铝合金电力电缆在并网光伏电站中的应用.pdf

建 藐电乞。 _ I BUI I_ DI NG 21 31 3 年 第 日 期 1 EL ECTRl CI TY 铝合金电力电缆在并网光伏电站中的应用 苏桓( 美国通 用电缆 ( 中国) ，北京 市 1 0 0 0 2 5 ) Ap p l i c a t i o n o f Al u mi n u m Al l o y P o we r Ca b l e i n Gr i d c o n n e c t e d PV Po we r S t a t i o n S U H u a n ( G e n e r a l C a b l e( C h i n a ) ，B e r i n g 1 0 0 0 2 5 ，C h i n a ) Ab s t r a c t Th e p a p e r i n t r o d u c e s t h e s ui t a b l e pl a c e s a n d a p p l i c a t i o n f e a t u r e s o f a l u mi n u m a l l o y p o we r c a b l e i n g r i d c o n n e c t e d PV p o we r s t a t i o n a n d a n a l y z e s t h e p r o p e r t i e s o f t h e c a b l e i n t e r ms o f a n t i - a g i n g p e r f o rm a n c e t o u l t r a v i o l e t ， l o w t e mp e r a t u r e r e s i s t a n c e， s e c u r e a n d r e l i a b l e c o n n e c t i o n a n d me c h a n i c a l p r o t e c t i o n I t t u rns o u t t h a t t h e f a v o r a b l e e l e c t ric a l p e rfo rm a nc e a n d e n v i r o n me n t a l a d a p t a b i l i t y o f t h e a l u mi n u m a l l o y p o we r c a b l e wi l l b e n e fi t t h e a p p l i c a t i o n i n g r i d c o n n e c t e d P V p o we r s t a t i o n b o t h e c o n o mi c a l l y a n d s o c i a l l y Ke y wo r ds Al u mi n u m a l l o y p o we r c a b l e P V p o we r s t i o n Ul t r a v i o l e t r e s i s t a n t L o w t e mp e r a t u r e r e s i s t a n t Co p p e r - a l u mi n u m t r a n s i t i o n t e r mi n a l Ec o n o my S u i t a b l e p l a c e s S u s t a i n a b l e d e v e l o p me n t 摘 要 介 绍铝 合金 电力 电缆在 并 网光 伏 电站 中的适用场 所和应 用特 点 分 析铝合金 电力 电缆 耐 紫外线老化 性能、耐低温性能、安全 可靠连接性能和 机械 防护性 能 其 良好 的 电气性能和 环境 适应性 在 并 网光伏电站 中的应用将 带来经济效益和社会 效益 。 关 键词 铝合金 电力 电缆 光 伏 电站 耐 紫外 线 耐 低 温 铜 铝 过 渡 端 子 经 济 性 适 用场 所 可持 续发展 中图分类号 ：T M2 4 7 文献标识码 ：A O 引言 太 阳能资源丰富 、分布广泛 ，是最具发展潜力 的 可再 生能 源 而光伏发 电是 太 阳能利用 的重要 方式 之一 。随 着全球 能源短 缺和 环境 污染 等问题 日益 突 出，太 阳能光伏发 电以其清洁 、安全 、便利 、高效等 特点 ，成为世界各 国普遍关注 和重点发展的新兴产业 。 在 国家能 源 局公 布 的 可再 生 能 源发 展“ 十 二 五” 规 划 中规划 的发展指标 为 ：到 2 0 1 5年太 阳能发 电 装 机容量 2 1 0 0万 k W。因此 ，我 国光伏 发 电行业正 迎来快速发展阶段。 光伏 电站按照运行方式可分为离 网光伏 电站 和并 网光伏 电站 。离网光伏 电站 为未与公共 电网联接 的独 立运行 的光伏 电站 一般位 于远离 电网的无 电地 区和 特殊场所 ，大多规模较小。并 网光 伏电站是 可以与公 共电网联接运行 的光伏电站 由太 阳能组件产生 的直 流电经过并 网逆变器转换成 符合公 共电网要求的交流 电之后直接接入公共 电网。并网光伏电站的主要 特点 是可以将所发 电能直接输送 到电网 ，由电网统一 调配 向用户 供电 ，近年来得到较 大发展并仍处 于快速发展 阶段 。并网光伏 电站规模及 占地面积较大 ，电缆用量 大 ，下 面分析铝合金 电力电缆在并 网光伏 电站中的适 用场合 、应用特点 ，以及在该行业 中应用铝合金 电力 电缆的诸多优势 。 1 并网光伏 电站的构成 并 网光伏 电站 大多 为兆 瓦级 的 电站 大 型 电站 甚 至达 到 数 十兆 瓦级 别 。虽 然装 机 容 量不 尽 相 同 ， 但 基本都 是 由多 个 1 MW 的单 元组 成 。图 1为典 型 的 1 MW 单 元并 网光伏 电站结构 图。 从 图 1中可 以看 出 光伏电站基本 由光伏 阵列 、 直 流汇 流箱 、逆变器 室 、箱 式变 电站 及总 升压 站构 成 ，而各组成部分之间需要用 电缆进行连 接。 作者信 息 苏桓 ，男 ，美国通用 电缆( 中国) ，工程师 。 图 1 1 MW 单元并网光伏 电站结构示意图 F i g 1 S c h e ma t i c d i a g r a m o f 1 MW u n i t i n g r i d c o n n e c t e d P V p o we r s t a t i o n 2 铝合金电力 电缆的适用场所 并 网光伏 电站 电力 电缆 的应用 主要在 以下 4个环 节 ： 光伏组件 ( 光伏电池板 )之间的串联及光伏 组件和汇流箱的连接 ； 汇流箱至逆变器室之间的 连接 ； 逆变器室至箱变之间的连接； 从箱变引 至总升压站 。 在第 1 个环节 中，光伏 电池板之 间先 串联形 成光 伏 串列 ，再将若 干个光伏 串列并联 输人 直流汇流 箱 。 这部分 的电缆 电流较 小 ，且 因暴露 于环境 中 ，电缆需 保 证在较 大的温 度 区间 ( 一 5 0 1 1 0)长期运 行 的 可靠 性 ，同时为 了应对 自然环境 如雨 、雪 、紫外 线 、 臭氧 的侵蚀 ，电缆还应具有优异 的耐候性 ，因此这部 分 电缆一般采用专用 的光伏 电缆 ，并使用专 用的光伏 连接器 进行连接 。这部 分 电缆 由于距离 短 、截 面小 ， 多随光伏组件 配套提供 。 第 2个 环节 中 ，直 流汇 流箱 输 出直 流 电流 至逆 变 器 室 工 作 电压 为直流 2 0 08 5 0 V，最 大工 作 电 流不 超过 2 5 0 A。电缆采 用直埋敷设 ，敷设深度 大于 7 0 c m，敷设长 度一般不超过 8 0 m。这部 分 电缆 可 以 选择两 芯或单芯的铝合金铠装 电缆 。 第 3 个环节 中 ，逆变器室输 出至箱变 ，经逆变器 将 直流电流转换 为三相低压交 流电输往箱变进行一次 升压 。由于逆变器室至箱变 间的距离很近 ，电缆往往 从 逆变 器 室穿管 引 出后直接 进入 箱变 下方 的接线 空 间。这部分 电缆的敷设长度 一般不超过 3 0 m，工作 电 压为 0 4 k V A C可以选择非铠装 的铝合金电力 电缆。 第 4个环节 中，经过箱变一次升压后 ，电压被提 升到 1 0 k V或 3 5 k V，引 至总升压站 进行二次 升压后 并人公共 电网。这部 分的电缆采用直埋敷设 ，距离较 长 ，可 以根据 电压等级选择相应 的铝合金 电力电缆 。 3 铝合金 电力 电缆的性能优势 分 析各 个环 节 中 电缆 的使 用情 况 可 以得知 。除 了一般 使用 专用 光伏 电缆 的第 1个环 节 以外 铝合 金 电力 电缆在其 余 3个 环节 均适用 。以某 2 0 M W 并 网光伏 电站 为例 该项 目选用 了 3 0 k m的 2 7 0m i l l 0 6 1 k V铝合金 铠装 电缆 ，用 于连 接直流 汇流箱输 出端 至逆变器室 。这个环节 中 ，电缆采 用直埋敷 设 ， 直流汇 流箱 的输 出参数见表 1 。 表 1 直流汇流 箱输 出参数 T a b 1 Ou t p u t p a r a me t e r o f DC c o mb i n e r b o x 。j 搿 蔚劈 留詹 董黟 1 0 0 o 童蛰曷 电瀛 萋 鬣 。 2 5 0 l l | | | I 静留 声黪 季 1 8 5 0V直流断路器 自该项 目 2 0 1 1年电缆安装 投入使 用 以来 ，铝合 金电力 电缆运行 非常稳定 。综合用户反馈 以及铝合金 电力电缆的性 能特 点分 析 ，铝合金 电力 电缆应用 于并 网光伏 电站项 目具有 以下 优势。 3 1 良好的耐紫外线老化性能 光伏 电站选址处 日照条件好 ，紫外线强度高 ，对 电缆 的耐 紫外线老化性能有较高要求 。铝合金 电力 电 缆的护套材料 为耐紫外线配方 ，具有 良好 的耐紫外线 老化性 能 ，完全 能够保证设计使用寿命 。 3 2 良好的耐低温性能 我 国并 网光伏 电站大 多选择西部太 阳能资源 丰富 的沙漠 、戈壁 等非耕用地进行建设 ，这些地 区大多冬 季严寒 。铝合金 电力 电缆 的绝缘层及护套层为耐寒配 方材料 ，最低 工作 环境温 度可 达 一4 0 ，且在 不低 35 塑鱼垒皇 塑皇 塑 ! 苎婴娄垡里塑史 壅县 菱 坚 I h t t p： wwwi z d q n e t c n 5 2 3 建 藐电乞。 -_l_-_BUI L Dl NG 2口 1 3 年 第 日 期 1 ELECTRI CI 1 1 Y 于 一2 5 o 【 =的环境 中可 以进行敷设 工作 冬 季施工 能 保证工期 。铝合金 电力 电缆在 一4 0 c I =的低温环境 测 试中按照标称 的最小弯 曲半径进行多次弯曲后 ，电缆 的绝缘及护套材料均没有产生裂纹等损伤情 况。 3 3安全可靠的连接 并 网光伏 电站 不仅环境 温度随昼夜周 期性变 化 ， 负荷也随 日照条件周期性变化 在这样 的条件下 。对 电缆 的连接可靠性要求更高。铝合金 电力 电缆配套 的 铜 铝过 渡 端子 通 过 了符合 G B T 9 3 2 72 0 0 8 MO D I EC 6 1 2 3 81 ：2 0 0 3 额定 电压 3 5k V ( U m：4 0 5k V) 及 以下电力 电缆导体用压接 式和机械式连接金具试 验方法和要求标准要求 的 1 0 0 0次热循环测试 ，保 证端子和电缆具有 良好 的匹配性 ，同时提供 配套压接 工具 ，由专业技术人员在现场进行安装指导 ，确保 正 确安装及可靠 、稳定运行 。 3 4卓越的机械防护 并 网光伏 电站 中的大 部分 电力 电缆 采用 直埋 敷 设 ，铝合 金 电力 电缆 独特 的 白锁 式铠装 层 为拱形 结 构 ，内壁光 滑 ( 如 图 2所示 ) ，相 比钢 带绕包式 的铠 装结构具有更高的抗变形 能力 。敷设 电缆时铝合金 电 力 电缆 的抗侧压 为 4 3 8 0 N， m ( 双钢带铠装铜 电缆仅 为 3 0 0 0 N I T I ) 能够 更大程度 地避免 在外力挤 压时 缆芯 、绝缘受到损伤 。 图 2铠装层 内壁 F i g 2 I n n e r wa l l o f a r mo u r e d l a y e r 4 铝 合金电力电缆的经济性优 势 电缆工程的成本主要包括两个方面：直接采购成本 和施工综合成本 。近年来随着铜价的上涨 ，铜芯电缆的 价格也 一路走高 ，铝合金电力电缆的价格优势 日益突 出。光伏电站 占地面积大、负荷分散 ，电缆敷设工作量 大。因此电缆的施工综合成本是需要重视的方面。铝合 I u g 2 9 慢 一 y oj 3 2_N o ! 旦 5 2 4 h t t p ： j z d q n e t c n 金电力电缆的重量轻 ，仅为同等电气性能铜芯电缆的约 6 0 ，且具有更小的弯曲半径( 7 倍 电缆外径 )及更小 的回弹量 ，因而在电缆施工时更为省时省力。而且 ，铝 合金电力电缆独特的高强度铠装结构使其具有灵活 的敷 设方式 ，铝合金铠装电缆在室内敷设 时可以采用 吊架 、 支架等 ，不需要 电缆桥架敷设 ，能够节约电缆桥架 的采 购 以及安装费用。铝合金电力电缆的施工综合成本比铜 芯 电缆约低 5 1 0 ，加上更低的电缆直接采购成本 ， 铝合金 电力电缆的经济性优势显著。 ， 5 铝合金 电力电缆的社 会效益 可持续发展作为重要的国家战略 ，包括资源 和能 源等方 面的可持续发展 。电缆行业 每年要 消耗大量 的 铜资源 ， 2 0 1 2年 ，我国铜材 对外依存 度超 过 7 0， 用于进 口铜材的外汇约 4 0 0 亿 美元 。铝 合金电力电 缆在光伏 电站中的推广使用可 以为 国家节约大量的重 要矿产资源 ，有 利于稀缺矿产资源的可持续发展 。开 发利用太 阳能资源是调整能源结构 实施 能源可持续 发展 的有效途径 ，符合 国家的产业政策 和环境政 策 。 铝合金 电力 电缆在光伏 发电行业 中的应用将带来更大 的社会效益 。 萏 凶 1 国家能 源局 网站 可再生 能源发展 十二 五规划 E B O L ( 2 0 1 20 8 0 8 ) 2 0 1 30 71 0 h t t p ： w 州 n e a g o v e n 2 01 20 8 0 8 C 一 1 31 76 76 51 ht m 2 中国建筑设计 研究 院 ，中国可再生能源学会太 阳 能建筑专业委员会 J G J 2 0 3 2 0 1 0 民用建筑太阳能光伏系 统应用技术规范 S 北京 ：中国建筑 工业 出版社 ，2 0 1 0 3 上 海 电缆 研 究 所 ，永 固集 团 股 份 有 限公 司 GB T 9 3 2 72 0 0 8 ( MOD I EC 6 1 2 3 81 ：2 0 0 3 ) 额 定 电 压 3 5 k V ( U m =4 0 5 k V)及以下电力 电缆导体 用压 接式 和 机 械式 连 接金具 试验 方法 和要求 f S 北京 ：中国标准 出版社 2 0 0 9 4 中国建筑标准设计研究院 全 国民用建筑工程设 计技术措施节能专篇电气 M1 北京 ：中 国计划 出版 社 2 0 0 7 5 中商情报网 2 0 1 2年中国进 口未锻造的铜及铜材 4 6 4 7万吨 E B O L ； ( 2 0 1 3 0 1 2 5 ) 2 0 1 3 0 7 3 0 3 h t t p ： w w w a s k c i e o m n e ws 2 01 3 0 1 2 5 2 5 9 5 6 1 3 5 7 4 2 0 s h t m1 2 0 1 30 42 5来稿 2 01 3一O 72 5修 回