中压铝芯交联电缆主要用于城市配电网，本文通过介绍了浙江电网铝芯交联电缆的使用情况，根据铝芯电缆运行维护经验，指出了使用中存在的问题，针对铝芯电缆在运行中出现的故障进行了统计分析，对铝芯电缆的设计、施工和社会影响问题进行分析和评估，提出了在城市配电网使用铝芯电缆的建议。
（作者：吴明祥）
1 铝芯电缆在浙江应用背景
浙江配电网最早采用铝芯交联电缆大约在上世纪七十年代末至八十年代初，但是随着用电量的不断增加，要求电缆截面不断加大，鉴于对铝芯电缆的综合考虑，浙江电网至20世纪末，大多数铝芯交联电缆都已经逐步更换成铜芯电缆。自2009年8月14日始，根据省电力公司设管办[2009]001号文件要求，为满足电网建设发展，降低工程建设成本，浙江配网工程建设中涉及到的10kV至35kV电力电缆又开始采用铝芯电缆。
浙江电网所辖10kV~35kV电缆线路截至统计时，回路总长度45684km，铝芯电缆回路长度3649km，铝芯电缆占该电压等级电缆回路总长度的7.989%，其中10kV铝芯电缆使用最多达回路总长度3484km，20kV铝芯电缆使用比例最高达回路总长度29.68%;浙江电网10~35kV电缆线路运行情况统计如表1和图1图2。
2 铝芯电缆应用中产生的问题
2.1 铝芯电缆的输送能力。早期的铝芯电缆主要使用于小电流支线上，出于铝芯电缆成本较低和输送能力相对较弱考虑。铝芯电缆使用于小电流支线上时，截面均比较小，但是随着城市用电负荷的不断攀升，很多小截面电缆已不能满足输送要求，成为电缆线路输送负荷与运行“卡脖子”的地方。同时由于制造、装盘运输、接续、运行安全等多方面因素的限制，目前常规生产的三芯电缆最大截面为3×500mm2和3×630mm2，采用最大截面的铝芯电缆载流量仅相当于或接近3×300mm2与3×400mm2截面的铜芯电缆，因此采用铝芯电缆的最大输送容量也将受到限制。
2.2电缆通道、走廊状况分析。“七山二水一分田”的浙江土地资源缺乏，城市道路用地非常紧张，但用电负荷却增长迅速，城市规划的电缆通道基本用足，目前一个电缆通道已出现24管线，甚至高达到32管线以上，意味着要占用更多通道。铝芯电缆若要与铜芯电缆输送相同容量的负荷时，一般铝芯电缆要加大两个电缆规格的截面，对于较大截面的铝芯电缆，一般管径为150mm就不能满足设计规程，其管径必须调整为175mm或更大管径的管线，才能适合统包电缆截面630mm2以下的大部分铝芯电缆敷设。但采用内径175mm或以上的管孔，加大了本来就紧缺的电力走廊的地下空间和增加电缆通道建设的难度。
2.3电能峰负荷输送需求分析。根据城市发展电力负荷的需求，新建或改造变电所的输送负荷限额满足提高到600A要求，主要是考虑到高负荷区域变电所建设因政策处理问题相对滞后。原400A的限额，铝芯电缆截面至少要用到240mm2，考虑电缆回路系数、环境温度、电缆沟道的结构尺寸、电缆所处位置、热阻系数和施工质量等因素，240mm2铝芯电缆的输送能力接近或超过临界值，一般要选用300mm2及以上截面的铝芯电缆。若输送限额要达到600A，铝芯电缆截面一般要选用630mm2或更大截面才能满足电能峰负荷输送的要求。
2.4与连接设备的配套功能分析。目前使用的铝芯电缆(包括500mm2和630mm2)都为三相统包型电缆，电缆整体变粗后，出现与其配套的RM6开关等设备柜体偏窄、空间施工活动范围紧张的情况，在增大施工难度的同时，与这些电气设备的连接必须采用铜铝过渡型的接线端子，接头处理难度大，铝芯电缆的接头不稳定时常由于氧化使接触电阻增大，容易引起发热，导致发生故障的概率增加;同时，个别供应商的铜铝过渡端子质量、工艺参差不齐，对运行的影响较大，甚至在施工期间就有断裂现象。
2.5常规运检和检修情况分析。根据目前对铝芯电缆运行经验，主干线电缆如果采用铝芯，一般截面在400mm2以上，电缆体积庞大，在地下走廊和开关柜体及引下部分狭窄情况下，电缆不易弯曲，甚至弯曲半径技术上无法满足要求;同时运行经验表明铝芯电缆相比铜芯电缆故障率相对偏高，需加强运行维护，定期开展电缆附件的测温工作，及时掌握电缆运行状态;也给电缆运行维护和检修增加了难度和工作量。
2.6早期的铝芯电缆长期运行后，电缆本体及外部未曾发生故障，虽然截面不是很大，负荷也较小，但也出现中间接头击穿现象，如某地的长桥站至某宾馆的汪庄一线、汪庄二线，在正常合闸充电中发生击穿事故，现已更换为铜芯电缆。为了铝芯电缆在使用中避免与铜芯电缆进行接头，采用电缆分支箱或开闭所进行连接方式的，其供电可靠性提高很多，但是客观上增加了铝芯电缆使用成本及土地使用协调难度。
2.7铝芯电缆在机械强度、抗疲劳、耐腐蚀、稳定性指标等方面相对较差。大截面铝芯电缆的接头运行不够稳定，大多数地区认为铝芯电缆会增加非停概率，影响供电可靠性和设备可用率，使用寿命明显没有铜芯电缆运行时间长。
3 铝芯电缆事故分析
浙江电网在运的铝芯电缆，大多数从2009年下半年开始投运，运行时间较短，相对来说发生的故障概率时间上还是比较欠缺。根据三年左右的运行记录，共发生铝芯电缆故障停运29次。故障主要发生在电缆附件，尤其是中间接头共发生19次，占故障的65.52%，中间接头故障除1次外力破坏外，其余18次均为接头击穿;其他分别为电缆终端、外力破坏、施工原因等，具体铝芯电缆事故或异常原因按类别统计见表3。铝芯电缆故障按截面分，50mm2铝芯电缆故障情况比较突出，共发生18次，占总统计故障的62.07%，其中有14次为电缆中间接头绝缘击穿或爆炸，占电缆中间接头故障的78.8%;据了解目前对于大截面的铝芯电缆的中间接头施工工艺还未真正解决可靠、稳定、成熟的现场压接技术;事故按截面大小统计情况见表4;500mm2铝芯电缆各类故障情况如图4。
4 铝芯电缆社会经济和社会价值分析与评估
4.1根据研究和经验表明，铝芯电缆与铜芯电缆相比，在输送相同容量时铝芯电缆比铜芯电缆线损大，其抗短路能力、使用寿命与铜芯电缆相比也会相对差一些。同时铝芯电缆占用通道空间相对较大，将对电缆管孔、转弯半径、电缆井规格、载流量等设计产生一定的影响。过多占用城市公共资源，给城市电网管线规划设计带来困难。
4.2在相同输送容量的电缆线路施工，铝芯电缆因材料特性引起的体积大、运输困难、加大了施工难度、增加了土建工作量;铝导体的紧压系数比铜导体的小，使得线芯相对不够紧密，压接大截面铝芯电缆线芯时，提高了压接质量的难度，铝芯电缆的接头不稳定时常会由于氧化使接触电阻增大，发热而发生事故。给运行维护增加了安全风险。
4.3对于已建好的电缆通道排管，其管道的规划、设计、施工按铜芯电缆已经完成，若要改用铝芯电缆，其电缆的外径势必要比铜芯电缆大，原有的管径、工井和弯曲半径等不能满足“大口径”电缆，给电缆管道的重新设计、施工带来很大的困难，且个别老旧城区及市区无法再次开挖，同时重新设计、重新施工往往会拖延工期，因此使用铝芯电缆难度很大，对于此类情况业内人士和社会反响较大。
4.4铝芯电缆与铜芯电缆相比，设计土建成本、电缆附件成本基本不变或略有增加，关键差别在于导体成本，而铜材市场的价格相对铝材价格波动大;按铝芯电缆价格是铜芯电缆价格的35%~70%估计，截面越大，铝芯电缆的经济优势越明显，每年可节省投入大量的投资。但是新建电缆管道由150mm改为直径200mm的管径，使土建工程造价增大约25%左右，如果原有电缆管线由于采用铝芯电缆而进行扩径改造，则费用增加更大。
4.5铜、铝芯电缆混合使用问题。由于老城区及市区铜芯电缆使用较多，线路的扩建和改建需要直接割接铜芯电缆，铝芯电缆将无法直接割接，要满足负荷要求，存在截面大小不同和铜—铝过渡连接问题，由于2种金属的连接，将形成以铝为负极铜为正极的原电池，使铝产生化学腐蚀，从而增大接触电阻，使接头发热，造成安全隐患，另外铜铝膨胀系数不同，也会存在相应的安全隐患，因此必须采取相应的技术措施，部分改造工程中使用户存在意见。
4.6铜芯电缆的低电阻率、好的延展性、高的允许应力、抗疲劳性能、抗氧化、耐腐蚀、截流量大、电压损失低、事故率低，以及相应的输电能达到较远的距离，即供电覆盖范围大，有利于网络的规划，减少供电点的设置数量等优点，目前铝芯电缆和铝合金芯电缆还无法超越，这也是长期乐意使用铜芯电缆的原因之一。
5 结论与建议
(1)铝芯电缆本体采购成本相对铜芯电缆降低，当用户有要求时，铝芯电缆可以用于配网非重要线路的分支线或采用电缆无接头的小负荷配网线路;
(2)对于城市配电网的主干线和重要用户，按照现在的制造水平、施工技术和运行维护经验，结合铝芯电缆的导电性能，事故率 ，铝-铝、铜-铝相互连接的氧化问题;以及铝芯电缆截面积增大导致电容电流增大，地下资源紧张等问题，其综合性价比没有突出表现，因此建议不采用或慎重使用。
(3)对于以安全、质量、节能、优质服务为核心运营指标的企业，城市配网涉及千家万户百姓，是否完全或部分采用“铝芯电缆在浙江城市配电网的运行分析与评估以铝代铜”的策略，是非常值得思考的。建议从铝芯电缆和铜芯电缆的事故概率、线路损耗、环境条件、使用年限等在全寿命周期内进行统计、比较、评估和综合性价比的深入研究。
