偏遠(yuǎn)地區(qū)典型供電模式研究

王濤，馬悅，閆立秋，唐艷波

（1.山東電力工程咨詢院有限公司，山東濟(jì)南 250013；2.青島供電公司，山東青島 266012）

1 偏遠(yuǎn)地區(qū)供電現(xiàn)狀及特點

長期以來，在我國偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)由于地理位置偏遠(yuǎn)，電網(wǎng)建設(shè)落后，電能質(zhì)量得不到保證，部分地區(qū)甚至還處于無電狀態(tài)，這嚴(yán)重影響了偏遠(yuǎn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和當(dāng)?shù)鼐用竦纳睢＝陙恚覈h(yuǎn)地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)取得了一定的發(fā)展，在“戶戶通電”工程的大力促進(jìn)下，偏遠(yuǎn)地區(qū)通電率得到大幅度的提高。偏遠(yuǎn)地區(qū)變電總?cè)萘亢碗娏€路總里程逐年攀升，但偏遠(yuǎn)地區(qū)電網(wǎng)目前仍然存在以下幾個方面的問題[1-3]。

1）變電站布點不足，主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱。因自然環(huán)境惡劣、線路走廊開辟困難、交通不暢、籌融資能力有限等綜合原因，造成偏遠(yuǎn)地區(qū)變電站及線路建設(shè)困難，變電站布點不足，且建設(shè)水平低，單電源主變比例較高，主變?nèi)葺d比不合理。

2）中低壓電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理。我國偏遠(yuǎn)地區(qū)中壓配電網(wǎng)以單電源輻射供電為主，線路迂回、供電半徑超長、線路重載等不合理的現(xiàn)象普遍存在；配電變壓器位置偏離負(fù)荷中心、低壓線路供電半徑偏大、三相負(fù)荷不平衡等問題大量存在。

3）電網(wǎng)設(shè)備水平低。許多高耗能變壓器仍在運(yùn)行、導(dǎo)線截面基本偏小、電網(wǎng)設(shè)備陳舊老化等現(xiàn)象嚴(yán)重，供電質(zhì)量低，安全隱患大，線損高、管理難，破舊線路與新農(nóng)村建設(shè)極不協(xié)調(diào)。

4）運(yùn)行和管理水平低，人員素質(zhì)有待進(jìn)一步提高。電網(wǎng)自動化和信息化建設(shè)水平低，電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)備臺賬等信息量少且實時性差，變電站和線路巡檢、故障診斷和排除、恢復(fù)供電等工作主要依靠人工完成，人員綜合素質(zhì)不高，對供電能力和供電質(zhì)量的提高造成了嚴(yán)重影響。

5）供電質(zhì)量問題突出。由于電源點不足，線路迂回、供電半徑超長、線路重載等不合理的現(xiàn)象普遍存在，在我國偏遠(yuǎn)地區(qū)普遍存在著電壓過低的問題。另外偏遠(yuǎn)地區(qū)電網(wǎng)薄弱，運(yùn)行維護(hù)管理困難或不到位，造成了供電可靠率不高，停電事故時有發(fā)生。

6）負(fù)荷小而分散且增長不均勻。我國偏遠(yuǎn)地區(qū)用電負(fù)荷主要以居民生活用電為主，負(fù)荷小而分散且增長不均勻，但根據(jù)各地域環(huán)境不同又有自己的特點。

2 偏遠(yuǎn)地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)需求分析

在解決偏遠(yuǎn)地區(qū)供電問題時，如果繼續(xù)在偏遠(yuǎn)地區(qū)投入大量資金，按照中長期規(guī)劃進(jìn)行常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的35 kV變電站、線路和臺區(qū)建設(shè)，將會面臨著選址難、造價高、施工周期長等困難，同時又由于偏遠(yuǎn)地區(qū)負(fù)荷增長緩慢，負(fù)荷小、部分配置容量閑置等原因，造成電網(wǎng)建設(shè)投資回收期長，輸配電設(shè)備利用率低，造成了大量的資源浪費(fèi)。另外，解決偏遠(yuǎn)邊疆及孤立海島等特殊區(qū)域百十兆瓦負(fù)荷的用電，翻山越嶺甚至穿越海洋進(jìn)行配電線路建設(shè)，其必要性和可行性不理想。

同時部分偏遠(yuǎn)地區(qū)清潔能源豐富，如我國西北地區(qū)的部分偏遠(yuǎn)地區(qū)和沿海部分島嶼的風(fēng)力和太陽能資源豐富，可以發(fā)展風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電；西南和中部地區(qū)的部分偏遠(yuǎn)地區(qū)的水資源豐富，可以適度發(fā)展小水電；還有部分偏遠(yuǎn)地區(qū)的沼氣利用資源也相對豐富，可以適度發(fā)展沼氣發(fā)電；但由于地理位置偏遠(yuǎn)，自然環(huán)境惡劣，交通不便等種種因素，偏遠(yuǎn)地區(qū)的這些清潔能源都沒有得到很好的利用[4-6]。

面對偏遠(yuǎn)地區(qū)迫切需要解決的供電困難和供電質(zhì)量低問題，需要創(chuàng)新偏遠(yuǎn)地區(qū)的電網(wǎng)建設(shè)模式，快速提高偏遠(yuǎn)地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)水平，提出能夠切實有效解決當(dāng)前偏遠(yuǎn)地區(qū)供電質(zhì)量低和供電困難的電網(wǎng)建設(shè)方案和供電模式，為偏遠(yuǎn)地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)提供技術(shù)支撐，促進(jìn)偏遠(yuǎn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和人民生活水平的提高。

3 偏遠(yuǎn)地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)思路及應(yīng)用技術(shù)

研究創(chuàng)新偏遠(yuǎn)地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)模式和供電模式，要針對偏遠(yuǎn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平、負(fù)荷特性、資源狀況、居民生活習(xí)慣、地理環(huán)境等條件，因地制宜，為偏遠(yuǎn)地區(qū)的電網(wǎng)快速發(fā)展提供技術(shù)支持，因此，要重點開展以下3個方面的研究和應(yīng)用。

1）35 kV配電化技術(shù)研究與應(yīng)用。35 kV配電化技術(shù)包括35/10 kV配電化變電站、35 kV配電化線路、35/0.4 kV直配臺區(qū)。35/10 kV配電化變電站是指以滿足偏遠(yuǎn)農(nóng)村社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、過渡性或應(yīng)對災(zāi)害應(yīng)急用電為目的，遵循小型化、低造價、少維護(hù)等技術(shù)原則，主變?nèi)萘繛?150 kV·A及以下、10 kV出線為2～3回設(shè)計的變電站。35 kV配電化線路就是35 kV線路采用12~15 m鋼筋混凝土電桿架設(shè)，選用瓷橫擔(dān)或復(fù)合橫擔(dān)等進(jìn)行絕緣連接，與常規(guī)35 kV線路采用砼桿與鐵塔混合架設(shè)相比，具有輕型化、投資少、建設(shè)工期短等特點。35/0.4 kV直配臺區(qū)是指使35 kV線路深入負(fù)荷中心，采用35/0.4 kV配電變壓器供電的配電臺區(qū)，它的主要特點是簡化了傳統(tǒng)配電網(wǎng)供電方案的10 kV電壓級，減少了變電重復(fù)容量，降低線損，改善線路電壓質(zhì)量，提高供電效率。

2）單三相混合配電技術(shù)。單三相混合配電方式（見圖1），是指一個區(qū)域內(nèi)采用單相配電變壓器與三相變相混合進(jìn)行供電的配電方式，或者說一個區(qū)域內(nèi)單相配電方式與三相配電方式共存的配電方式。單相配電方式更容易使中壓線路深入負(fù)荷中心，可以降低線損，提高電壓質(zhì)量。

圖1 單三相混合配電方式Fig.1 Single&three-phase hybrid power supply mode

3）分布式發(fā)電技術(shù)。分布式發(fā)電與傳統(tǒng)集中式發(fā)電的主要區(qū)別是其規(guī)模較小且靠近用戶，一般可以直接向其附近的負(fù)荷供電或根據(jù)需要向電網(wǎng)輸出電能，其中大多是可再生能源，如太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能和地?zé)崮艿取?/p>

4 偏遠(yuǎn)地區(qū)典型供電模式的分類

供電模式是指界定了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、供電單元和電網(wǎng)裝備等供電系統(tǒng)主要組成要素的電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計方案，深度介于電網(wǎng)規(guī)劃與初步設(shè)計之間，屬于典型設(shè)計范疇。針對偏遠(yuǎn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平、負(fù)荷特性、資源狀況、居民生活習(xí)慣、地理環(huán)境等條件，融合35 kV配電化技術(shù)、單三相混合配電技術(shù)、分布式發(fā)電技術(shù)及載波通信技術(shù)，可以制定如下4大類適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)的典型供電模式[7-12]。

4.1 偏遠(yuǎn)地區(qū)A類供電模式

該類供電模式主要是以35 kV配電化線路為中壓輸電線路，以35/0.4 kV直配臺區(qū)為配電中心的供電方式，在單相負(fù)荷較為集中區(qū)域可以采用35/0.4 kV單相直配臺區(qū)供電，在有清潔能源可以利用的情況下，可以采用分布式電源作為補(bǔ)充（見圖2）。

圖2 偏遠(yuǎn)地區(qū)A類供電模式Fig.2 Power supply mode A in rural areas

該方式適合于在距離電源點較遠(yuǎn)狹長區(qū)域內(nèi)，分布有多個團(tuán)簇型負(fù)荷的情形，通常這些負(fù)荷相對較為集中（在低壓的供電半徑內(nèi)）。

4.2 偏遠(yuǎn)地區(qū)B類供電模式

該類供電模式主要是以35 kV配電化線路為中壓輸電線路，35/10 kV變電站為變配電中心的三相供電模式，在單相負(fù)荷較為集中區(qū)域應(yīng)用單三相混合配電技術(shù)，在有清潔能源可以利用的情況下，可以采用分布式電源作為補(bǔ)充（見圖3）。

圖3 偏遠(yuǎn)地區(qū)B類供電模式Fig.3 Power supply mode B in rural areas

該方式適合于距電源點較遠(yuǎn)的片狀區(qū)域內(nèi)有較為分散負(fù)荷的地區(qū)，其負(fù)荷一般呈輻射狀，負(fù)荷間距大且臺區(qū)相對較多的情形。

4.3 偏遠(yuǎn)地區(qū)C類供電模式

該類供電模式采用35 kV配電化線路、35/0.4 kV直配供電方式和35 kV配電化變電站三相供電模式相混合，在單相負(fù)荷較為集中區(qū)域應(yīng)用單三相混合配電技術(shù)，在有清潔能源可以利用的情況下，應(yīng)用分布式發(fā)電技術(shù)（見圖4）。

圖4 偏遠(yuǎn)地區(qū)C類供電模式Fig.4 Power supply mode C in rural areas

該方式適合于部分負(fù)荷在35 kV線路沿線供電區(qū)域，由35 kV線路經(jīng)分段開關(guān)T接的或直接供電，線路末端負(fù)荷較為分散的方式，該方式適應(yīng)性最為廣泛，整體具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

4.4 偏遠(yuǎn)地區(qū)D類供電模式

該類供電模式利用清潔能源和當(dāng)?shù)仄渌Y源，建立分布式發(fā)電系統(tǒng)為當(dāng)?shù)赜脩艄╇姡ㄒ妶D5）。此類供電供電模式適用于短期內(nèi)主網(wǎng)延伸存在較大困難，當(dāng)?shù)乜衫媚茉簇S富的無電地區(qū)。考慮到用戶供電的持續(xù)性，需配置一定容量的儲能系統(tǒng)和柴油發(fā)電機(jī)，增加了分布式發(fā)電的成本。

圖5 偏遠(yuǎn)地區(qū)D類供電模式Fig.5 Power supply mode D in rural areas

5 結(jié)語

在總結(jié)偏遠(yuǎn)地區(qū)供電現(xiàn)狀和電網(wǎng)發(fā)展需求的基礎(chǔ)上，通過利用35 kV配電化技術(shù)、單三相混合配電技術(shù)、分布式發(fā)電技術(shù)等，提出了4種適合偏遠(yuǎn)地區(qū)發(fā)展和供電需求的典型電網(wǎng)建設(shè)模式。這些模式能夠有效解決偏遠(yuǎn)地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)存在的需求和投入之間的矛盾，對偏遠(yuǎn)地區(qū)電網(wǎng)發(fā)展提供參考。

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