并处于高位运行，铜芯电缆价格因之居高不下。另一方面，城市建设过程中的电缆使用主要由政府主导，电网企业承担了大部分的投资费用，最终导致电网运营成本增加。

1.2 铝芯电缆在配电网工程中的应用

铝芯电缆在早期配电网工程中曾经得到较为普遍的应用，并能很好地适应当时的电力需求。随着城市经济生活水平的不断发展，配电线路的实际负荷不断攀升，铝芯电缆相对铜芯电缆载流量较小、机械强度与稳定性较差的弊端也不断地暴露出来，加之架空线路通道资源的趋紧，铜芯电缆逐步取代了铝芯电缆，成为城市电力建设中的首选电缆。

然而，近几年铜芯电缆的价格随着铜价的上升而屡创新高，在铜价最高时，300 m2、10 kV电缆价格达80万元/km以上，远远超过了同等载流量下的铝芯电缆的价格，加上管线以及相关的附件造价，每千米电缆工程的造价近100万，几乎是同等载流量架空线路的5倍左右，但用户对高供电可靠性要求、政府对城市景观要求、电力通道限制等因素使电缆的使用又不可避免，巨大的价格差距使得电网企业在建设城市配电网时面临沉重的资金压力；作为市场经济下的独立核算的经济实体与法人，电网企业必须考虑电网运营的经济性，正是在这个背景下，许多电网企业开始重新考虑应用铝芯电缆。

2 铜、铝电缆对比及电缆铝代铜的可行性

2.1 铜、铝电缆的价格比较

铝芯电缆最突出的优点就是良好的经济性。从表1中可以看出，10 kV铝芯电缆在截面的选择上应比铜芯高2个等级，方能达到同等敷设条件下基本相同的载流量。

表1 10 kV铜芯铝芯电缆载流量比较A

相对于铜，铝具有较高的电阻率 （大60%左右），但由于使用了高两级的导体截面，在一定程度上减小了单位电阻，在20℃条件下，不同截面的铜、铝电缆直流电阻见表2。

可见，采用相同载流量的铝芯电缆后，单位长度电缆的电阻变化不超过1%，基本不影响电缆线路电阻。

通过载流量与电阻的对比，可在铜、铝芯电缆发挥等同（或基本相同）作用的参考截面下，进行单价的比较。浙江地区两个厂家电缆报价的平均值见表3。

表2 不同截面铜、铝电缆的直流电阻

表3 10 kV铜芯、铝芯电缆价格比较（YJV/YJLV系列）

由表3可以看出，在同等敷设条件下达到基本相同的载流量，铝芯电缆的成本约为铜芯电缆成本的35%～65%，截面越大，越节省；最常用的大截面电缆成本约为铜芯电缆的1/3。以上均为不考虑管线成本情况下，管线成本在铝代铜后略有上升。

铝芯电缆除在价格上具有明显优势之外，电缆的整体施工重量也比铜芯电缆轻1/4左右，有利于运输与安装施工，也减少了人工费用。

2.2 铝芯电缆使用过程中应注意的问题

（1）铝芯电缆外径较大的影响。目前城市电力管线基本以排管为主，管孔内径为150 mm，根据《电力工程电缆设计规范》：管的内径不宜小于电缆外径或多根电缆包络外径的1.5倍，而目前最常用的10 kV铜芯电缆YJV22-8.7/15-3×300 mm2的外径一般在90 mm以下，能满足规程要求；而在改用铝芯电缆后，相应的YJLV22-8.7/15-3×500 mm2外径截面达到100 mm左右 （各厂家的外径有一定偏差），已处于临界值，将对电缆穿管敷设产生一定的影响，转弯半径也需相应增大。

（2）铜、铝金属特性差异的影响。除了电阻率比铜差之外，铝在抗氧化性、延展性、抗拉强度、抗疲劳、动热稳定以及材料熔点等方面与铜相比均较差，比如铜的延展率在30%以上，而铝为18%；铜的抗拉强度为27 kg/mm2，而铝仅为7 kg/mm2；抗疲劳方面，铝材反复折弯易断裂，而铜相对不易；弹性指标方面，铜也比铝高约1.7～1.8倍；铜的材料熔点为1 084℃而铝仅为658℃；因此铝芯电缆的施工工艺要求更高。

（3）资产全寿命影响。虽然铜芯电缆一次性投入较大，但相对可靠，考虑到故障处理时的施工、停电影响，改造时的二次投入等综合因素，铜芯电缆则反而具有优势。

对于上述问题，管径问题在新建电缆管线时可以考虑更大一级的管孔（如采用外径200 mm的管孔），对于原先已建设的150 mm旧管线，存在穿管矛盾但并不突出，规程要求为“不宜”，则有一定的弹性裕度。当然，这方面目前国内也并无可实际参照的权威解释，仍可根据管线材质、施工工艺、路径状况等各方面因素来综合考虑；另外，也可以从电缆的制造工艺入手，比如采用实心导体代替绞线的工艺，以缩小电缆外径等。材质问题带来的运行性能差异可以在产品质量、施工工艺、工程验收以及运行维护等方面加以补强，以确保电缆安全可靠运行。关于资产全寿命问题，由于配电网受外部影响及终端配电的制约，存在环境变化快、定期检修难的特点，使配电网设备有向少维护、定期更换、状态检修模式发展的趋势；另外，对电缆运行年限起主导作用的是绝缘而非载流材质，从这方面来看，电缆铝代铜亦是可行的。

2.3 可行性结论

（1）目前中压主干电缆线路主要采用300 mm2与400 mm2截面的铜芯电缆，在保持最大载流量不变基础上，可分别采用500 mm2与630 mm2截面的铝芯电缆进行替代，其它截面电缆铝代铜可以按放大两个截面选取。

（2）按以上标准进行电缆以铝代铜后，基本不影响中压电缆的直流电阻。

（3）目前预埋的电缆排管内径一般为150 mm，最大仅能够适应3×500 mm2铝芯电缆的敷设。

（4）除了按规程要求的场合必须使用铜芯电缆外，在当前铜、铝价格差巨大的前提下，使用中压铝芯电缆替代铜芯电缆能够大量减少电力企业投资，是可行的亦是合理的。但在建设和运行中应充分注意电缆合理的转弯半径及铜、铝结合部的稳定性等问题。

3 经济、社会效益分析

根据以上铜、铝中压电缆的全面对比分析，现阶段铝芯电缆代替铜芯电缆是切实可行的。实际上，铝芯电缆在0.4 kV电网的应用具有更大优势，以萧山供电局近两年在农村低压电网（综合变台区低压出线）中采用铝芯电缆后实际取得的效果为例，展开经济、社会效益分析如下：

（1）便于运行管理。由于农村综合变容量一般控制在250 kVA及以下，有二至三回出线，按两回出线计算，安全电流控制在70%以内，每回电缆最大电流在270 A左右，使用4×185 mm2铝芯电缆完全可以适应，而其单价仅为70～80元/m，而同等载流量的4×120 mm2铜芯电缆价格在200元/m以上。考虑到更小截面的铝芯电缆价格相差已不大，因此在实际使用中规定250 kVA及以下的容量均采用该截面的铝芯电缆作为出线电缆，这样做的优点是配变在增容时不用更换电缆，事故备品备件方便，从而提高了运行经济性。

（2）更良好的经济性。由于低压供电模式为三相四线制，因此，从金属的使用量上看，相比中压节约更多，从2007年开始，萧山低压配电网中开始采用铝芯电缆 （主要用于农村综合变出线段），两年内累计使用总长度达到85 km，按每米节约120元计算，共计节约电网建设资金约1 000万元。

（3）防盗窃。农村低压外力破坏与盗窃现象较多，尤其是在铜价上涨后，铜芯电缆、接地铜线被盗窃的情况大大增加。以铝代铜后，曾经发生过电缆外护套、绝缘层被损坏，而偷盗者发现是铝芯材质后放弃了偷盗的案例。从统计情况也可看出，铝芯电缆的被盗率明显低于铜芯电缆。

4 结语

电网企业作为市场经济的主体，应遵守市场经济的各项规律，确保电网安全、稳定、经济运行，为客户提供优质电能，并满足外部建设环境要求，这是一项长期而艰巨的任务。在中低压电缆中以铝代铜较好地平衡了上述各方面的要求，无论从国家节约铜资源的角度，还是电网企业自身发展而言，均是一项积极的举措，应在中低压配电网建设改造过程中加以推广应用。