農(nóng)村地區(qū)低壓配電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)可行性探究及其典型模型的建立

劉振華

摘 要：在農(nóng)村地區(qū)，低壓（0.4kV）配電網(wǎng)一般具有在電源單點(diǎn)分布、線路單輻射、不具備環(huán)網(wǎng)點(diǎn)、供電半徑長等特點(diǎn)，一般不具備低壓轉(zhuǎn)供電的條件。探究農(nóng)村地區(qū)低壓配電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)可行性，并建立其典型模型，可為日后低壓配電網(wǎng)的建設(shè)提供指導(dǎo)思路。農(nóng)村地區(qū)低壓配電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，可以在配變或低壓線路檢修施工、故障搶修時對低壓負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)供電，大大提高供電可靠性，從而保證農(nóng)村較為重要負(fù)荷（如規(guī)模化養(yǎng)殖場等）的連續(xù)供電。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村；低壓配電網(wǎng)；環(huán)網(wǎng)；可靠性

1 農(nóng)村地區(qū)低壓配電網(wǎng)現(xiàn)狀分析

目前，在廣大的農(nóng)村地區(qū)，特別是邊遠(yuǎn)地區(qū)，低壓（0.4kV）配電網(wǎng)的供電電源、供電地理路徑由于受到地型地貌、村民屋宅、人文風(fēng)情等多種因素的影響，而呈現(xiàn)極不規(guī)則的分布狀態(tài)，導(dǎo)致低壓配電部呈現(xiàn)電源單點(diǎn)分布、線路單輻射、不具備環(huán)網(wǎng)點(diǎn)、供電半徑長等特點(diǎn)。由于上述原因，農(nóng)村低壓配電網(wǎng)在檢修或者故障期間，一般不具備轉(zhuǎn)供電的條件，從而降低了低壓配電網(wǎng)的供電可靠性。然而，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，很多農(nóng)村地區(qū)已經(jīng)將傳統(tǒng)的養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)進(jìn)行規(guī)模化、規(guī)范化生產(chǎn)。而這些產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從一定程度上提高了生產(chǎn)對用電的依賴程度，這就意味著農(nóng)村地區(qū)對供電的可靠性越來越高。如何解決農(nóng)村地區(qū)供電可靠性較為低的現(xiàn)狀和對供電可靠性越來越高的矛盾，將是配網(wǎng)運(yùn)行管理研究的一個方向。

2 農(nóng)村地區(qū)低壓配電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)可行性探究

2.1 負(fù)荷需求和發(fā)展導(dǎo)致客觀條件的可行性分析

目前，隨著人民生活水平的提高，農(nóng)村村民已經(jīng)普遍使用空調(diào)、電磁爐、電飯鍋、燒水壺等大功率電器，加之較多的房地產(chǎn)公司已經(jīng)將目光聚焦在農(nóng)村廣袤的土地資源上，農(nóng)村用電負(fù)荷的急劇增長是大勢所趨。而較大的負(fù)荷需求迫使供電企業(yè)在同一條自然村安裝2臺或者2臺以上的10kV配電變壓器，這種現(xiàn)狀，為同一自然村低壓配電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)提供了可能性。另外，由于農(nóng)村村名房屋蓋建逐步向原來的中心舊址向靠近道路的外緣擴(kuò)建，可能導(dǎo)致兩條自然村的用電負(fù)荷片區(qū)距離縮短，這也為不同自然村的低壓配電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)提供了可能性。村民較大的用電需求可能迫使村民在供電企業(yè)增加電源點(diǎn)、改造低壓配電網(wǎng)的時候所涉及的征地、低壓通道等作出必要的讓步，這就大大減輕了供電企業(yè)在進(jìn)行增加配電變壓器而進(jìn)行了選址、低壓線架設(shè)時而受到村民阻撓的壓力。

2.2 設(shè)備狀態(tài)的可行性分析

近年來，供電企業(yè)在配網(wǎng)改造方面投入了大量的資金，例如南方電網(wǎng)公司在沿海地區(qū)進(jìn)行的抗風(fēng)加固工程、配網(wǎng)基建工程、各類大修技改工程、春節(jié)防配變燒損工程等，這大大改善了農(nóng)村地區(qū)配電設(shè)備殘舊、疏于維護(hù)管理、設(shè)計(jì)不規(guī)范等落后面貌。目前大部分農(nóng)村地區(qū)的10kV配電網(wǎng)以及0.4kV低壓配電網(wǎng)的設(shè)備健康水平能夠達(dá)到低壓環(huán)網(wǎng)要求。另外，隨著供電企業(yè)規(guī)范化臺區(qū)建設(shè)的推進(jìn)，10kV配電臺架逐步使用低壓配電箱（含無功補(bǔ)償、低壓過流保護(hù)開關(guān)、缺相保護(hù)開關(guān)等），這為低壓配電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)提供了基礎(chǔ)設(shè)備以及技術(shù)支撐。

2.3 資金可行性分析

文章提出將農(nóng)村低壓配電進(jìn)行環(huán)網(wǎng)的思路，旨在將在目前基本滿足條件的設(shè)備現(xiàn)狀條件下進(jìn)行較小的改造即可，或者在日后的新建低壓配電網(wǎng)基建工程提前將“低壓環(huán)網(wǎng)”納入設(shè)計(jì)。前者一般只需要增加低壓環(huán)網(wǎng)點(diǎn)的環(huán)網(wǎng)開關(guān)，可以納入修理項(xiàng)目，所需資金較?。缓笳咭话阒恍柙谠谢?xiàng)目設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上增加低壓環(huán)網(wǎng)點(diǎn)的環(huán)網(wǎng)開關(guān)和一些必要的低壓保護(hù)類型開關(guān)，所需資金亦不大。

3 農(nóng)村地區(qū)低壓配電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)典型模型的建立

一般而言，農(nóng)村低壓（0.4kV）配電網(wǎng)以2至3回三相四線出線最為常見。文章選取2臺配電變壓器，且每臺配變均有2回三相四線出線作為低壓環(huán)網(wǎng)的基礎(chǔ)模型。參考10kV較為經(jīng)典的“手拉手”環(huán)網(wǎng)模式，文章同樣考慮以“末端環(huán)網(wǎng)”構(gòu)建低壓環(huán)網(wǎng)模型。考慮到由于轉(zhuǎn)供電，低壓末端聯(lián)絡(luò)開關(guān)的電流方向具有不確定性，故選用熔片式低壓戶外開關(guān)作為各路出線的聯(lián)絡(luò)開關(guān)。具體模型如圖所示。

圖中，K1和K2分別代表配變1和配變2的總線保護(hù)開關(guān)；S1、S2、S3、S4分別代表各路出線的保護(hù)開關(guān)；L1和L2代表聯(lián)絡(luò)開關(guān)（熔片式低壓戶外開關(guān)）。正常情況下，聯(lián)絡(luò)開關(guān)L1和聯(lián)絡(luò)開關(guān)L2處于分開狀態(tài)，S1、S2、S3、S4處于閉合狀態(tài)，出線1和出線2由配變1供電，出線3和出線4由配變2供電。故障或者檢修情況下，出線開關(guān)（S1、S2、S3、S4中的一個）處于分開狀態(tài)，對應(yīng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)（L1或L2）處于閉合狀態(tài)，線路處于轉(zhuǎn)供電狀態(tài)。

4 農(nóng)村地區(qū)低壓配電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)典型模型各主要電流節(jié)點(diǎn)的保護(hù)設(shè)定

4.1 配變的出線總開關(guān)定值設(shè)置

考慮到配變在正常情況下只承擔(dān)原來自身出線的負(fù)荷，但在轉(zhuǎn)供電情況下，還要承擔(dān)另外一臺配變的部分負(fù)荷。為了避免配電變壓器因?yàn)槌霈F(xiàn)重過載而燒損的情況，配變總線保護(hù)開關(guān)K1、K2的定值按1.1倍配變低壓側(cè)額定電流設(shè)定，即：It=1.1*In=1.1*（S/0.4/1.732），其中，S代表配變的額定容量。

4.2 出線開關(guān)S1、S2、S3、S4開關(guān)定值設(shè)置

如果沒有構(gòu)成低壓環(huán)網(wǎng)，S1、S2和S3、S4開關(guān)定值應(yīng)當(dāng)分別按照兩臺配變的實(shí)際負(fù)荷分布來決定定值的大小。即按照單臺配變某出線最高負(fù)荷占各路出線最高負(fù)荷之和比例決定該路出線開關(guān)定值占總線開關(guān)定值的比例。例如：就單臺配變1而言，出線1的最高負(fù)荷是出線2最高負(fù)荷的兩倍，那么出線1開關(guān)S1的定值應(yīng)為K1開關(guān)定值的三分之二，即It1=2/3*It，出線2開關(guān)S2的定值應(yīng)為K1開關(guān)的三分之一，It2=1/3*It。

在構(gòu)成低壓環(huán)網(wǎng)的情況下，S1、S2、S3、S4開關(guān)定值設(shè)置應(yīng)該綜合考慮兩臺配變的實(shí)際負(fù)荷分布，即需要將轉(zhuǎn)供電情況下的最高負(fù)荷分布考慮進(jìn)來。

4.3 聯(lián)絡(luò)開關(guān)L1和L2的定值設(shè)定

當(dāng)負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)供時，L1可能承擔(dān)出線1或者出線3的最高負(fù)荷；L2可能承擔(dān)出線1或者出線3的最高負(fù)荷。為了確保L1和L2在承擔(dān)任何可能負(fù)荷時，保護(hù)均能起到作用，該開關(guān)的熔片型號按照其承擔(dān)的相關(guān)出線最小的最高負(fù)荷選定。例如：出線1、出線3的最高負(fù)荷分別為I1、I3，若I1I3，則L1定值按I3選取，可選It（L1）=I3。

5 提高與改進(jìn)

文章提出農(nóng)村地區(qū)低壓配電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)典型模型，選取了2臺配變在低壓線路末端環(huán)模式，有一定的缺陷。如果要實(shí)現(xiàn)在任何負(fù)荷高峰時期，所有負(fù)荷都能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)供，那就必須增大配變的容量和低壓線線徑，這樣設(shè)備的利用率只有50%。所以，研究其他更為完善的低壓環(huán)網(wǎng)方式和模型，具有重要的意義，也是日后需要進(jìn)一步探討的方向。

6 結(jié)束語

文章通過對農(nóng)村地區(qū)低壓配電網(wǎng)進(jìn)行分析，總結(jié)其相關(guān)特點(diǎn)，探究農(nóng)村地區(qū)低壓配電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)可行性，提出了農(nóng)村地區(qū)低壓配電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)的典型模型，并對該模型的定值保護(hù)進(jìn)行了分析。為日后低壓配網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)行方式提供了思路，也為提高低壓配電網(wǎng)的供電可靠性奠定了基礎(chǔ)。