平潭综合实验区10 kV电网架设方式选择

林建营

(福建永福工程顾问有限公司，福建 福州 350108)

1 概述

城市供电网络的输配形式有两种选择，即架空线路和电缆线路。电缆线路与架空线路相比具有以下优点：占地少,不形蜘蛛网式密集的供电线路，不影响市容；对人身安全、环境相容性好；供电可靠；运行比较简单方便，维护工作量少，运行费用低；电缆的电容比较大，有利于提高电力系统的功率因数。但电缆线路成本高、投资费用大。

本文将结合平潭综合实验区目前10 kV电网运行的外部环境条件和运维费用情况，并根据福建电网典型造价方案，采用全寿命周期成本分析方法，对比分析10 kV电网架空线路与电缆线路年费用，推荐符合平潭综合实验区电网可靠运行且年费用最小的架设方式。

2 电网运行外部环境条件

平潭综合实验区位于福建沿海，气候属南亚热带季风气候，降水充沛，海洋性气候特点明显，常年受海洋季风影响。根据国家电网公司电网风区、冰区分布图(2013年版)和福建省电网雷电密度分布图集，平潭地区年雷暴日数为40 d，线路设计基本风速一般取37 m/s、39 m/s、41 m/s，无覆冰。

根据《福建省电力系统污区分布图(2013年版)》，平潭地区污秽等级为e级，单位爬电距离为32 mm/kV，海洋风带来的盐雾对电网设备的影响主要为以下几点：①腐蚀导线造成断线；②造成绝缘子污闪；③腐蚀设备金属构件等。

平潭大部分面积所在地属于海陆交互平原地貌，地下腐蚀以场地土腐蚀和地下水腐蚀为主，对钢筋混凝土结构、钢筋混凝土结构中的钢筋及钢结构存在中～强腐蚀性。

3 电网架设方式框选

目前城市10 kV电网架空线路主要采用水泥杆、钢管杆和窄基塔等架设方式；电缆线路主要采用铜芯电缆和铝芯电缆敷设方式。根据福建电网典型造价方案，在相同条件下钢管杆架设方式和窄基塔架设方式的单位投资约为水泥杆架设方式的3～4倍；不含土建部分投资时铜芯电缆线路的单位投资约为水泥杆架设方式的3倍，铝芯电缆线路的单位投资约为水泥杆架设方式的2倍；考虑土建部分投资时铜芯电缆线路的单位投资约为水泥杆架设方式的4.5～5.5倍，铝芯电缆线路的单位投资约为水泥杆架设方式的3.5～4.5倍。

考虑到在城市建设中规划用电的管理比较完善，地下电缆土建部分在城市规划时已预先设置，因此在比较架空线路和电缆线路时，由于钢管杆架设方式和窄基塔架设方式不仅一次性投资高，而且供电可靠性差、运维费用高，因此，本文重点对水泥杆架空线路与铜芯电缆线路和铝芯电缆线路进行年费用比较，并推荐符合平潭综合实验区电网可靠运行且年费用最小的架设方式。

4 铜心电缆与铝心电缆材质比较

在线缆行业中，电缆的材料有很多，其中常见的是铝材料和铜材料，即铝芯电缆和铜芯电缆。铝芯电缆指裹在电缆绝缘层之内的导体是由铝组成的，铜芯电缆的导体则是铜。

铝芯电缆与铜芯电缆比较具有电缆轻、价格便宜的优点；铜芯电缆与铝芯电缆比较具有强度高、抗疲劳、延展性好、施工方便、电阻率低、载流量大、能耗低、发热温度低、电压损失低、抗氧化、耐腐蚀等优点。

尽管铝芯电缆比较便宜，但是相对铝芯电缆而言，地下使用铜芯电缆供电具有可靠性较高、事故率较低等优点。这也是国内目前在地下电缆供电中主要采用铜电缆的原因所在。

近年来，铝芯电缆的价格优势日趋明显，而今后平潭岛电缆的敷设条件也从直埋、穿管为主转化为较多采用电缆沟、甚至电缆隧道敷设；通过适当增大铝芯电缆截面，铝芯电缆载流量、损耗、电压降等都可以达到与铜芯电缆接近的水平，同时通过加强施工现场管理，可有效提高铝芯电缆连接性能，提高铝芯电缆抗氧化、耐腐蚀、稳定性。因此平潭10 kV配网线路优先采用架空线路还是电缆敷设、采用铝芯电缆还是铜芯电缆，需要通过全寿命周期经济比较来研究确定。

5 年费用最小法计算公式

资金等值公式

资金回收系数(已知现值求年金)：

现值系数(已知终值求现值)：

式中：A为年金；P为现值；F为终值；i为电力工程投资的回收率(按8%利率计)；n为计算周期(取10年、15年、20年、30年)。根据资金等值公式，计算10年、15年、20年和30年的资金回收系数分别为0.14903、0.11683、0.10185和 0.08883。

6 已建10 kV架空线路运维费用

根据平潭公司提供的数据，整理得知10 kV东沃Ⅰ回611线路、10 kV东沃Ⅱ回622线路、10 kV苏澳线、10 kV流水I回、10 kV芬尾I回等5回架空线路(含支线线路)总长为152.489 km，2004年～2014年技改大修抢修费用1504.3988万元，2011年～2013年因故障停电次数214次，2011年～2013年因故障停电损失电量112.532万kWh，折合损失电费63.7269万元。

根据平潭地区已建10 kV架空电力线路在统计年内技改大修抢修费用和因故障停电损失费用，并按照每年递增15%考虑，推算出10 kV架空电力线路投产后在计算周期内技改大修抢修费用和故障停电损失费用按资金等值折算到建设期初年费用见表1。

表1 10 kV架空电力线路在不同计算周期内运维年费用比较

铜芯电缆线路的运维费用取架空线路的10%，铝芯电缆线路的运维费用取架空线路的20%。

7 新建10 kV架空线路与电缆线路投资比较

线路长度5 km，为使输送容量一致，架空线路导线截面取240 mm2，铜芯电缆截面取300 mm2，铝芯电缆截面500 mm2，电缆线路不含土建部分建设费用。新建10 kV架空线路与电缆线路投资如下表2。

表2 新建10kV线路投资比较

8 新建10kV架空线路与电缆线路年费用比较

计算周期内，新建10 kV架空线路与电缆线路一次性总投资、技改大修抢修费用、故障停电损失费用累计折算到计算周期内的年费用见表3。

表3 新建10 kV线路在不同计算周期内年费用比较

根据表3，架空线路水泥杆架设方式10年、15年和20年计算周期内年费用均低于电缆线路年费用，而30年计算周期内年费用比铝芯电缆线路高。

9 架空线路15年末重建时与电缆线路年费用比较

平潭海岛四面环海，气候潮湿且台风频发，10 kV架空线路长期受到海洋性气候高腐蚀性影响，设备运行寿命严重缩短，年均技改大修抢修费用、年均因故障停电次数及停电损失将逐年增加。

10 kV东沃Ⅰ回611线路和10 kV流水I回均始建于1990年，位于盐雾重腐蚀区域和东部风口，线路走向与常年风向垂直增强了风切效应对线路的腐蚀作用，线路运行期间极易出现污闪跳闸和腐蚀断线问题，2000年“飞燕”台风期间发生全线倒杆断线，利用农网资金重新建成投运，运行周期10年。

同时根据上述5回10 kV架空线路(含支线)在统计年内技改大修抢修费用、因故障停电损失费用情况，线路在投产后第四个5年内的运维费用将达到重建的投资。因此下面就对10 kV架空线路第15年末重建时与电缆线路进行年费用比较分析。

9.1 投资比较

10 kV架空线路第15年末重建时，考虑建设环境日益困难、物价上涨指数等因素，架空线路与电缆费用投资情况见表4。

表4 10 kV架空线路第15年末重建时10kV线路投资比较

表4架空线路投资未考虑拆旧费用，建设规模与表2一致。

9.2 运维费用比较

表5 10 kV架空线路第15年末重建时架空线路在不同计算周期内的年运维费用比较

铜芯电缆线路的运维费用取架空线路的10%，铝芯电缆线路的运维费用取架空线路的20%。

9.3 年费用比较

表6 10 kV架空线路第15年末重建时10 kV线路在不同计算周期内的年费用比较

根据表6，架空线路水泥杆架设方式在计算周期内的年费用均低于铜芯电缆线路年费用，但均高于铝芯电缆线路年费用。

10 结语

根据以上对10 kV架空线路与电缆线路的技术和年费用比较，在不考虑电缆土建部分费用同时不考虑10 kV架空线路在投产后第15年末重建时，水泥杆架空线路在20年的计算周期内年费用比铝芯电缆线路约低25%；在不考虑电缆土建部分费用同时考虑10 kV架空线路在投产后第15年末重建时，水泥杆架空线路在计算周期内年费用比铝芯电缆线路约高5%～15%。

根据《福州平潭综合实验区2015年～2020年配电网滚动规划报告》和江苏电网、浙江电网、湖北电网等中低电网铝芯电缆的运行经验，并对比铜芯电缆和铝芯电缆的优缺点，通过适当增大铝芯电缆截面、规范铝芯电缆的压接套和压接工艺、强化现场施工管理等措施，铝芯电缆的性能可以达到与铜芯电缆接近的水平。

考虑平潭综合实验区架空线路的运行环境及平潭区域的重要性，因故障频繁停电影响面广，在当地政府承担电缆工程土建费用的前提下，建议平潭综合实验区10 kV主干网采用铜芯电缆敷设，10 kV支线采用铝芯电缆敷设,以提高电网供电的可靠性。

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