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北京电网为什么优先选用铜芯电缆?

2018-11-21 06:39:48 广东信牌电缆有限公司 已读

北京电网为什么优先选用铜芯电缆?

来源:北极星电力网作者:庞立昌


  近来许多铝合金电缆厂商宣传铝合金电缆技术不断进步,有的生产商宣传铝合金电缆已经达到了可以替代铜芯电缆的水平,但在城市建设中铝合金电缆能否替代铜芯电缆是有许多条件的,只有这些技术和经济条件均被满足,铝合金电缆才能达到替代的水平,就目前来看,北京城市电网建设是无法使用铝合金电缆的,这其中有许多原因既有技术上的也有经济上的,下面简要论述如下:
  
  1、从规范角度来看
  
  北京电力公司2005年发布了北京电网建设“首都标准”。按照该标准北京到2020年城区和近郊区10kV电缆化率达到95%,全网10kV电缆化率达到78%,110kV全网电缆化率达到40%,220 kV全网电缆化率达到15%。
  
  按照该首都标准,地下电缆全部采用铜芯电缆,而架空线采用铝芯电缆。也就是说北京10kV通过逐步的电缆化最终电缆化率全网达到78%以上,都是用铜电缆,而城市中心区以外和110kV和220kV还会部分地用架空线并使用铝芯电缆。
  
  北京2015年5月才实施的“10kV及以下配电网建设技术规范”规定:
  
  -变电站10kV的干线可选用300mm²和240mm²铜芯电缆;
  
  -开关柜电源宜选用铜芯电缆300mm²;
  
  --开关站10kV馈线宜选用铜芯240 mm²、185 mm²、150mm²;
  
  --低压电缆380V根据负荷需求宜选用240 mm2、185 mm2、120 mm2铜芯电缆;
  
  从上述标准和规范可以看出,北京地下电网从设备到电缆都是按照铜芯电缆设计的,这是一个系统性的设计要求,而架空线是按铝芯电缆设计的。如果不对系统规范进行改变而使用铝合金电缆就会造成系统的混乱并导致可靠性降低。
  
  2、从可靠性来看
  
  电网可靠性是北京电网最重要的指标之一,北京供电可靠性和电压合格率目标如下表。

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  这种高可靠性的要求是什么概念哪?举个例子,北京金融街2010年改造完成,是按照5个9来要求的,即年平均停电时间不高于5min(99.999%),电压合格率100%/年,高可靠性区域用户户均停电时间不高于30s(99.9999%)。现在北京要求将金融街的供电可靠性要求扩展到所有A+地区,这是一个极高的电力可靠性要求,为了实现这种高可靠性,电网的设备、设计、材料、管理等方方面面都必须建立在高品质的基础上,任何一个环节的缺失都可能导致前功尽弃,因此铝合金电缆在被充分证明能够达到铜电缆的相同性能之前,是不可能被用在北京城市地下电网中的。
  
  3、从电网智能化发展方向看
  
  北京电网提出了高可靠性和高智能化结合的发展方向,这是城市电网建设的又一个重大的要求。“智能电网对未来社会影响的范围之广、程度之深,将远远超出我们的想象。”国家电网公司董事长刘振亚在《智能电网与第三次工业革命》一文这样说。
  
  2014年北京开始在未来科技城建设新一代智能电网包括坚强电网、物联信息通信网、信息交互及数据中心、智能网控系统、智能运检系统、智能用电系统6个类别,未来科技城智能电网将作为一个整体进行建设,以服务需求为驱动,建成信息高度融合、共享的智能电网,未来科技城智能电网将具有主动调节能力,在安全、可靠、优质、高效、兼容、互动六方面的效益优势突出,供电可靠性具备99.9999%的能力,供电电压合格率超过99%,支持分布式电源的大量接入,即插即用,还可以实现能量互动。
  
  智能化电网这一崭新的发展方向必然要求使用最好的传输材料和大容量传输,铝合金电缆作为一个便宜的但传导性能没有铜芯电缆好的解决方案,显然不可能是北京电网的选择。
  
  4、从城市居民用电结构变化角度来看
  
  中国城市过去发展太快,城市电网建设必须追赶城市发展的脚步进行建设,而现在城市建设速度虽然下行,但城市用电结构发生了根本性变化,同样对电力提出了全新的挑战。
  
  过去城市居民用电主要是照明和家用电气,但现在用电采暖,用智能擦地机,用电除尘器,以后还用电动汽车;高层住宅、现代化娱乐商业一体化中心、现代办公自动化设备等对电力提出的需求依然是在快速变化之中。
  
  为了应对这种快速发展和变化,电力设计中都采用最大裕量来设计,即便如此也未必能满足城市发展的需求,在铜芯电缆尚且还需用最大裕量来设计时,如果换成截面比铜大1.6倍的铝合金电缆,再加一定比例的裕量,这是不可想象的,也是无法实现的。
  
  5、从北京城市地下资源现状看
  
  北京城区的地下资源有明清类型,还有日本时期类型,非常复杂;北京老城区道路标准过去是按马车标准建的;也就是说在城区地下资源是非常稀缺的,对城市电力改造提出了巨大的挑战,为了一个电缆通道有时要深入到地下一层甚至到地下三层才可以建设,这种情况下便宜电缆不可能是一个选项,北京的选择只能是铜芯电缆。如果今后技术革命有了比铜更好的导体材料,那北京可能会选择最好的传导材料来平衡地下资源的稀有性。
  
  6、从北京电缆井条件来看

  
  北京的电缆井在2005年以前都是按照1.6-1.9米设计的,三环内40%是这种井型,这种井型本身就狭小,用铜芯电缆都不够用,更别说用更大截面的铝合金电缆了,根本行不通因为根本没有可供改造的空间。
  
  另外北京电缆管径都是按照125mm²或150 mm²设计的,只能穿铜芯电缆,如果按照铜芯电缆的1.6倍截面使用铝合金电缆,这是穿不过去的。还有电缆的弯曲半径必须是电缆截面的一定的倍数,如果按照铝合金电缆截面增大1.6倍,再加一定倍数的弯曲半径,所需的空间在现实中是无法满足的。
  
  这就是说如果改用铝合金电缆,北京电缆的许多设计都必须改,成本高的已经超出了想象,不可行。
  
  7、大楼增容问题
  
  北京许多大楼都面临增容问题,而楼里的空间非常狭小,铝合金电缆因为截面大而无法使用。例如房间与房间之间,楼的变电空间等都非常狭小,但要求传输容量要大,这个问题说明,在城市建设中电缆所需的空间比电缆的价格更稀缺和珍贵,铝合金电缆用加大截面解决与铜电缆导电性相近的方法是城市电网建设中不太可行的解决方案。
  
  8、接头与安全性问题
  
  铝合金电缆接头处容易发热,接头过度始终是个问题,比如从铝合金电缆过度到铜芯电缆,接头会发热,导致电阻增大,温度升高,造成安全隐患,对于北京电网这种追求5个9高可靠性的企业,这种隐患是不能接受的。而根据目前掌握的情况,中国铝合金电缆企业真正能掌握铝合金接头技术似乎很少。
  
  9、节能环保问题
  
  节能与环保也是电网企业必须考虑的一个问题,铝合金电缆回收率非常低,而铜芯电缆全部可回收,铝的氧化性高,铜的低,铝怕腐蚀,而铜的则好,所有这些都导致铝合金电缆使电力企业实际支出要远远高出其价格低导致的成本降低,资料显示铝合金电缆生产过程中对社会环保的影响高于铜电缆,另外从节能角度看,铝合金电缆明显不如铜电缆好。
  
  小结:从以上各种因素来看,北京城市电网建设的地下电缆目前只能选择铜芯电缆,而架空线可以选择铝芯电缆,虽然铝合金电缆有大量的宣传,但必须由权威机构拿出各种数据并经得起电力部门的各种论证才能考虑替代问题,在此之前谈替代为时尚早。个人认为铝合金电缆在工矿企业内部的设备与设备之间的连接可能是一种可以考虑的解决方案,但对电网这种系统性要求非常严格的对象,目前暂时还没有科学论证表明它的可行性。
  
  参考资料
  
  1.北京电力公司“北京电网建设首都标准”
  
  2.京电规[2005]229号《北京电网规划设计技术原则》
  
  3.京电规2009-255号《北京中低压配电网规划设计实施细则(试行)》
  
  4.北京“10kV及以下配电网建设技术规范”
 
  (本文作者系北京京电电力工程设计有限公司重大项目办主任)


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