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摘要：铝合金电缆的性能正在逐步提高和完善。考虑到铝合金电缆本身弱点和劣势，风电场在选择铝合金电缆时可根据自身情况，尽量在设计早期多做实验，以合理利用铝合金电缆，避免安全问题，降低成本。另外，国家相关部门和行业协会也应出台一些有关铝合金电缆生产制造的标准，以提高铝合金电缆的性能，推动铝合金电缆的应用普及。鉴于此，本文主要分析铝合金电缆在风电场中的应用。
关键词：铝合金电缆；风电场；应用
1、引言
近年来我国的风力发电事业得到了飞速发展，风电总装机量和年度新增装机量均居世界前列，但由于风电场环境条件较恶劣，场内集电线路的电缆终端、电缆本体等易出现故障，因此不断采用技术先进和性能可靠的新材料、新工艺来提高集电线路运行质量对风电场的安全稳定运行是十分必要的。电力电缆是风电场集电线路的重要组成部分，通常情况下，风电场电缆导体的选择有铝芯和铜芯两种。铝芯电缆与铜芯电缆各有不足，铝芯电缆的缺点是柔韧性差，反复折弯易断裂；稳定性较差，易受腐蚀和氧化；电阻率高，比同截面铜芯能耗高，损耗大；延展性差，不便于安装等。铜芯电缆的缺点是价格高；重量较重；施工及运输成本高。
2、铝合金电缆的优点
2.1、高强机械性，灵活稳定
扩大电缆铺设的面积，克服地形的限制，保证工程作业安全与维修方便，是我国电缆铺设施工的规定，拥有良好机械性能的铝合金很好地适应了这些要求。首先，铝合金的伸长率比较高，不管是对于拉扯的承受程度还是延展长度都优于铝制电缆本身。其次，铝合金对于扭转的忍耐度较高，这一特性降低了安装电缆对电工技能的要求，提高了装备效率，也从一定程度上规避了由于易折易裂导致的安全隐患。同时，因为铝合金电缆的安装可弯曲半径的下限比铝或铜更低，延伸了电缆安装的施工空间，减少了时间与经济成本。此外，铝合金是一种无记忆的金属材料，回弹角度上限较低，保证了安装与连接时的精准与稳定。
2.2、寿命长，安全性能高
耐腐蚀是铝合金的招牌之一。与铁的氧化物结构松散，容易脱落破坏物质本身质地；铜的氧化物含有有害物质不同，铝在大气中与氧接触，会在其表面形成一层紧密的隔离膜，保护铝的原有成分不被侵扰。其次，虽然铝的电极电位与铜、铅、铁等相比负值较大，但由于其表层的氧化膜外衣的存在，即使在水或其他电解质环境下，也可确保不被轻易腐蚀。此外，安全性能高也是铝合金电缆打败铜芯电缆等成为电缆界一番的关键。由于电子流动的过程中会使得电缆温度升高，电缆制作需要使用绝缘性能较高的材料。交联聚乙烯能抗热，散热快，易阻燃，是延长绝缘寿命的绝佳选择。再者，铝合金电缆中铁、稀土等元素的加盟，有效缓解了大多数金属在高温或低温等条件下易永久变形发生蠕变的问题，确保电缆的顺畅运行与平稳连接。
3、铝合金电缆相应性能分析
3.1、铝合金电缆相应电气性能
铝合金电缆在导电性能方面其实逊于铜芯电缆，有研究显示铝合金电缆的导电能力只能达到铜芯电缆的六成，载流量与铜芯电缆相比也较差，但是铝合金电缆这两种性能又都比纯铝电缆强的多，并且铝合金同等条件下重量比铜轻得多，在电缆生产中，应用铝合金材料可以帮助我们降低电缆重量，同时也可以减少电缆安装的成本。
3.2、铝合金电缆相应机械性能分析
作为电缆，延伸率是其非常重要的机械性能指标，而电缆能够承受多大外力也要受到延伸率的影响，我们对铝合金电缆的主要机械性能进行了分析，其结果如下：首先，铝合金的延伸性能非常优越，铝合金电缆退火后可延伸三成以上，这与铜的延伸率相近，因此铝合金电缆在外力承受能力方面与铜芯电缆接近；其次，铝合金的柔韧性非常好，其弯曲性能强，因此在进行电缆安装操作时，接线端子连接的作业中铝合金电缆比铜电缆容易得多；再次，铝合金具有很强的抗蠕变性能。铝合金电缆的化学成分和制作工艺都较为特殊，其生产过程中进行抗蠕变强化处理，对于易发生冷流和过载问题的电场中应用铝合金电缆，会提高电力系统的稳定性。
3.3、铝合金电缆相应耐腐蚀性分析
合金生产中通常都会采用一些特殊的工艺和手段来优化合金的化学组成，而铝合金电力在进行生产的过程中会通过融入稀有金属来使金属电位差缩减，这对于铝合金电缆耐腐蚀性的提高具有很好的促进作用，同时合金中的稀土元素可以帮助电缆优化表层性能，使铝合金电缆具有很强的阳极效应，这就更加有利于电缆耐腐蚀性的提升。
3.4、铝合金电缆相应环保性能分析
铝合金电缆的环保回收优势非常明显，首先，再生铝的能耗需求只有电解铝生产能耗的5%左右，而再生铜的能耗则能达到铜质冶炼生产的18%；其次，铝合金生产所会排出的污染物非常之少，同时由于铝合金的密度小，运输铝合金电缆也就耗能少，我们由此看出，铝合金电缆在环保性能方面比铜芯电缆小好得多。
4、铝合金电缆在风电场中的应用
风电场所采用的35kV高压电缆，起初为了节省工程造价，导体优先选用铝芯，在满足电压降及修正后的载流量的前提下利用经济电流密度计算合适的电缆截面。随着风电场数量增多和运行时间推移，铝芯电缆的缺点逐渐显现出来，主要体现在下列方面：首先，机械强度差，容易折断。风电场所在地区环境比较恶劣，风速较大，电缆上塔后受到的风荷载较大，尤其是电缆终端处由于伞群的影响，该部位的受风面更大，因此更容易出现故障；其次，抗蠕变性较差。风电场电缆上塔后，当通过导体的电流过大时，铝导体发热发生蠕变，电缆接头容易出现松动、变形，导致线路接触不好，从而引起线路和设备故障事故；最后，电阻率高，损耗大。风电场选择电缆导体截面，铝芯截面要比铜芯截面大很多，如电缆截面选择过大，电缆长度远超过电缆厂家最大生产盘长时，电缆分段及中间接头增多，这样对集电线路的长期运行是不利的。
铝合金电缆与铝芯和铜芯电缆相比确实有很多优点，能在许多场合替代它们，而且在GB/T3956－2008《电缆的导体》中增加了铝合金导体的部分内容，因此风电场集电线路中采用铝合金电缆在理论上是可行的。
但风电场大量推广铝合金电缆仍有一些问题亟待解决：
铝合金导体根据所添加的化学成分不同，其型号多种多样，而在国内规范中没有对所添加的化学成分的说明，因此在招投标以及实际供货时产品易存在差异。
由于铝合金、铝、铜导体的膨胀系数不同，不同导体之间不宜直接连接，需要用过渡端子保证铝合金导体与铜、铝导体连接的可靠性，也因此增大了使用的风险。
风电场采用铝合金电缆的应用案例很少，在高温、高寒、高海拔、高盐雾、高温差等特殊地区的应用中，铝合金电缆是否比铝芯和铜芯电缆更可靠也需时间的检验。
5、结束语
铝合金电缆在风电场中应用的情况当前还有进一步审视的必要，我们要根据风电场中的实际情况进行电缆选择，对于铝合金电缆的应用中会遇到的问题比如化学成分造成产品差异、导体间连接差异的问题等，要在铝合金电缆生产行业内部通过进行生产技术的提升、行业规范的构建等举措的实施来使铝合金电缆的生产质量得到提升，进而拓宽其应用的领域。在风电场中，环境对于电缆的影响作用不容小觑，铝合金电缆的应用中只有根据实际要求进行型号、化学成分等方面的试验和应用分析，才能使风电场中铝合金电缆的应用更加有效，对于风电厂的不断发展具有很好的促进作用。
参考文献：
[1]谢莉杰.铝合金电缆发展趋势及应用的研究[J].质量技术监督研究,2018(01):25-29.
[2]陈焱,张鞍生.铝合金电缆的应用及市场分析[J].稀有金属与硬质合金,2016,44(02):81-84.