林建營

(福建永福工程顧問有限公司，福建 福州 350108)

1 概述

城市供電網(wǎng)絡(luò)的輸配形式有兩種選擇，即架空線路和電纜線路。電纜線路與架空線路相比具有以下優(yōu)點：占地少,不形蜘蛛網(wǎng)式密集的供電線路，不影響市容；對人身安全、環(huán)境相容性好；供電可靠；運行比較簡單方便，維護(hù)工作量少，運行費用低；電纜的電容比較大，有利于提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)。但電纜線路成本高、投資費用大。

本文將結(jié)合平潭綜合實驗區(qū)目前10 kV電網(wǎng)運行的外部環(huán)境條件和運維費用情況，并根據(jù)福建電網(wǎng)典型造價方案，采用全壽命周期成本分析方法，對比分析10 kV電網(wǎng)架空線路與電纜線路年費用，推薦符合平潭綜合實驗區(qū)電網(wǎng)可靠運行且年費用最小的架設(shè)方式。

2 電網(wǎng)運行外部環(huán)境條件

平潭綜合實驗區(qū)位于福建沿海，氣候?qū)倌蟻啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，降水充沛，海洋性氣候特點明顯，常年受海洋季風(fēng)影響。根據(jù)國家電網(wǎng)公司電網(wǎng)風(fēng)區(qū)、冰區(qū)分布圖(2013年版)和福建省電網(wǎng)雷電密度分布圖集，平潭地區(qū)年雷暴日數(shù)為40 d，線路設(shè)計基本風(fēng)速一般取37 m/s、39 m/s、41 m/s，無覆冰。

根據(jù)《福建省電力系統(tǒng)污區(qū)分布圖(2013年版)》，平潭地區(qū)污穢等級為e級，單位爬電距離為32 mm/kV，海洋風(fēng)帶來的鹽霧對電網(wǎng)設(shè)備的影響主要為以下幾點：①腐蝕導(dǎo)線造成斷線；②造成絕緣子污閃；③腐蝕設(shè)備金屬構(gòu)件等。

平潭大部分面積所在地屬于海陸交互平原地貌，地下腐蝕以場地土腐蝕和地下水腐蝕為主，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)存在中～強腐蝕性。

3 電網(wǎng)架設(shè)方式框選

目前城市10 kV電網(wǎng)架空線路主要采用水泥桿、鋼管桿和窄基塔等架設(shè)方式；電纜線路主要采用銅芯電纜和鋁芯電纜敷設(shè)方式。根據(jù)福建電網(wǎng)典型造價方案，在相同條件下鋼管桿架設(shè)方式和窄基塔架設(shè)方式的單位投資約為水泥桿架設(shè)方式的3～4倍；不含土建部分投資時銅芯電纜線路的單位投資約為水泥桿架設(shè)方式的3倍，鋁芯電纜線路的單位投資約為水泥桿架設(shè)方式的2倍；考慮土建部分投資時銅芯電纜線路的單位投資約為水泥桿架設(shè)方式的4.5～5.5倍，鋁芯電纜線路的單位投資約為水泥桿架設(shè)方式的3.5～4.5倍。

考慮到在城市建設(shè)中規(guī)劃用電的管理比較完善，地下電纜土建部分在城市規(guī)劃時已預(yù)先設(shè)置，因此在比較架空線路和電纜線路時，由于鋼管桿架設(shè)方式和窄基塔架設(shè)方式不僅一次性投資高，而且供電可靠性差、運維費用高，因此，本文重點對水泥桿架空線路與銅芯電纜線路和鋁芯電纜線路進(jìn)行年費用比較，并推薦符合平潭綜合實驗區(qū)電網(wǎng)可靠運行且年費用最小的架設(shè)方式。

4 銅心電纜與鋁心電纜材質(zhì)比較

在線纜行業(yè)中，電纜的材料有很多，其中常見的是鋁材料和銅材料，即鋁芯電纜和銅芯電纜。鋁芯電纜指裹在電纜絕緣層之內(nèi)的導(dǎo)體是由鋁組成的，銅芯電纜的導(dǎo)體則是銅。

鋁芯電纜與銅芯電纜比較具有電纜輕、價格便宜的優(yōu)點；銅芯電纜與鋁芯電纜比較具有強度高、抗疲勞、延展性好、施工方便、電阻率低、載流量大、能耗低、發(fā)熱溫度低、電壓損失低、抗氧化、耐腐蝕等優(yōu)點。

盡管鋁芯電纜比較便宜，但是相對鋁芯電纜而言，地下使用銅芯電纜供電具有可靠性較高、事故率較低等優(yōu)點。這也是國內(nèi)目前在地下電纜供電中主要采用銅電纜的原因所在。

近年來，鋁芯電纜的價格優(yōu)勢日趨明顯，而今后平潭島電纜的敷設(shè)條件也從直埋、穿管為主轉(zhuǎn)化為較多采用電纜溝、甚至電纜隧道敷設(shè)；通過適當(dāng)增大鋁芯電纜截面，鋁芯電纜載流量、損耗、電壓降等都可以達(dá)到與銅芯電纜接近的水平，同時通過加強施工現(xiàn)場管理，可有效提高鋁芯電纜連接性能，提高鋁芯電纜抗氧化、耐腐蝕、穩(wěn)定性。因此平潭10 kV配網(wǎng)線路優(yōu)先采用架空線路還是電纜敷設(shè)、采用鋁芯電纜還是銅芯電纜，需要通過全壽命周期經(jīng)濟(jì)比較來研究確定。

5 年費用最小法計算公式

資金等值公式

資金回收系數(shù)(已知現(xiàn)值求年金)：

現(xiàn)值系數(shù)(已知終值求現(xiàn)值)：

式中：A為年金；P為現(xiàn)值；F為終值；i為電力工程投資的回收率(按8%利率計)；n為計算周期(取10年、15年、20年、30年)。根據(jù)資金等值公式，計算10年、15年、20年和30年的資金回收系數(shù)分別為0.14903、0.11683、0.10185和 0.08883。

6 已建10 kV架空線路運維費用

根據(jù)平潭公司提供的數(shù)據(jù)，整理得知10 kV東沃Ⅰ回611線路、10 kV東沃Ⅱ回622線路、10 kV蘇澳線、10 kV流水I回、10 kV芬尾I回等5回架空線路(含支線線路)總長為152.489 km，2004年～2014年技改大修搶修費用1504.3988萬元，2011年～2013年因故障停電次數(shù)214次，2011年～2013年因故障停電損失電量112.532萬kWh，折合損失電費63.7269萬元。

根據(jù)平潭地區(qū)已建10 kV架空電力線路在統(tǒng)計年內(nèi)技改大修搶修費用和因故障停電損失費用，并按照每年遞增15%考慮，推算出10 kV架空電力線路投產(chǎn)后在計算周期內(nèi)技改大修搶修費用和故障停電損失費用按資金等值折算到建設(shè)期初年費用見表1。

表1 10 kV架空電力線路在不同計算周期內(nèi)運維年費用比較

銅芯電纜線路的運維費用取架空線路的10%，鋁芯電纜線路的運維費用取架空線路的20%。

7 新建10 kV架空線路與電纜線路投資比較

線路長度5 km，為使輸送容量一致，架空線路導(dǎo)線截面取240 mm2，銅芯電纜截面取300 mm2，鋁芯電纜截面500 mm2，電纜線路不含土建部分建設(shè)費用。新建10 kV架空線路與電纜線路投資如下表2。

表2 新建10kV線路投資比較

8 新建10kV架空線路與電纜線路年費用比較

計算周期內(nèi)，新建10 kV架空線路與電纜線路一次性總投資、技改大修搶修費用、故障停電損失費用累計折算到計算周期內(nèi)的年費用見表3。

表3 新建10 kV線路在不同計算周期內(nèi)年費用比較

根據(jù)表3，架空線路水泥桿架設(shè)方式10年、15年和20年計算周期內(nèi)年費用均低于電纜線路年費用，而30年計算周期內(nèi)年費用比鋁芯電纜線路高。

9 架空線路15年末重建時與電纜線路年費用比較

平潭海島四面環(huán)海，氣候潮濕且臺風(fēng)頻發(fā)，10 kV架空線路長期受到海洋性氣候高腐蝕性影響，設(shè)備運行壽命嚴(yán)重縮短，年均技改大修搶修費用、年均因故障停電次數(shù)及停電損失將逐年增加。

10 kV東沃Ⅰ回611線路和10 kV流水I回均始建于1990年，位于鹽霧重腐蝕區(qū)域和東部風(fēng)口，線路走向與常年風(fēng)向垂直增強了風(fēng)切效應(yīng)對線路的腐蝕作用，線路運行期間極易出現(xiàn)污閃跳閘和腐蝕斷線問題，2000年“飛燕”臺風(fēng)期間發(fā)生全線倒桿斷線，利用農(nóng)網(wǎng)資金重新建成投運，運行周期10年。

同時根據(jù)上述5回10 kV架空線路(含支線)在統(tǒng)計年內(nèi)技改大修搶修費用、因故障停電損失費用情況，線路在投產(chǎn)后第四個5年內(nèi)的運維費用將達(dá)到重建的投資。因此下面就對10 kV架空線路第15年末重建時與電纜線路進(jìn)行年費用比較分析。

9.1 投資比較

10 kV架空線路第15年末重建時，考慮建設(shè)環(huán)境日益困難、物價上漲指數(shù)等因素，架空線路與電纜費用投資情況見表4。

表4 10 kV架空線路第15年末重建時10kV線路投資比較

表4架空線路投資未考慮拆舊費用，建設(shè)規(guī)模與表2一致。

9.2 運維費用比較

表5 10 kV架空線路第15年末重建時架空線路在不同計算周期內(nèi)的年運維費用比較

銅芯電纜線路的運維費用取架空線路的10%，鋁芯電纜線路的運維費用取架空線路的20%。

9.3 年費用比較

表6 10 kV架空線路第15年末重建時10 kV線路在不同計算周期內(nèi)的年費用比較

根據(jù)表6，架空線路水泥桿架設(shè)方式在計算周期內(nèi)的年費用均低于銅芯電纜線路年費用，但均高于鋁芯電纜線路年費用。

10 結(jié)語

根據(jù)以上對10 kV架空線路與電纜線路的技術(shù)和年費用比較，在不考慮電纜土建部分費用同時不考慮10 kV架空線路在投產(chǎn)后第15年末重建時，水泥桿架空線路在20年的計算周期內(nèi)年費用比鋁芯電纜線路約低25%；在不考慮電纜土建部分費用同時考慮10 kV架空線路在投產(chǎn)后第15年末重建時，水泥桿架空線路在計算周期內(nèi)年費用比鋁芯電纜線路約高5%～15%。

根據(jù)《福州平潭綜合實驗區(qū)2015年～2020年配電網(wǎng)滾動規(guī)劃報告》和江蘇電網(wǎng)、浙江電網(wǎng)、湖北電網(wǎng)等中低電網(wǎng)鋁芯電纜的運行經(jīng)驗，并對比銅芯電纜和鋁芯電纜的優(yōu)缺點，通過適當(dāng)增大鋁芯電纜截面、規(guī)范鋁芯電纜的壓接套和壓接工藝、強化現(xiàn)場施工管理等措施，鋁芯電纜的性能可以達(dá)到與銅芯電纜接近的水平。

考慮平潭綜合實驗區(qū)架空線路的運行環(huán)境及平潭區(qū)域的重要性，因故障頻繁停電影響面廣，在當(dāng)?shù)卣袚?dān)電纜工程土建費用的前提下，建議平潭綜合實驗區(qū)10 kV主干網(wǎng)采用銅芯電纜敷設(shè)，10 kV支線采用鋁芯電纜敷設(shè),以提高電網(wǎng)供電的可靠性。

[1]李秋玲．城市供電網(wǎng)絡(luò)高壓電纜線路與架空線路的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較[J]．華北石油設(shè)計，2004,77(3)．

[2]廈門多齊電線電纜有限公司[EB/OL]．(2011-10-17)[2014-07-07]銅芯電纜與鋁芯電纜優(yōu)劣分析比較．http://www.duoqi.net.cn/jishu/jishushow231.html,2011-10-18．

[3]芮光魚．項目決策分析與評價[M]．北京：中國計劃出版社，2011．

[4]劉康，印永福．城市電網(wǎng)架空線路與地下電纜的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[EB/OL]．(2014-02-02)[2014-07-07]．http://www.docin.com/p-767751970.html,2014-02-20．