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智能電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)需要安全可靠的電纜

發(fā)布時(shí)間:2016-10-09   來(lái)源:齊魯晚報(bào)

? 當(dāng)今技術(shù),經(jīng)濟(jì)及制度的發(fā)展為增進(jìn)人類社會(huì)福祉做出了巨大的貢獻(xiàn),同時(shí)也帶來(lái)了嚴(yán)重的問(wèn)題,如氣候變化,能源與環(huán)境問(wèn)題等。為了應(yīng)對(duì)氣候變化,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,從全世界范圍來(lái)看,當(dāng)前能源結(jié)構(gòu)必須盡快做出調(diào)整和改變。

  以風(fēng)電和太陽(yáng)能為代表的可再生的低碳能源是未來(lái)能源發(fā)展的方向。對(duì)這類能源,一般都是先將其轉(zhuǎn)化為二次能源-電力,然后再對(duì)其加以利用。預(yù)計(jì),越來(lái)越多的能源接入電網(wǎng),電力將會(huì)成為未來(lái)能源的主線。而電網(wǎng)作為連接電力生產(chǎn)和消費(fèi)的中介,在其中扮演著極其重要的不可或缺的角色。

  伴隨著能源市場(chǎng)的自由化,能源交易主體的多樣化,電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和功能將日益趨于復(fù)雜。當(dāng)下電網(wǎng)的發(fā)展正面臨一個(gè)矛盾:一方面,隨著可再生能源分布式發(fā)電的接入,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化,電力系統(tǒng)的潮流變化越發(fā)復(fù)雜多變;另一方面,隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展,人們對(duì)生活品質(zhì)和生活體驗(yàn)會(huì)更加苛求,從而對(duì)電力系統(tǒng)連續(xù)安全可靠供電的要求越來(lái)越高。

  為應(yīng)對(duì)電力需求的復(fù)雜性,提高經(jīng)濟(jì)性,增進(jìn)安全性,智能電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的發(fā)展方向。智能電網(wǎng)的建設(shè)是解決上述問(wèn)題的一個(gè)有效途徑。它既是當(dāng)前電力系統(tǒng)變革的要求,也是未來(lái)經(jīng)濟(jì)高效的組織形式所需的構(gòu)架基礎(chǔ)。

  中國(guó)城市化進(jìn)程在迅速發(fā)展中,城市用電結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性變化,對(duì)電力提出了全新的挑戰(zhàn)。現(xiàn)在城市用電的負(fù)荷特性和以前有很大的不同。未來(lái)風(fēng)電、太陽(yáng)能等新能源接入的比例增加,電動(dòng)汽車(chē)以及分布式發(fā)電的發(fā)展,也會(huì)使得電網(wǎng)更加復(fù)雜。系統(tǒng)越復(fù)雜,安全事故的影響就越大,整個(gè)社會(huì)為其付出的成本就越大。理所當(dāng)然,那時(shí)對(duì)系統(tǒng)韌性和抗事故能力的要求將會(huì)越高??梢酝ㄟ^(guò)改變系統(tǒng)的構(gòu)建,如建設(shè)智能電網(wǎng),來(lái)提高其可靠性。

  在目前我國(guó)電力系統(tǒng)逐漸升級(jí),向堅(jiān)強(qiáng)化和智能化方向發(fā)展的大背景下,在城市配電網(wǎng)的發(fā)展建設(shè)中,卻出現(xiàn)了一種所謂“以鋁代銅”的口號(hào)。這是極其不可取的。其實(shí)質(zhì)上是一種誤導(dǎo),需要被認(rèn)清。通過(guò)分析會(huì)發(fā)現(xiàn),若是大量鋁合金電纜進(jìn)入配電系統(tǒng),不僅會(huì)為智能電網(wǎng)建設(shè)帶來(lái)隱患,也會(huì)出現(xiàn)與智能電網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)相違背的結(jié)果。國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心資源與環(huán)境政策研究所發(fā)布的《我國(guó)銅鋁資源在電力電纜市場(chǎng)應(yīng)用戰(zhàn)略規(guī)劃研究》研究報(bào)告),通過(guò)對(duì)銅鋁鋁合金導(dǎo)體、電纜的多方面的比較分析的出了不宜在電力傳輸領(lǐng)域“以鋁代銅”的結(jié)論。具體一些數(shù)據(jù)見(jiàn)附表。

  電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,電力電纜的故障80%發(fā)生在接頭部位。在這一點(diǎn)上,銅具有鋁及鋁合金無(wú)可比擬的優(yōu)越性,即使受到氧化,生成的氧化銅仍是優(yōu)良導(dǎo)體,能夠保證接頭和端子的電連接性能;而鋁合金電纜即使有良好的施工工藝保障,在接頭或端子部位受到氧化后,生成的氧化鋁是絕緣體,會(huì)導(dǎo)致接頭或端子導(dǎo)電性劣化,從而加劇接頭或端子發(fā)熱從而使氧化更加嚴(yán)重。如此惡性循環(huán),從而發(fā)生電纜系統(tǒng)故障。若考慮到未來(lái),有可能有電動(dòng)汽車(chē)以及新能源的接入時(shí),電網(wǎng)末端負(fù)荷波動(dòng)頻繁,潮流幅度變化劇烈,使得接頭端子處溫度波動(dòng)大,頻繁出現(xiàn)熱脹冷縮,不同材料端子接觸的熱穩(wěn)定性問(wèn)題可能還會(huì)凸現(xiàn)。

  很多的電力事故都伴隨有火災(zāi)發(fā)生。一般電力電纜發(fā)生火災(zāi),起初表現(xiàn)為由于產(chǎn)生過(guò)量的焦耳熱而導(dǎo)致溫度異常升高。常見(jiàn)的起因有電纜的接頭電阻增加,絕緣層老化,對(duì)地漏電或線間漏電等等。而電纜溫度增加又會(huì)加劇產(chǎn)生溫度的原因,形成正反饋,導(dǎo)致電纜在火災(zāi)面前相當(dāng)脆弱。電纜火災(zāi)一旦發(fā)生,則火勢(shì)兇猛,蔓延迅速,在燃燒時(shí)會(huì)發(fā)生大量的有害氣體,造成撲救困難。不僅著火電纜回路受到影響,還將會(huì)影響到電纜溝內(nèi)的其他電纜。電纜燒壞后,修復(fù)時(shí)間長(zhǎng),損失嚴(yán)重。

  若電網(wǎng)的保護(hù)系統(tǒng)控制得不夠好,或未能正常工作,還會(huì)導(dǎo)致事故的影響進(jìn)一步擴(kuò)大。電網(wǎng)中壓系統(tǒng)電纜負(fù)荷高,出現(xiàn)故障時(shí),影響范圍更大。如果電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和潮流分布設(shè)計(jì)的不夠合理,同時(shí)事故又發(fā)生在電網(wǎng)的負(fù)荷高峰期,那么就極有可能會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)逐級(jí)解列,更有甚者還可能會(huì)引發(fā)區(qū)域性的大面積停電,形成重大電力事故,損失將難以估量。所以應(yīng)該盡可能地預(yù)先采取措施來(lái)降低事故風(fēng)險(xiǎn),做到防患于未然。

  其他事故引起的火災(zāi)也對(duì)配電系統(tǒng)產(chǎn)生挑戰(zhàn)。銅電纜的防災(zāi)、抗災(zāi)能力大大優(yōu)于鋁合金電纜。鋁合金電纜在耐高溫性能方面性能弱,鋁的熔融溫度為660℃,而銅可達(dá)1080℃,在高溫環(huán)境中使用的耐火電纜要求要在經(jīng)受750℃~1000℃作用下仍能維持通電的功能。

  另外,由于鋁的電導(dǎo)率低,為了獲得和銅電纜相當(dāng)?shù)膶?dǎo)電能力,需要將電纜截面提高到約銅電纜的1.6倍。然而,目前城市電纜的通道無(wú)論是地上還是地下都受限,有限的通道資源鋪設(shè)的電纜越來(lái)越多,越來(lái)越密,在此情況下如再用加大截面的鋁合金電纜,幾乎不可行,如強(qiáng)行使用會(huì)導(dǎo)致電纜間距越來(lái)越小,散熱能力下降,通道或電纜溝溫度越來(lái)越高,構(gòu)成極為嚴(yán)重的安全隱患。

  現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)很多由于電力基礎(chǔ)設(shè)施的質(zhì)量不過(guò)硬,會(huì)導(dǎo)致后期電網(wǎng)的運(yùn)行和維護(hù)成本急劇增加的情況。隨著中國(guó)人口老齡化的到來(lái),未來(lái)人力資本的成本將會(huì)上升,電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)維成本的問(wèn)題更加需要引起重視。當(dāng)下智能電網(wǎng)建設(shè)中,這個(gè)教訓(xùn)應(yīng)該吸取,避免不得不用銅電纜再替換鋁電纜。

  電纜作為智能電網(wǎng)的物理層基礎(chǔ),扮演的作用會(huì)越發(fā)重要,它的品質(zhì)是整個(gè)系統(tǒng)順利運(yùn)行的基本保障。在智能電網(wǎng)配電系統(tǒng)建設(shè)中,若只是出于投資成本的考慮而引入鋁合金電纜,無(wú)論如何都不是一個(gè)明智的選擇。提高系統(tǒng)的可靠性,應(yīng)該從最基礎(chǔ)的物理層做起。

  智能電網(wǎng)的一個(gè)目標(biāo)是通過(guò)交易機(jī)制設(shè)計(jì),提高電網(wǎng)的能效,增加其經(jīng)濟(jì)性,簡(jiǎn)單的說(shuō)就是“消峰填谷”,從而實(shí)現(xiàn)促進(jìn)電力經(jīng)濟(jì)性提高。這類經(jīng)濟(jì)性是以安全性和可靠為前提的。因?yàn)榘踩院涂煽啃圆贿^(guò)關(guān),對(duì)經(jīng)濟(jì)性的追求將失去基礎(chǔ)。

  在國(guó)際上我們也可以看到,在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),對(duì)電力安全可靠性和電能質(zhì)量要求高的國(guó)家,如日本,其配電系統(tǒng)很少使用鋁質(zhì)電纜;而經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后,對(duì)供電連續(xù)性和電能質(zhì)量要求低的國(guó)家,如印度,出于投資成本考慮才比較多的使用鋁制電纜。未來(lái)中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平還將快速提高,所以經(jīng)濟(jì)考量不應(yīng)該成為當(dāng)前電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的首要因素??傊?,基于更宏觀的考量可以發(fā)現(xiàn),除了初期的投資建設(shè)成本比較低,鋁合金電纜在電纜的整合生命周期中,在整個(gè)配電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行中,并不具備單獨(dú)的成本優(yōu)勢(shì)。如果再考慮到安全可靠以及電網(wǎng)本身產(chǎn)生的綜合社會(huì)效益,銅電纜無(wú)疑是最優(yōu)的選擇。

  智能電網(wǎng)的目標(biāo)應(yīng)該是安全,可靠,高效,低碳,經(jīng)濟(jì)。為了降低事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn),降低整個(gè)生命周期中的電纜成本,減少損耗,提高能效和供電質(zhì)量,在智能電網(wǎng)建設(shè)中應(yīng)該首選銅電纜而非鋁合金電纜。

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