農(nóng)村“煤改電”實(shí)施后配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)優(yōu)化分析

韓召芳，蘆雨帆，趙越

（北京京電電力工程設(shè)計(jì)有限公司,北京 朝陽(yáng)100070）

“煤改電”指將農(nóng)村傳統(tǒng)的采用燃煤取暖的方式改造為用電取暖的方式，通過(guò)空氣源熱泵、電鍋爐、電蓄熱儲(chǔ)能、類似中央空調(diào)等取暖方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃煤取暖，以達(dá)到減少碳排放的目的。電采暖的設(shè)備容量大，耗電量高，北京地區(qū)冬季負(fù)荷逐年遞增。隨著居民消費(fèi)能力的提高，冬季采暖負(fù)荷不斷攀升，使得北京地區(qū)居民的用電，在供暖季節(jié)增長(zhǎng)十分明顯，就每年冬季典型日負(fù)荷來(lái)看，每日負(fù)荷的變化趨勢(shì)基本相同。

1 農(nóng)村“煤改電”配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)

農(nóng)村“煤改電”配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)前，需要調(diào)研低壓臺(tái)區(qū)的現(xiàn)狀，對(duì)臺(tái)區(qū)存在的問(wèn)題進(jìn)行梳理與分析，有目的地開(kāi)展規(guī)劃設(shè)計(jì)和改造工作。規(guī)劃設(shè)計(jì)完成后，農(nóng)村電壓質(zhì)量應(yīng)有明顯改善，供電能力和可靠性將應(yīng)得到較大提高。

1.1 低壓配電網(wǎng)負(fù)荷測(cè)算

在負(fù)荷預(yù)測(cè)時(shí)，應(yīng)考慮配電和用電環(huán)節(jié)智能化引起的用戶終端用電方式變化、負(fù)荷特性變化及分布式能源接入對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果的影響。具體的負(fù)荷指標(biāo)可選取為：對(duì)于農(nóng)村集中居住區(qū)，住宅建筑面積≤120 m2，基本配置容量為9 kW/戶。

1.2 10 kV電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)原則

農(nóng)村“煤改電”配電網(wǎng)按照“規(guī)劃先行、突出重點(diǎn)、因地制宜、務(wù)求實(shí)效”的原則，統(tǒng)籌電網(wǎng)發(fā)展，促進(jìn)城鄉(xiāng)一體化進(jìn)程；適應(yīng)農(nóng)村用電的快速增長(zhǎng)，尤其是農(nóng)村建設(shè)、重點(diǎn)鎮(zhèn)建設(shè)和流域經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的負(fù)荷增長(zhǎng)情況，保障農(nóng)村建設(shè)、地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的電力負(fù)荷需求，不斷提高電網(wǎng)的電能質(zhì)量、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。農(nóng)村“煤改電”工程按照“安全可靠、技術(shù)適用、減少維護(hù)、節(jié)能環(huán)?！钡脑瓌t，采用成熟先進(jìn)的新技術(shù)、新設(shè)備、新材料、新工藝，禁止使用國(guó)家命令淘汰及不合格的產(chǎn)品。

1.3 低壓電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的基本要求

低壓電網(wǎng)按規(guī)劃一次建成，并具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。當(dāng)不滿足需要時(shí)，可分裝新變壓器。應(yīng)隨著負(fù)荷的增長(zhǎng)及配電網(wǎng)的建設(shè)改造，逐步縮小低壓線路供電半徑，不宜大于250 m。

低壓架空線路與10 kV架空線路同桿架設(shè)時(shí)，低壓架空線路不應(yīng)越過(guò)10 kV架空線路的分段開(kāi)關(guān)。

低壓架空導(dǎo)線采用鋁芯交聯(lián)聚乙烯絕緣線，干線截面一般采用150 mm2，支線采用70 mm2,低壓接戶線截為16 mm2。

低壓架空線路采用絕緣線，架設(shè)方式宜采用分相式，受條件所限時(shí)，可采用集束式。

低壓線路三相負(fù)荷電流應(yīng)盡量平衡。

柱上三相配電變壓器低壓出線電纜應(yīng)選用交聯(lián)聚乙烯四芯同截面銅芯電纜，單相變壓器采用兩根單芯電纜。

農(nóng)村煤改電低壓配電箱為1進(jìn)3出，饋線開(kāi)關(guān)選用帶剩余電流保護(hù)功能的塑殼斷路器，低壓饋線一般為2～4路，斷路器具有過(guò)流和短路脫扣功能。低壓空氣開(kāi)關(guān)應(yīng)考慮開(kāi)關(guān)殼架等級(jí)額定電流與脫扣器電流整定值的選配，適于一次選定，或者開(kāi)關(guān)初期選用、終期換大，主開(kāi)關(guān)和出線開(kāi)關(guān)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，滿足保護(hù)級(jí)差配合要求。

2 農(nóng)村“煤改電”實(shí)施后配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)優(yōu)化建議分析

新增的“煤改電”村莊中，“煤改電”之前一般1臺(tái)變壓器就能夠滿足村民的用電需求。實(shí)施“煤改電”工程之后，往往需要換裝1臺(tái)400 kVA的變壓器并分裝4臺(tái)400 kVA的變壓器來(lái)滿足用戶的日常使用。對(duì)于許多農(nóng)村而言，變壓器一般設(shè)置在村莊外的道路一側(cè)。這種布置對(duì)規(guī)模較大的村莊而言，可能存在臺(tái)區(qū)供電半徑過(guò)長(zhǎng)的現(xiàn)象。在戶均容量配置上，多以9 kW為主。由于戶型和住房面積的不同，這一標(biāo)準(zhǔn)造成了部分地區(qū)容量不夠，仍需額外通過(guò)其他方式采暖，而有些地區(qū)容量較為富裕，一般也較少適用的情況。

2.1 農(nóng)村“煤改電”主要采暖設(shè)備

新增“煤改電”臺(tái)區(qū)的用戶采暖方式主要有3種：空氣源熱泵式、蓄熱式和直熱式。采用空氣源熱泵式取暖相對(duì)較為經(jīng)濟(jì)，但受政府推廣的引導(dǎo)影響，不同地區(qū)的主要采暖方式也不一樣。

2.2 農(nóng)村“煤改電”后的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

電采暖的規(guī)?；瘧?yīng)用不僅導(dǎo)致采暖季負(fù)荷增長(zhǎng)較快，也加劇了某些臺(tái)區(qū)的三相不平衡程度。為了減少三相不平衡對(duì)臺(tái)區(qū)的影響，需更改支線供電方式。同時(shí)由于煤改電負(fù)荷的增長(zhǎng)，對(duì)低壓接戶線的選型、接戶線的布置方式也提出了新的要求。

煤改電帶來(lái)的負(fù)荷增長(zhǎng)需要對(duì)線路進(jìn)行新建和改造，在煤改電工程實(shí)施的過(guò)程中，如何有效利用原有的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，盡量減少投資是本項(xiàng)目需要研究的。由于北京地區(qū)土地資源較為緊張，在路由不夠的情況下，10 kV線路布置需要考慮同桿雙回并架的方式。由于北京市電力公司采用同桿并架的10 kV配電線路很少，因此需要形成配電線路同桿雙回并架的相關(guān)規(guī)范，同時(shí)該設(shè)計(jì)應(yīng)能滿足帶電作業(yè)的要求。

2.3 農(nóng)村“煤改電”后的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

高壓線路及變壓器深入負(fù)荷中心的布置原則和路徑走向：對(duì)于一般小型村莊，由于村莊規(guī)模不大，村內(nèi)道路相對(duì)較窄，一般可以將變壓器和高壓線路布置在村莊外圍。但對(duì)于較大的村莊，變壓器布置在外圍會(huì)導(dǎo)致供電半徑過(guò)長(zhǎng)而影響末端用戶的電能質(zhì)量。因此需考慮合理對(duì)變壓器及高壓線路的布置原則。

合理選擇變壓器容量及供電半徑：依據(jù)目前的變壓器容量來(lái)看，應(yīng)制定合理的變壓器容量選取原則，保證變壓器容量的充分利用和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

煤改電臺(tái)區(qū)防雷技術(shù)：北京地區(qū)山區(qū)地形較多，一些遠(yuǎn)郊空曠地區(qū)也是雷擊的重點(diǎn)地區(qū)?！懊焊碾姟惫こ痰拈_(kāi)展會(huì)導(dǎo)致10 kV線路延伸，新建線路等。新建線路和原有線路對(duì)防雷均提出了新的需求。

10 kV大截面導(dǎo)線的布置原則和更換原則：由于“煤改電”工程會(huì)導(dǎo)致負(fù)載率上升。對(duì)于部分10 kV線路，為避免線路出線重過(guò)載情況，需更換大截面導(dǎo)線，以滿足運(yùn)行的實(shí)際需求。

郊區(qū)變電站間隔有限、供電路由有限情況下的同桿雙回并架的設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)于郊區(qū)線路，由于路徑有限，電源點(diǎn)有限，實(shí)施“煤改電”工程要考慮采用同桿雙回并架線路，以滿足在地域緊張地區(qū)的使用。同桿雙回并架線路應(yīng)具有高可靠性，同時(shí)滿足帶電作業(yè)要求及工程設(shè)計(jì)要求。

低壓兩線改四線及接戶線布置原則：為減小“煤改電”臺(tái)區(qū)的三相不平衡問(wèn)題，方便運(yùn)維人員開(kāi)展均負(fù)荷工作。低壓接戶線可考慮采用集束導(dǎo)線的方式，也可垂直排列進(jìn)入用戶內(nèi)部。

2.4 對(duì)三相不平衡度的影響分析

在“煤改電”負(fù)荷接入之前，配電網(wǎng)所帶三相負(fù)荷相等，不會(huì)產(chǎn)生三相不平衡的問(wèn)題，當(dāng)“煤改電”負(fù)荷并網(wǎng)接入三相中的其中一相時(shí)，會(huì)導(dǎo)致配電網(wǎng)出現(xiàn)三相不平衡的情況，影響用電設(shè)備的安全運(yùn)行。在“煤改電”負(fù)荷接入之前，配電網(wǎng)三相不平衡度為0。當(dāng)“煤改電”負(fù)荷接入A相時(shí)，三相之間的負(fù)荷不再相等，而三相相電壓UA和UB與UC也不再相等，在“煤改電”負(fù)荷接入三相的其中一相時(shí)，會(huì)導(dǎo)致配電網(wǎng)出現(xiàn)三相不平衡的情況?！懊焊碾姟痹O(shè)備的接入會(huì)造成節(jié)點(diǎn)電壓偏差有所增加，接入容量越大，其對(duì)電壓偏差的影響越大，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成電壓越限的情況。

3 配電變壓器故障后負(fù)荷轉(zhuǎn)供技術(shù)研究

變壓器故障后，通過(guò)相鄰的配電變壓器將停電變壓器的負(fù)荷轉(zhuǎn)供是較優(yōu)的解決方案，具有工程改造工作量小、操作快捷等突出的優(yōu)點(diǎn)。在惡劣天氣發(fā)生時(shí)，優(yōu)勢(shì)更大，各供電所可在服務(wù)半徑內(nèi)實(shí)現(xiàn)近就地化操作。

3.1 農(nóng)村煤改電配電變壓器臺(tái)區(qū)基本情況和分析

按照煤改電工程實(shí)施以來(lái)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)村地區(qū)電采暖配變?nèi)萘恳?00 kVA為主，另有少量200 kVA變壓器。戶均變壓器容量一般按照9 kW/戶來(lái)考慮，同時(shí)系數(shù)按照0.6～0.8不等。目前，采暖期間城鎮(zhèn)地區(qū)變壓器負(fù)載率水平普遍偏高，按照城鄉(xiāng)結(jié)合部、普通農(nóng)村來(lái)劃分，同一類型、地理位置臨近地區(qū)的電采暖負(fù)荷水平接近，差異不大。

通州宋莊地區(qū)基本分為平原區(qū)。村落間相對(duì)更近，村莊規(guī)模較大，房屋排列整齊，居民戶數(shù)普遍在100～400戶不等，分布較密集。帶常規(guī)負(fù)荷時(shí)，普遍為2～6臺(tái)左右的中小容量配電變壓器。現(xiàn)有煤改電配電臺(tái)區(qū)在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，配置電采暖配電變壓器數(shù)量一般為4～8臺(tái)。通過(guò)分、換裝措施進(jìn)行配網(wǎng)改造，各配電臺(tái)區(qū)的JKLYJ-150主干線一般延伸到了相鄰配變臺(tái)區(qū)間主干線的末端，普遍具備加開(kāi)關(guān)后互聯(lián)的條件。單臺(tái)配電變壓器供電半徑一般不超過(guò)250 m，在一臺(tái)配變停運(yùn)后的互倒供電半徑一般不超過(guò)500 m。

在受地理?xiàng)l件局限時(shí)，煤改電分裝變壓器有時(shí)不能深入負(fù)荷中心，在村邊空地較大的村委會(huì)、綠地、垃圾站附近設(shè)兩臺(tái)變壓器，分別帶不同方向的供電區(qū)域。

4.2 農(nóng)村煤改電配電變壓器負(fù)荷轉(zhuǎn)供

在一臺(tái)變壓器因故障或檢修停運(yùn)后，將其負(fù)荷轉(zhuǎn)移至相鄰配電變壓器是較優(yōu)的解決方案，通過(guò)我們對(duì)煤改電農(nóng)村地區(qū)配網(wǎng)狀況的分析，一般具備兩臺(tái)變壓器互帶的基礎(chǔ)條件，對(duì)于平原地區(qū)由于主干線建設(shè)更完備，條件更完善。對(duì)于居民戶較少的村落，也推薦采用裝設(shè)兩臺(tái)配電變壓器的方式，具備轉(zhuǎn)移負(fù)荷的基礎(chǔ)條件。

4.3 配電臺(tái)區(qū)互帶運(yùn)行分析

對(duì)于兩臺(tái)配電臺(tái)區(qū)相鄰時(shí)，只能彼此互供。配電變壓器具有短時(shí)過(guò)載能力，配變可在1.5倍負(fù)荷水平下運(yùn)行2 h，對(duì)于相鄰的配電臺(tái)區(qū)，一臺(tái)變壓器處于其他兩臺(tái)變壓器中間時(shí)，在該變壓器故障停運(yùn)時(shí)，根據(jù)相鄰變壓器負(fù)載率情況，需投入一臺(tái)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)或兩臺(tái)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)。投入兩臺(tái)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，將是并列運(yùn)行狀態(tài)，兩臺(tái)煤改電變壓器一般容量相等或接近可滿足并列容量要求。

4.4 供電半徑和電壓分析

目前采用的電采暖設(shè)備主要包括直接加熱的直熱式、蓄熱式、電鍋爐3種方式設(shè)備，這3種設(shè)備可等效為電阻，對(duì)電壓變化不敏感，在電壓異常時(shí)不會(huì)停運(yùn)。空氣源熱泵、地源熱泵正常工作要求的電壓范圍為±10%。

平原地區(qū)農(nóng)村單臺(tái)配電變壓器供電半徑一般250 m，在一臺(tái)配變停運(yùn)后的互倒供電半徑一般不超過(guò)500 m。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合農(nóng)村“煤改電”接入負(fù)荷后配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)新出現(xiàn)的配電網(wǎng)不適應(yīng)問(wèn)題，尤其是北京地區(qū)“煤改電”建設(shè)帶來(lái)的農(nóng)網(wǎng)發(fā)展新問(wèn)題，著力分析低電壓、站點(diǎn)不足、過(guò)負(fù)荷、設(shè)備老化、線徑過(guò)細(xì)等問(wèn)題。農(nóng)村“煤改電”工程規(guī)劃設(shè)計(jì)建成后滿足農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，布局合理、結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)、技術(shù)裝備先進(jìn)的農(nóng)村電網(wǎng)。在深入分析農(nóng)村配電網(wǎng)現(xiàn)狀問(wèn)題的基礎(chǔ)上，結(jié)合一個(gè)農(nóng)村“煤改電”試點(diǎn)工程，對(duì)使用家庭電采暖的農(nóng)村低壓配電網(wǎng)建設(shè)工作進(jìn)行了分析。