深圳新能电力开发设计院有限公司 广东深圳 518052
摘要：绿色配网10kV复合材料预制电缆沟其精髓在于实现绿色化设计的目标，设计出经济合理的新材料、新工艺电缆沟结构，以此来满足绿色配网10kV电缆线路设计的要求。本文主要阐述了复合材料预制电缆沟的特点以及与现状砖砌电缆沟经济分析对比。
关键词：绿色配网：10kV电缆；无机粉末；复合材料；经济分析
无机粉末复合纤维材料是一种新型无机超高性能复合材料，该材料具有高抗压、高抗折、高耐久性、高耐疲劳性、低脆性等特点。
材料性能等级分为200MPA级别和500MPA级别：
200MPA级别性能：抗压强度130MPA~300MPA,抗折性能14~35MPA；
500MPA级别性能：抗压强度300MPA~600MPA,抗折性能35~80MPA；
该材料性能目前通过广东省建材检测中心、深圳建科院及广州工业大学重点实验室等权威部门检测，并于2010年开始进行材料转化，现阶段产品较为常用的是200MPA级别材料。
金属纤维
有机纤维
混杂纤维
混杂纤维
各种粉末材料填充纤维框架形成致密立方体，如上图所示。
国外应用范围：军事靶体、炮弹掩体；核废料储存体；防腐基础；海洋与化工、污水等构件等。
国内应用范围：研究在军事掩体上应用；研究在桥梁与围栏应用；铁路轨枕等预制件少量应用等。
使用寿命设计指标（达60年以上）
类别 | 碳化检测指标（mm) | 氯离子迁移指标m2/s | 冻融指标(次） | 抗渗指标 |
指标 | ≤0.8 | ≤0.5*10-12 | ≥600 | ≥P30 |
耐化学侵蚀设计指标（28天）
类别 | PH=2硫酸 | PH=3盐酸 | PH=4醋酸 | 5%氢氧化钠 | 20%硫酸钠 | 10%氯化镁 | 10%氯化钠 |
质量损失 | ≤2% | ≤2% | ≤2% | ≤0% | ≤2% | ≤2% | ≤2% |
强度损失 | ≤5% | ≤5% | ≤5% | ≤0% | ≤5% | ≤5% | ≤5% |
使用力学性能设计指标
类别 | 抗压强度（MPa) | 抗折强度（MPa) | 弹性模量(GPa） | 断裂能（kJ/m2） |
指标 | ≥130 | ≥14 | ≥42 | ≥30 |
使用工作性能设计指标
类别 | 工作度（扩展度mm） | 凝结时间（小时) | 吸水率(24小时%） |
指标 | ≥500 | ≥8 | ≤1% |
（1）、材料承载力高。材料性能抗压强度达到130MPa以上，抗折强度达到14MPa以上，折压比接近铝合金；
（2）、材料抗疲劳性能好。材料由多种有机纤维和金属纤维相互搭接形成立体网架结构，整体能够自吸收冲击能量并进行分散，抗疲劳冲击性能好；
（3）、材料有一定自修复能力。材料中采用了纳米级的微粉材料，在冲击过程中形成的微裂纹（0.06mm以下）可由材料在后期自身反应产生修复；
（4）、材料制作产品表面光洁度高、工作度好，可形成自流平状态。产品表面光滑，色彩可调整制作，现场施工方便灵活；
（5）、材料耐久性能好。材料抗渗性能达到P30以上，耐酸、碱、盐腐蚀性能好，碳化检测28天指标为0mm，抗氯离子渗透性能迁移系数为0.4*10-12m2/s，抗冻融循环可到600次以上无质量损失，设计使用寿命可达是普通混凝土无机材料3倍以上；
（6）、材料制成品重量轻，环保、耐火、耐紫外线性能好。设计结构是普通混凝土制品的1/3~1/2左右，耐火可达到400℃,不燃烧、不变形，不受紫外线辐射影响。
（7）同承载力制品与普通混凝土及高性能混凝土能耗及CO2排放对比
7经济分析及结论
项目全生命周期成本（Life Cost Cycle,简称LCC）是指项目在整个生命周期发生的成本费用总和，主要包含建造成本、运行维护成本、处置回收成本等方面。用公式可以表示如下：
式中： LCC——全寿命周期成本；
CI——建造投资成本；CO——运行维护成本； CD——处置回收成本。
（1）、工程量按设计图纸、设备材料清册以及设计人员提供的有关设计资料，不足部分参考标准设计及其他类似工程进行编制。
（2）、定额执行《20kV及以下配电网工程预算定额》(2009年版)。
（3）、费用划分和取费标准依据国家能源局发布的《20kV及以下配电网工程建设预算编制与计算标准》(2009年版)、粤电定 [2011]4号文《关于调整广东省电网建设工程税率计算标准的通知》等文件执行。
（4）、人工及材机调整系数按定额[2014]5号文《关于发布20kV及以下配电网工程预算定额价格水平调整系数（2013年下半年 ）的通知》执行。
（5）、主材价格依据深圳供电局有限公司最新公布的物资中标价计算，缺项价格按近期《深圳市建设工程价格信息》 计列或参考厂商报价。
（1）、建设投资成本计算及对比分析
初始建设投资成本详见如下对比表：
表1 电缆沟单位建设投资对比表
二十四线电缆沟(行人) | 建设成本 | 差异原因 |
南网V1.0 标准设计方案 （砖砌沟方案） | 3891元/米 | 电缆沟为砖砌结构，电缆沟支架为预埋式不饱和聚酯树脂固定支架，盖板为钢筋混凝土盖板 |
预制电缆沟方案 | 6450元/米 | 经向多家预制构件厂询价，预制电缆沟平均每米造价为5900元/米，安装工程费及运输费用套用20kV及以下配电网工程预算定额为550元/米。电缆沟为预制式钢筋混凝土结构，电缆沟支架为膨胀螺栓固定式复合材料支架，盖板为UCFC复合材料盖板。 |
从表1数据可知，南网V1.0标准设计与竞赛方案建造投资成本相差2559元/米，竞赛方案为钢筋混凝土结构，盖板为UCFC材料等，引致造价偏高，但是砖砌结构因机械化程度低、承载力低、人工管理成本高、周期长、不易防水，很难满足电缆沟发展趋势要求。
（2）、运行维护成本计算及对比分析
运行成本（CO）指的是规划区域内配网运行期间所发生的运行相关费用总和，包括使用年限引致电缆沟盖板及支架更换、日常运行人员费用及相关的管理费用等。运行成本可以简化成如下公式表示：
C0=C1+C2
式中： C1——运行巡视人工费用；
C2——运行管理费用；
对于本配网项目而言，日常运行的主要是10kV电缆线路设施，根据《深圳供电局有限公司中低压配电运行管理标准实施细则》，日常主要运行工作如下表：
表2 中低压配网日常运行巡视表
序号 | 巡视项目 | 周期 | 人数 | |
1 | 定期巡视 | 10kV电缆线路 | 每月至少一次 | 2人以上 |
2 | 夜间巡视 | 每年至少二次，应安排在负荷高峰期或阴雾天气时进行 | 2人以上 | |
3 | 故障巡视 | 故障发生后 | 2人以上 | |
4 | 特殊巡视 | 按需要确定 | | |
从上表可知，运行成本主要体现在日常人工巡视成本上，包括巡视人员费用及相关管理费用。因同为电缆沟工程，运行巡视人工费用及运行管理费用相同，所以南网V1.0标准设计与竞赛方案的日常运行成本一样。
1）、运行成本计算
A、 运行人工费
根据现场调查得知，电缆线路巡视时间视路径长短有所不同，根据本项目情况，假定每段（500米）平均巡视检查时间约0.7小时。每月巡视均按2次考虑，折算成人工工日计算如下：
每米电缆沟每人每月巡视时间占其每月总工日比例为:
2*（0.7/500）/8/21.75=0.000016
按《深圳供电局有限公司中低压配电运行管理标准实施细则》规定，每次巡视按2人考虑，人均薪酬假设为12万元/年，则各方案运行巡视人员费用计算如下：
元/年/米
B、相关管理费用
相关管理费主要包含企业管理费、培训费、工器具使用费、安全防护措施费等，根据《20kV及以下配电网工程建设预算编制与计算标准》，以上相关管理费用系数合计约占人工费比例为64%，因此各方案相关管理费用为：
元/年/米
综合以上计算，各方案年运行成本为：
元/年/米
2）、维护成本
A、维护成本内容及分析
电缆沟的日常维护工作主要有检修、清理等。检修主要是更换电缆沟盖板及支架，更换电缆沟盖板是为了因年限长久造成盖板晃动接触不牢靠，引致电缆沟内积水严重，为电缆的安全运行留有隐患。清理主要是清理电缆沟内淤泥费，因此，维护成本（CM）主要由检修费用及清理费用组成。
式中： M1——检修费用；
M2——清理费用。
根据以往电缆沟维护经验，南方电网V1.0电缆沟为砖砌沟，使用年限为15年，其中混凝土电缆沟盖板使用年限约为8年，及在电缆沟寿命期内，需要更换一次。预制电缆沟为混凝土沟，使用年限为30年，电缆沟盖板及支架材质为UCFC，使用年限同样达到30年，因此，在电缆沟寿命期内不需要进行更换。南方电网V1.0电缆沟盖板及支架更换，安装工程费及运输费用套用20kV及以下配电网工程预算定额为6元/年/米，材料费采用原南方电网V1.0电缆沟盖板500元/块，支架57元/套，计算为140元/年/米，清理费用以龙岗区电缆沟以往清理电缆沟经验数据所得为20元/年/米，计算出的维护成本如下表：
表3 检修及清理费用
二十四线电缆沟(行人) | 检修费用 （元/年/米） | 清理费用 （元/年/米） | 合计 （元/年/米） |
南网V1.0标准设计方案 | 146 | 20 | 166 |
预制电缆沟方案 | 0 | 20 | 20 |
3）、废弃成本计算及对比分析
废弃成本（CD）指的是在项目生命终止时，拆除旧有的电缆沟所发生的工程费用。建筑类设施拆除后，残值为零。
废弃成本=拆除工程费用－残值
拆除费用套用20kV及以下配电网工程预算定额及相关取费标准计算，结果如下表：
表4 拆除工程费用
二十四线电缆沟(行人) | 拆除费用（元/米） |
南网V1.0标准设计方案 | 140 |
预制电缆沟方案 | 160 |
总而言之，通过对本文的论述和分析，进一步总结了绿色配网10kV电缆线路的设计经济学，从而寻找到一套完善的设计方案。
（1）、产品壁厚是原现浇电缆沟槽、井壁厚1/4~1/5、单节长度为80cm，重量是传统混凝土产品的1/5左右，重量轻，运输和施工很容易搬运、安装；
（2）、产品内表面光滑，平整，不需要再进行人为抹灰修饰、美化；
（3）、产品可以和盖板，电缆沟支架一体化，安装快捷，一般不需要依赖大型吊装设备可实行现场安装，大大降低了施工费用；
（4）、产品个体之间连接采用了接口相互咬合形式，可做到接口衔接密封，有效防止安装错位沉降等现象；
（5）、产品的外围尺寸相对大幅度减小，可大幅度降低施工沟槽的开挖量和土方运量；
（6）、由于沟槽、井采用预制，不需要现场搅拌砂石混凝土等，不需要增加进行模板支护等工作，大大加快了施工进度，减少了劳动力需求与管理；
（7）、采用预制沟槽可边施工边开挖，减少土方的二次转运与堆放，减少施工过多清理环节，增加了清洁化施工的可行性；
（8）、可减少由于电力施工造成交通拥堵及施工造成的不良环境影响，降低了天气对施工进度影响。
（1）、提高电缆沟、井使用寿命（材料耐久性能）；
（2）、减少后续工程维护（制作产品性能）；
（3）、增加基础抗震性能（材料自吸收能量和抗冲击性能）；
（4）、简化施工操作与提高安全，美观外观（材料浇筑与维护自流平、自密实）；
（5）、提高施工效率（预制拼装化，即时吊装，减少气候等影响，施工周期很短）；
（6）、综合成本的节约化（综合成本降低）。
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