從城市配電網發展趨勢看鋁合金電纜的應用前景

一、城市配電網發展的三個必然趨勢

（1）未來20年城市人均用電量必然不斷增長

據統計，中國人均用電量僅是俄羅斯的50.6%，韓國的32.5%，美國的25%，加拿大的20%（見表1）。中國還處于城市化進程中，未來用電量依然有巨大的提升空間，因此城市配電網必須能夠適應這種長期城市化過程和用電量不斷增長的需求。

表1  2011年世界部分國家人均用電量統計

 （2）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境改善，盤活高壓線下的走廊空間，節約寶貴的土地資源，是城市化在配電網領域的必然反應和發展趨勢。2015年國家電網供電的城市電纜化率達到50.5%，但縣域僅有5.9%（見表2）。

表2  城市、縣域絕緣化和電纜化率統計

電纜化的趨勢在發達城市表現得尤為明顯，例如深圳、杭州等新興一線城市核心區實現100%電纜入地，北上廣等傳統一線城市中心區也很少保留架空線路。從這一趨勢來看，再次印證中國城市配電網必須堅強化，電纜選型必須優質而不是相反。

（3）未來20年城市配電網安全性要求必然不斷提高

根據中國科學院2016年6月14日發布的《中國宜居城市研究報告》，我國宜居城市的短板為城市安全性、環境健康性和交通便捷性，其中城市安全性得分最低。城市安全已經成為建設宜居城市最主要的“攔路虎”之一，提升城市安全性水平刻不容緩。國務院安委會辦公室在2014年10月發布的《國家安全發展示范城市建設基本規范（征求意見稿）》中，就明確指出要堅持把安全放在首要的位置，把安全生產真正作為發展的前提和基礎，實現安全與質量、安全與效益、安全與速度的統一。

盡管我國的城市建設日益重視安全，但一些大城市安全問題仍然時有發生。根據公安部消防局的統計，2015年有10.2萬起火災是由于電氣原因引發的，占火災總數的30.1%，占較大火災次數的56.7%，可見電氣短路已成為引發火災的首因。因此提升安全性將是城市配電網今后發展的必然趨勢，確保安全應該成為電纜選型時極為重要的考量因素。
 

二、鋁合金電纜不適應配電網發展趨勢的要求

從城市配電網的發展趨勢來看，居民用電需求不斷增長，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系到城市配電網未來20年的長久發展。本文認為鋁合金電纜無法滿足現代城市配電網發展的需求。

1.鋁合金電纜導電性能不如銅也不如純鋁。

根據GB/T3953-2009、GB/T3955-2009等國家標準，鋁合金導電率與銅相差甚遠，甚至還不如純鋁（見表3）。

表3  主要線材電纜電阻率比較

隨著城市用電規模不斷提升，導體的品質應該向好發展。城市配電網中應該使用銅導體，增大導線截面，增加供電裕度，按飽和負荷規劃設計，才能保證城市發展和配電網安全性、可靠性的要求，而使用鋁合金電纜恰恰是相反的選項。
 

2.鋁合金電纜擴大截面增加配電網建設的不確定性

解決鋁合金電纜導電率低下的主要辦法是擴大截面，即將截面放大為銅電纜的1.6倍，即可達到與銅電纜相同的導電性能。

城市配電網電纜化的發展趨勢，要求將架空線路不斷改為電纜敷設。但是地下空間的建設成本要遠高于鋁合金電纜所節省的成本，地下空間通常還會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制性規范要求下，電容電流和管材截面的增加將造成電纜溝管、工井等地下構筑物規模擴大，增加了通道建設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。

3. 鋁合金電纜大量使用將降低城市配電網的安全系數

若鋁合金電纜大量進入城市配電網，將導致電網安全系數降低，主要表現在4個方面。

（1）鋁合金電纜的機械抗拉強度比純鋁低30%以上，只有銅的45%左右。兩者最大允許牽引強度的差距更大（見表4），導致單次牽引的電纜長度受限，需額外增加大量中間接頭，在實際運用中更容易產生先天隱患和后續維護風險。

表4 三種電纜機械性能對比

（2）鋁合金電纜耐腐蝕性能比純鋁差。根據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，其耐蝕性能排序為：銅＞鋁＞鋁合金。據報道，有研究機構曾試圖加入某種特殊元素開發新的耐蝕鋁合金，但到目前為止還未進入工業化實用領域。鋁合金電纜耐腐蝕性低的缺點極大地限制了應用范圍，同時也增加設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突出問題。連接點是純鋁電纜產生安全問題的多發點。鋁合金電纜在抗氧化、抗熱膨脹、抗微動損耗、金屬間化合物等四個技術指標上，跟純鋁電纜相比并沒有改善，只是在抗蠕變和應力松弛方面有所改進。由于鋁合金電纜的可靠連接問題沒有解決，因此容易造成觸點發熱和不可逆的塑性變形，加速接頭損耗，最終出現連接故障，產生安全問題。 

（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、刷除導體氧化層、涂覆導體膏、導體插入端子、壓接、擦除多余導電膏等6個必要步驟，比銅電纜還多出3個流程。配電網工程造價相對較低，若在施工環節把關不嚴更容易留下安全隱患，稍有不慎都會造成嚴重后果，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

城市配電網的三個發展趨勢是用電量不斷增長，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，大量使用目前問題較多的鋁合金電纜取代銅電纜是與大趨勢相反的做法，后果必將是犧牲城市配電網品質，增加運維風險，降低安全可靠性。因此，鋁合金電纜不適合在城市配電網中推廣使用。（國網福州供電公司 高栩）