智能电网的实现需要安全可靠的电缆

　　当今技术，经济及制度的发展为增进人类社会福祉做出了巨大的贡献，同时也带来了严重的问题，如气候变化，能源与环境问题等。为了应对气候变化，实现可持续发展，从全世界范围来看，当前能源结构必须尽快做出调整和改变。

　　以风电和太阳能为代表的可再生的低碳能源是未来能源发展的方向。对这类能源，一般都是先将其转化为二次能源-电力，然后再对其加以利用。预计，越来越多的能源接入电网，电力将会成为未来能源的主线。而电网作为连接电力生产和消费的中介，在其中扮演着极其重要的不可或缺的角色。

　　伴随着能源市场的自由化，能源交易主体的多样化，电网的结构和功能将日益趋于复杂。当下电网的发展正面临一个矛盾：一方面，随着可再生能源分布式发电的接入，网络拓扑结构的变化，电力系统的潮流变化越发复杂多变;另一方面，随着经济发展，人们对生活品质和生活体验会更加苛求，从而对电力系统连续安全可靠供电的要求越来越高。

　　为应对电力需求的复杂性，提高经济性，增进安全性，智能电网是电力系统的发展方向。智能电网的建设是解决上述问题的一个有效途径。它既是当前电力系统变革的要求，也是未来经济高效的组织形式所需的构架基础。

　　中国城市化进程在迅速发展中，城市用电结构发生了根本性变化，对电力提出了全新的挑战。现在城市用电的负荷特性和以前有很大的不同。未来风电、太阳能等新能源接入的比例增加，电动汽车以及分布式发电的发展，也会使得电网更加复杂。系统越复杂，安全事故的影响就越大，整个社会为其付出的成本就越大。理所当然，那时对系统韧性和抗事故能力的要求将会越高。可以通过改变系统的构建，如建设智能电网，来提高其可靠性。

　　在目前我国电力系统逐渐升级，向坚强化和智能化方向发展的大背景下，在城市配电网的发展建设中，却出现了一种所谓“以铝代铜”的口号。这是极其不可取的。其实质上是一种误导，需要被认清。通过分析会发现，若是大量铝合金电缆进入配电系统，不仅会为智能电网建设带来隐患，也会出现与智能电网建设目标相违背的结果。国务院发展研究中心资源与环境政策研究所发布的《我国铜铝资源在电力电缆市场应用战略规划研究》研究报告)，通过对铜铝铝合金导体、电缆的多方面的比较分析的出了不宜在电力传输领域“以铝代铜”的结论。具体一些数据见附表。

　　电网运行经验表明，电力电缆的故障80%发生在接头部位。在这一点上，铜具有铝及铝合金无可比拟的优越性，即使受到氧化，生成的氧化铜仍是优良导体，能够保证接头和端子的电连接性能;而铝合金电缆即使有良好的施工工艺保障，在接头或端子部位受到氧化后，生成的氧化铝是绝缘体，会导致接头或端子导电性劣化，从而加剧接头或端子发热从而使氧化更加严重。如此恶性循环，从而发生电缆系统故障。若考虑到未来，有可能有电动汽车以及新能源的接入时，电网末端负荷波动频繁，潮流幅度变化剧烈，使得接头端子处温度波动大，频繁出现热胀冷缩，不同材料端子接触的热稳定性问题可能还会凸现。

　　很多的电力事故都伴随有火灾发生。一般电力电缆发生火灾，起初表现为由于产生过量的焦耳热而导致温度异常升高。常见的起因有电缆的接头电阻增加，绝缘层老化，对地漏电或线间漏电等等。而电缆温度增加又会加剧产生温度的原因，形成正反馈，导致电缆在火灾面前相当脆弱。电缆火灾一旦发生，则火势凶猛，蔓延迅速，在燃烧时会发生大量的有害气体，造成扑救困难。不仅着火电缆回路受到影响，还将会影响到电缆沟内的其他电缆。电缆烧坏后，修复时间长，损失严重。

　　若电网的保护系统控制得不够好，或未能正常工作，还会导致事故的影响进一步扩大。电网中压系统电缆负荷高，出现故障时，影响范围更大。如果电网的结构和潮流分布设计的不够合理，同时事故又发生在电网的负荷高峰期，那么就极有可能会导致电网逐级解列，更有甚者还可能会引发区域性的大面积停电，形成重大电力事故，损失将难以估量。所以应该尽可能地预先采取措施来降低事故风险，做到防患于未然。

　　其他事故引起的火灾也对配电系统产生挑战。铜电缆的防灾、抗灾能力大大优于铝合金电缆。铝合金电缆在耐高温性能方面性能弱，铝的熔融温度为660℃，而铜可达1080℃，在高温环境中使用的耐火电缆要求要在经受750℃～1000℃作用下仍能维持通电的功能。

　　另外，由于铝的电导率低，为了获得和铜电缆相当的导电能力，需要将电缆截面提高到约铜电缆的1.6倍。然而，目前城市电缆的通道无论是地上还是地下都受限，有限的通道资源铺设的电缆越来越多，越来越密，在此情况下如再用加大截面的铝合金电缆，几乎不可行，如强行使用会导致电缆间距越来越小，散热能力下降，通道或电缆沟温度越来越高，构成极为严重的安全隐患。

　　现在已经出现很多由于电力基础设施的质量不过硬，会导致后期电网的运行和维护成本急剧增加的情况。随着中国人口老龄化的到来，未来人力资本的成本将会上升，电网系统运维成本的问题更加需要引起重视。当下智能电网建设中，这个教训应该吸取，避免不得不用铜电缆再替换铝电缆。

　　电缆作为智能电网的物理层基础，扮演的作用会越发重要，它的品质是整个系统顺利运行的基本保障。在智能电网配电系统建设中，若只是出于投资成本的考虑而引入铝合金电缆，无论如何都不是一个明智的选择。提高系统的可靠性，应该从最基础的物理层做起。

　　智能电网的一个目标是通过交易机制设计，提高电网的能效，增加其经济性，简单的说就是“消峰填谷”，从而实现促进电力经济性提高。这类经济性是以安全性和可靠为前提的。因为安全性和可靠性不过关，对经济性的追求将失去基础。

　　在国际上我们也可以看到，在经济发达，对电力安全可靠性和电能质量要求高的国家，如日本，其配电系统很少使用铝质电缆;而经济相对落后，对供电连续性和电能质量要求低的国家，如印度，出于投资成本考虑才比较多的使用铝制电缆。未来中国社会经济水平还将快速提高，所以经济考量不应该成为当前电力基础设施建设的首要因素。总之，基于更宏观的考量可以发现，除了初期的投资建设成本比较低，铝合金电缆在电缆的整合生命周期中，在整个配电网系统的运行中，并不具备单独的成本优势。如果再考虑到安全可靠以及电网本身产生的综合社会效益，铜电缆无疑是最优的选择。

　　智能电网的目标应该是安全，可靠，高效，低碳，经济。为了降低事故发生的风险，降低整个生命周期中的电缆成本，减少损耗，提高能效和供电质量，在智能电网建设中应该首选铜电缆而非铝合金电缆。