黃鵬程，王 瑛，張 悅

（1.上海電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200025；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

0 引言

近年來，隨著國家可再生能源扶持政策的不斷推出、人們生態(tài)環(huán)保意識的逐漸提高[1]，全國各地積極開展光伏等新能源發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)工程。自2003年以來，我國光伏產(chǎn)業(yè)年增長速度超過30%[2]，光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶動了與之相關(guān)的產(chǎn)業(yè)及產(chǎn)品的飛速發(fā)展，光伏專用電纜就是其一。

光伏專用電纜又稱為匯流小線，主要用于傳輸光伏電池板所產(chǎn)生的直流電能，憑借其優(yōu)越的全天候能力和耐磨損能力，成為光伏行業(yè)的專用電纜，同時(shí)也是光伏工程金字塔結(jié)構(gòu)中處于最基層的電能量傳輸媒介。

在一般的集中式地面光伏工程中，光伏專用電纜常用于連接光伏電池組件與直流匯流箱，在應(yīng)用與施工方面有以下特點(diǎn)。

a）光伏電站組件布置面積大，直流側(cè)匯流級數(shù)多[3]，導(dǎo)致線纜用電較大。

b）電纜單價(jià)便宜，例如PV1-F-1×4型光伏專用直流電纜采購及施工價(jià)格共計(jì)6.5元/m[4]。

c）由于地形不同，造成不同匯流箱區(qū)域內(nèi)，光伏專用電纜走向差異較大，增加了設(shè)計(jì)方與施工方的工作量。

d）與升壓站（開關(guān)站）相比，光伏場區(qū)內(nèi)光伏專用電纜敷設(shè)的施工難度低，工程量大，施工單位不正規(guī)，配備的施工人員整體素質(zhì)較低，存在野蠻施工、電纜浪費(fèi)等現(xiàn)象。

e）光伏場區(qū)負(fù)責(zé)電纜敷設(shè)的施工人數(shù)眾多，一定程度上加大了施工管理的難度。

1 光伏專用電纜的選擇

1.1 電纜的應(yīng)用及選型原則

在地面光伏單項(xiàng)工程中，太陽能電池組件與組件之間，由電池組件背面自帶的長約1 m的線纜通過公母插頭實(shí)現(xiàn)連接。一組電池組件串聯(lián)之后（以245 Wp電池組件為例，22塊電池組件組成1串），該串兩端+、-極，需分別引出1路單芯電纜至匯流箱，該段引出電纜一般均采用光伏專用電纜。光伏系統(tǒng)中專用電纜的選擇需考慮如下因素[5]，包括電纜的絕緣性能、電纜的耐熱阻燃性能、電纜的防潮，防光(抗輻射)性能、電纜的敷設(shè)方式、電纜導(dǎo)體的材料(銅芯，鋁芯)、電纜截面的規(guī)格。

1.2 電纜型號

與YJV-0.6/1kV 1×4 mm2電纜（銅導(dǎo)體，交聯(lián)聚乙烯絕緣，聚氯乙烯護(hù)套）相比，PV1-F1×4 mm2型光伏專用電纜，其導(dǎo)體材料為鍍錫銅絞線，絕緣層為低煙無鹵聚烯烴，護(hù)套材質(zhì)為低煙無鹵聚烯烴。由于光伏電站均建在室外，日照時(shí)間長、環(huán)境溫度高、水分遷移現(xiàn)象嚴(yán)重[6]，光伏專用電纜一般使用雙層絕緣外皮，具有優(yōu)越的防紫外線、水、臭氧、酸、鹽的侵蝕能力，優(yōu)越的全天候能力和耐磨損能力。依據(jù)光伏組件功率大小的不同，光伏專用電纜有截面積為2.5 mm2、4.0 mm2、6.0 mm2、10.0 mm2、16.0 mm2等幾種規(guī)格。

PV1-F型光伏專用電纜參數(shù)規(guī)格要求可參見德國萊茵檢測認(rèn)證機(jī)構(gòu)TUV發(fā)布的2 Pfg 1169/08.2007 Requirements for Cables for Use in Photovoltaic Systems。供應(yīng)廠商提供的PV1-F型光伏專用電纜參數(shù)規(guī)格見表1。

1.3 電纜顏色

實(shí)際工程應(yīng)用中，供應(yīng)商提供的光伏專用電纜外皮顏色默認(rèn)為黑色。本文推薦今后的地面光伏項(xiàng)目中采購紅色、藍(lán)色的光伏專用電纜，具體定義為紅正藍(lán)負(fù)，以區(qū)別極性。傳統(tǒng)的光伏項(xiàng)目中，施工單位會在黑色光伏專用電纜上安裝標(biāo)示用套管，如果在此基礎(chǔ)上，采用紅藍(lán)電纜，將能有效地減小光伏組件錯(cuò)接線的概率。

2 光伏專用電纜敷設(shè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 光伏組件的布置

光伏組件不同的布置對光伏專用電纜的數(shù)量有一定的影響，優(yōu)秀的布置形式不僅節(jié)省光伏板、匯流箱占光伏場內(nèi)的面積，同時(shí)可以大大縮減光伏專用電纜的用量。圖1、圖2以某工程1個(gè)匯流箱區(qū)域內(nèi)為例，設(shè)計(jì)了2種不同的光伏組件布置方案。

圖1、圖2中，匯流箱均為16進(jìn)1出匯流箱，串光伏組件組成1個(gè)光伏單列。布置方案二的優(yōu)勢在于大部分電纜段沿著光伏組件支架檁條敷設(shè)，一定程度上減少了直埋管材的使用，但是實(shí)際工程中往往要綜合考慮征地范圍、地形條件等限制因素，所以采取布置方案一的情況并不少見。

表1 光伏專用電纜參數(shù)規(guī)格表

圖1 光伏組件布置方案一

2.2 光伏專用電纜敷設(shè)方式

光伏專用電纜的敷設(shè)，應(yīng)根據(jù)具體工程現(xiàn)場實(shí)際情況，綜合采用地下直埋敷設(shè)、沿光伏組件支架每臺匯流箱連接16串光伏組件，每串光伏組件由22塊245 Wp多晶硅太陽能電池板串聯(lián)而成，每2檁條敷設(shè)、架空穿管敷設(shè)、架空穿電纜槽盒敷設(shè)等方式。

圖2 光伏組件布置方案二

2.2.1 電纜埋管

假定每串光伏組件與匯流箱之間采用2根PV1-F 1×4 mm2型光伏專用電纜連接。該電纜全線穿管保護(hù)，建議優(yōu)先考慮沿光伏組件支架U型檁條敷設(shè)，其次考慮電纜入地段穿PVC管敷設(shè)。

如圖3所示，PVC埋管為南北走向的光伏專用電纜提供通道（圖中埋管考慮采用內(nèi)徑50 mm的PVC管）。

圖3 入地段電纜埋管敷設(shè)路徑

2.2.2 電纜穿管

對于上述電纜埋管，需要光伏專用電纜從組件支架檁條（標(biāo)高約+1.5m）敷設(shè)至地下（約-0.7 m），無形之中會增加電纜的用量。為優(yōu)化電纜走向、節(jié)約電纜用量，跨越東西方向兩個(gè)光伏組件單列之間的間隙的光伏專用電纜，無需考慮入地，直接穿保護(hù)管架空敷設(shè)，如圖4所示。

圖4 電纜穿管架空敷設(shè)路徑

圖4中，架空穿管的方案，可以采用電纜槽盒、PVC管，或U型導(dǎo)槽。用電纜槽盒作為架空穿管的方案見圖5。

圖5 光伏專用電纜沿槽盒敷設(shè)斷面圖，mm

2.3 電纜長度的統(tǒng)計(jì)

以1個(gè)匯流箱區(qū)域內(nèi)光伏專用電纜長度統(tǒng)計(jì)為例。1個(gè)16進(jìn)1出匯流箱需接入32根PV1-F 1×4 mm2光伏專用電纜。

考慮到電纜長度統(tǒng)計(jì)的便利性、以及考慮足夠的余量，故統(tǒng)計(jì)長度前可以做適當(dāng)?shù)暮喕⒔铺幚怼?/p>

a）匯流箱安裝位置處的兩串光伏組件引出的2根光伏專用電纜的長度忽略不計(jì)。

b）剩余30根電纜，每根電纜考慮引入地下1次，引出地上1次。

c）每次引入地下，或引出地上，考慮垂直距離3 m。

在此原則下，光伏專用電纜長度統(tǒng)計(jì)的工作量將變得簡便。經(jīng)計(jì)算，圖1中匯流箱區(qū)域內(nèi)32根光伏專用電纜總長約950 m，若10 MW地面光伏場地內(nèi)的120個(gè)匯流箱，每個(gè)匯流箱區(qū)域均同圖1一樣布置，那么10 MW地面光伏項(xiàng)目需光伏專用電纜114 km，乘以施工損耗系數(shù)1.05倍[7]等于119.7 km。

3 光伏專用電纜設(shè)計(jì)和施工中存在的問題

光伏專用電纜是光伏發(fā)電項(xiàng)目中的一大“盲點(diǎn)”。無論是設(shè)計(jì)方還是施工方都缺乏對光伏專用電纜的重視。下面就存在問題進(jìn)行論述。

a）電纜走向方案不明確：由于單項(xiàng)工程中光伏專用電纜用量巨大，電纜敷設(shè)圖紙只是示意電纜走向，施工單位即使依據(jù)該圖紙敷設(shè)，由于現(xiàn)場地理情況約束，也可能會引起電纜部分走向有較大的偏差。

b）施工人員資質(zhì)：由于光伏場區(qū)施工工程量大、技術(shù)含量不高，故項(xiàng)目單位在選擇施工單位及施工隊(duì)伍時(shí)要求不高，往往有很多未經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)或缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的施工人員混雜其中，導(dǎo)致施工對圖紙的理解部分有偏差，甚至存在不按圖施工、施工浪費(fèi)的現(xiàn)象。

c）野蠻施工：為加強(qiáng)供電可靠性，光伏專用電纜通常設(shè)計(jì)為全線穿PVC敷設(shè)，過路段穿鋼管敷設(shè)，但是在施工現(xiàn)場，為加快施工進(jìn)度、加大施工便利性，施工單位可能采取全線直埋敷設(shè)的方式，僅在電纜引上處穿PVC管保護(hù)。電纜直埋段，即使施工單位采取穿PVC管保護(hù)的措施，也不一定會在兩段PVC管之間用中間連接管固定，為光伏發(fā)電可靠性留下隱患。

d）施工浪費(fèi)：光伏專用電纜基數(shù)龐大（一個(gè)30MW地面光伏工程，光伏專用電纜用量約為11 520根），如果每根電纜都有一定的誤差，則一個(gè)光伏電站光伏專用電纜實(shí)際用量必定與設(shè)計(jì)用量有較大的出入。以30 MW光伏發(fā)電項(xiàng)目為例，一般設(shè)計(jì)圖紙中只給出光伏專用電纜的總量，并未具體深化每根電纜的用量、走向和接線方式，而現(xiàn)場實(shí)際施工時(shí)，電纜敷設(shè)人員切割電纜時(shí)，預(yù)留了較大長度的電纜余量。若按每根電纜多施放了5 m考慮，30 MW光伏項(xiàng)目共計(jì)11 520根電纜，將造成50 km光伏專用電纜的浪費(fèi)。施工現(xiàn)場經(jīng)常產(chǎn)生如下一些光伏電站施工通?。豪?，一根內(nèi)徑50 mm的PVC管內(nèi)合穿16根光伏專用電纜，導(dǎo)致16根電纜的包絡(luò)外徑的1.5倍大于PVC管內(nèi)徑、或16根電纜總截面超過PVC管截面的60%，違反了施工安裝規(guī)范；PVC管引入地處，PVC管未安裝在光伏組件的正下方，往后幾年長期的暴曬、雨淋可能會影響PVC管、以及光伏專用電纜的使用壽命。

e）電纜質(zhì)量：例如供應(yīng)商的光伏專用電纜可能存在短尺（電纜外皮標(biāo)稱長度為1 m的電纜實(shí)測長度為0.94 m）的現(xiàn)象，致使實(shí)際到貨的電纜數(shù)量短缺。

4 小結(jié)

本文針對光伏專用電纜的選型、敷設(shè)方式進(jìn)行優(yōu)化，簡述目前工程實(shí)際中設(shè)計(jì)、施工過程中存在的問題，為今后光伏專用電纜工程設(shè)計(jì)及施工提供借鑒。光伏專用電纜的敷設(shè)，應(yīng)根據(jù)具體工程現(xiàn)場實(shí)際情況，綜合各類敷設(shè)方式，以達(dá)到耗材最省，工程量最少的目的。設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮現(xiàn)場的實(shí)際情況，施工單位要加強(qiáng)施工管理。

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[7] 中國電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院.GB 50217—2007 電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2007：18.