铝合金电缆在光伏项目中的应用分析

周承军 罗易 李春阳 黄兴发

摘  要：光伏电站平价上网的时间节点就在眼前，在降本增效的现实需求下，采用铝合金电缆可适当降低工程造价。铝合金线缆在机械特性方面较纯铝芯电缆有所改善，项目建设中已有大量在运行的案例。该报告对铜芯与铝合金芯电缆在工程应用中的差异进行分析对比，提出铝合金电缆在工程应用中的技术措施。

关键词：性能;要求;影响;措施

中图分类号：TM615            文献标志码：A

0 引言

铝合金电缆在美国已经有了40多年的应用历史，在国内却是新兴事物。十二五期间，在城网中低压建设及改造中大量应用铝合金电缆代替铜电缆的呼声很高，最终没有大面積推广，部分电网公司甚至禁止采用铝合金电缆。在2014年及2015年，国内关于铝合金电缆的制造规范相继发布，对铝合金电缆的电气性能及试验做了明确规定，很好的指导了铝合金电缆的工程应用，工程项目开始更友好的接受铝合金电缆应用。铝合金电缆应用的项目越来越多，今后铝合金电缆需要能经受住质量及安全风险管控的双重考验，才能实现大面积推广。

1 铝合金电缆和铜芯电缆的性能比较

1.1 电气性能（表1）

2 对铝合金电缆影响分析

目前在我国应用的铝合金基本都是AA8000铝合金系列，该系列为国际铝行业协会的铝合金牌号，该系列是用在配电线路上的软质铝合金。AA8000系列铝合金电缆是采用特殊辊压成型型线绞合生产工艺和退火处理等先进技术发明创造的新型材料电力电缆。合金电力电缆弥补了以往纯铝电缆的不足，弯曲性能、抗蠕变性能和耐腐蚀性能等大大提高，能够保证电缆在长时间过载和过热时保持连续性能稳定。铝合金电缆在北美已有40多年的应用史，技术相对成熟。AA8000铝合金系列引入国内后已经发布了GB/T 30552—2014 《电缆导体用铝合金线》，对电缆的型号、规格、材料、电气和机械性能及试验方法、检测规则做了明确规定。

铝合金电缆在应力松弛和抗蠕变性方面有改善但远不及铜，国产铝合金质量控制不一致（合金成分）导致抗蠕变性能差。北美铝合金电缆Si含量相差5%以内，AA8030系列有良好的抗蠕变性能。目前已发布了GB/T 30552—2014 《电缆导体用铝合金线》，标准制定有利于铝合金产品质量的管控。在产品采购中可以要求厂家提供《抗压蠕变评估报告》，报告由上海电缆研究所、国家电线电缆检测中心或武高所等机构出具。

铜的熔点为1 080 ℃而铝和铝合金的熔点为660 ℃，所以铜导体是耐火电缆更好的选择。铝和铝合金不宜用做耐火电缆导体，也不宜在人口密集的城市配电网、楼宇、厂矿中使用。铜氧化后仍具有较高的导电率，铝氧化后导电率降低，发热严重也是引起火灾的重要原因。

根据调查资料表明，电厂火灾事故中，由于电缆本身故障起火延燃的约占25%。据公安消防部分统计，因电线、电缆本身故障造成整体大楼火灾事故的，其事故率占40%左右。采用铝合金电缆后，电缆的火灾风险大幅增加。

据统计62.08%的故障原因属于电缆接头处击穿，目前对大截面铝合金电缆的中间接头及终端接头施工工艺还未完全解决可靠、稳定、成熟的现场压接技术问题。电缆接头处的性能是铝合金电缆推广应用的最关键制约因素。

大截面的电缆有更大的电容电流。在10 kV中压配电网中，一般采用中性点非直接接地，单相对地电容电流不能超过10 A，否则就和现有的运行方式，保护功能不匹配。

3 技术措施

3.1 目前已采用的技术措施

光伏电站中电缆主要包括2个部分：直流电缆和交流电缆。其中直流电缆压降允许值为2%，交流电缆压降允许值为3%。组件至汇流箱直流部分采用光伏专用电缆，应采用铜芯。汇流箱至逆变器直流部分电缆截面多为70 mm2、95 mm2、120 mm2截面低压两芯直流电缆，光伏项目主要在此部分采用铝合金电缆替代铜芯电缆。逆变器至箱变低压侧或并网柜多采用3+1芯低压交流电缆，此部分也有采用铝合金电缆的情况。箱变至光伏进线柜部分是10 kV、35 kV，不宜采用铝合金电缆。

目前光伏电站项目应用主要为0.6/1 kV 电压等级电缆，项目应用中常用以下措施：

（1）采用阻燃电缆，阻燃性能应不低于 C 级。。

（2）电缆穿镀锌钢管敷设，可以形成防火分隔。

（3）槽盒敷设时，填充率不宜大于20%，托盘或桥架敷设时，填充率不宜大于40%。

（4）铝合金电缆和铜芯电缆在中间段用专用铜铝转接接头压接，通过铜芯电缆接入逆变器等低压电气设备接入端。铜铝转接接头安装在接线盒中进行保护。

（5）电缆和设备连接处采用钎焊铜铝过渡端子，要求具备第三方认证。

（6）进行铝合金电缆和铜芯电缆的经济对比分析，评估节省成本的程度，具有明显的经济优势才允许使用铝合金电缆。

3.2 针对铝合金电缆应用的一些建议

（1）限定铝合金电缆的使用范围：

GB50217—2018 《电力工程电缆设计规范》3.1.1条规定的场所必须使用铜芯电缆。光伏场区1 kV及以下电压等级直流两芯电缆，1 kV及以下低压交流汇集线路需谨慎采用铝合金电缆。目前的直流1 500 V系统相关标准尚未完善，成套的电气设备及电缆采购管控标准不明晰，1 kV以上的直流电缆不宜采用铝合金电缆。

（2）铜截面积为95 mm2及以下时，替换成铝合金芯电缆时规格提高1级。铜截面积为95 mm2以上时，替换成铝合金芯电缆时规格提高2级。

（3）编制铝合金电缆物资采购技术规范书范本，明确关键性能参数。

（4）应优先选择具有良好运行业绩和成熟制造经验的生产厂家。加强厂商资质的复查，厂家须有国家能源局或住建部的认证、PCCC认证。

（5）电缆产品有国家级检测认证机，象上海电缆研究所、国家电线电缆检测中心和武高所等出具的相关检测报告。相关的测试报告内容如下：《导体检测报告》、《抗压蠕变评估报告》和《过渡接线端子1000次热循环检测报告》，这3个统称为三大检测报告，是铝合金电缆基本的检测报告。与采购电缆对应型号的铝合金电缆《型式试验报告》; 阻燃电缆应有国家防火检测中心的检测报告。

（6）电缆的出厂试验，设备进场试验合格，检测报告作为投运资料移交运维单位。

（7）电缆敷设前应进行绝缘电阻测试，线间和线对地绝缘电阻值必须大于10 MΩ，且数据均衡。如不符合要求，检查电缆是否受损或受潮;摇测完毕后，应将线芯分别对地放电。电缆敷设完毕后再次进行绝缘电阻测试，杜绝带隐患投入运行。

（8）铝合金电缆接头处绝缘击穿及腐蚀是最常见的质量通病，必须加强电力电缆接头选型、订货、验收、施工及投运的全过程管理。

施工前应编制施工作业指导书并组织技术交底;使用电缆专用的压接工具按照标准工艺作业，施工后進行测试电气性能需满足使用要求，并做好项目台账记录。根据台账记录，可编制运行项目的测试记录，巡视计划。电缆接头处的密封防潮性能应能满足长期运行需要。运维部门应加强电缆线路负荷和温度的检（监）测，防止过负荷运行，多条并联的电缆应分别进行测量。巡视过程中应检测电缆附件、接地系统等关键接点的温度，铜铝过渡部位的腐蚀情况。

（9）可在接头处的一段电缆绕包防火包带。

（10）桥架敷设时，设置防火分段安装防火隔板。电缆穿建筑孔洞、电器柜孔洞处安装防火隔板，涂防火堵料。电缆沟敷设的可分段做防火墙，或简易的防火沙包。

（11）对敷设铝合金电缆的通道，可设置红外监视、烟感，发现火灾可自动报警、快速关断等。

4 结语

在满足载流量和能量损耗的前提下，铝合金电缆的成本比铜缆低。目前在光伏电站项目中，0.6/1kV电缆已经开始大量采用。使用铝合金电缆前，需要综合考虑电缆敷设环境是否允许采用铝合金，如果采用铝合金电缆需要对电气、机械性能进行分析，合理选型。进行工程造价分析需考虑土建工程中是否又增加了费用。针对铝合金电缆的产品质量、施工质量、运行隐患做好过程管控。

参考文献

[1]侯义明.铝合金电缆应用中需要考虑的问题[J].供用电杂志，2015（8）：52-56.

[2]福建省建筑设计研究院.DBJ/T13-176-2013，铝合金电缆工程设计、施工及验收规程[S].