農村“煤改電”實施后配電網規劃設計優化分析

韓召芳，蘆雨帆，趙越

（北京京電電力工程設計有限公司,北京 朝陽100070）

“煤改電”指將農村傳統的采用燃煤取暖的方式改造為用電取暖的方式，通過空氣源熱泵、電鍋爐、電蓄熱儲能、類似中央空調等取暖方式代替傳統燃煤取暖，以達到減少碳排放的目的。電采暖的設備容量大，耗電量高，北京地區冬季負荷逐年遞增。隨著居民消費能力的提高，冬季采暖負荷不斷攀升，使得北京地區居民的用電，在供暖季節增長十分明顯，就每年冬季典型日負荷來看，每日負荷的變化趨勢基本相同。

1 農村“煤改電”配電網規劃設計

農村“煤改電”配電網規劃設計前，需要調研低壓臺區的現狀，對臺區存在的問題進行梳理與分析，有目的地開展規劃設計和改造工作。規劃設計完成后，農村電壓質量應有明顯改善，供電能力和可靠性將應得到較大提高。

1.1 低壓配電網負荷測算

在負荷預測時，應考慮配電和用電環節智能化引起的用戶終端用電方式變化、負荷特性變化及分布式能源接入對負荷預測結果的影響。具體的負荷指標可選取為：對于農村集中居住區，住宅建筑面積≤120 m2，基本配置容量為9 kW/戶。

1.2 10 kV電網規劃設計技術原則

農村“煤改電”配電網按照“規劃先行、突出重點、因地制宜、務求實效”的原則，統籌電網發展，促進城鄉一體化進程；適應農村用電的快速增長，尤其是農村建設、重點鎮建設和流域經濟帶來的負荷增長情況，保障農村建設、地區經濟和社會發展的電力負荷需求，不斷提高電網的電能質量、可靠性和經濟性。農村“煤改電”工程按照“安全可靠、技術適用、減少維護、節能環?！钡脑瓌t，采用成熟先進的新技術、新設備、新材料、新工藝，禁止使用國家命令淘汰及不合格的產品。

1.3 低壓電網規劃設計的基本要求

低壓電網按規劃一次建成，并具有較強的適應性。當不滿足需要時，可分裝新變壓器。應隨著負荷的增長及配電網的建設改造，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架空線路同桿架設時，低壓架空線路不應越過10 kV架空線路的分段開關。

低壓架空導線采用鋁芯交聯聚乙烯絕緣線，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，架設方式宜采用分相式，受條件所限時，可采用集束式。

低壓線路三相負荷電流應盡量平衡。

柱上三相配電變壓器低壓出線電纜應選用交聯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。

農村煤改電低壓配電箱為1進3出，饋線開關選用帶剩余電流保護功能的塑殼斷路器，低壓饋線一般為2～4路，斷路器具有過流和短路脫扣功能。低壓空氣開關應考慮開關殼架等級額定電流與脫扣器電流整定值的選配，適于一次選定，或者開關初期選用、終期換大，主開關和出線開關應根據設計要求，滿足保護級差配合要求。

2 農村“煤改電”實施后配電網規劃設計優化建議分析

新增的“煤改電”村莊中，“煤改電”之前一般1臺變壓器就能夠滿足村民的用電需求。實施“煤改電”工程之后，往往需要換裝1臺400 kVA的變壓器并分裝4臺400 kVA的變壓器來滿足用戶的日常使用。對于許多農村而言，變壓器一般設置在村莊外的道路一側。這種布置對規模較大的村莊而言，可能存在臺區供電半徑過長的現象。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，這一標準造成了部分地區容量不夠，仍需額外通過其他方式采暖，而有些地區容量較為富裕，一般也較少適用的情況。

2.1 農村“煤改電”主要采暖設備

新增“煤改電”臺區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較為經濟，但受政府推廣的引導影響，不同地區的主要采暖方式也不一樣。

2.2 農村“煤改電”后的網架結構

電采暖的規模化應用不僅導致采暖季負荷增長較快，也加劇了某些臺區的三相不平衡程度。為了減少三相不平衡對臺區的影響，需更改支線供電方式。同時由于煤改電負荷的增長，對低壓接戶線的選型、接戶線的布置方式也提出了新的要求。

煤改電帶來的負荷增長需要對線路進行新建和改造，在煤改電工程實施的過程中，如何有效利用原有的配電網結構，盡量減少投資是本項目需要研究的。由于北京地區土地資源較為緊張，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規范，同時該設計應能滿足帶電作業的要求。

2.3 農村“煤改電”后的網架結構

高壓線路及變壓器深入負荷中心的布置原則和路徑走向：對于一般小型村莊，由于村莊規模不大，村內道路相對較窄，一般可以將變壓器和高壓線路布置在村莊外圍。但對于較大的村莊，變壓器布置在外圍會導致供電半徑過長而影響末端用戶的電能質量。因此需考慮合理對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：依據目前的變壓器容量來看，應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濟運行。

煤改電臺區防雷技術：北京地區山區地形較多，一些遠郊空曠地區也是雷擊的重點地區。“煤改電”工程的開展會導致10 kV線路延伸，新建線路等。新建線路和原有線路對防雷均提出了新的需求。

10 kV大截面導線的布置原則和更換原則：由于“煤改電”工程會導致負載率上升。對于部分10 kV線路，為避免線路出線重過載情況，需更換大截面導線，以滿足運行的實際需求。

郊區變電站間隔有限、供電路由有限情況下的同桿雙回并架的設計規范，對于郊區線路，由于路徑有限，電源點有限，實施“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的使用。同桿雙回并架線路應具有高可靠性，同時滿足帶電作業要求及工程設計要求。

低壓兩線改四線及接戶線布置原則：為減小“煤改電”臺區的三相不平衡問題，方便運維人員開展均負荷工作。低壓接戶線可考慮采用集束導線的方式，也可垂直排列進入用戶內部。

2.4 對三相不平衡度的影響分析

在“煤改電”負荷接入之前，配電網所帶三相負荷相等，不會產生三相不平衡的問題，當“煤改電”負荷并網接入三相中的其中一相時，會導致配電網出現三相不平衡的情況，影響用電設備的安全運行。在“煤改電”負荷接入之前，配電網三相不平衡度為0。當“煤改電”負荷接入A相時，三相之間的負荷不再相等，而三相相電壓UA和UB與UC也不再相等，在“煤改電”負荷接入三相的其中一相時，會導致配電網出現三相不平衡的情況?！懊焊碾姟痹O備的接入會造成節點電壓偏差有所增加，接入容量越大，其對電壓偏差的影響越大，嚴重時可能會造成電壓越限的情況。

3 配電變壓器故障后負荷轉供技術研究

變壓器故障后，通過相鄰的配電變壓器將停電變壓器的負荷轉供是較優的解決方案，具有工程改造工作量小、操作快捷等突出的優點。在惡劣天氣發生時，優勢更大，各供電所可在服務半徑內實現近就地化操作。

3.1 農村煤改電配電變壓器臺區基本情況和分析

按照煤改電工程實施以來的技術標準，農村地區電采暖配變容量以400 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/戶來考慮，同時系數按照0.6～0.8不等。目前，采暖期間城鎮地區變壓器負載率水平普遍偏高，按照城鄉結合部、普通農村來劃分，同一類型、地理位置臨近地區的電采暖負荷水平接近，差異不大。

通州宋莊地區基本分為平原區。村落間相對更近，村莊規模較大，房屋排列整齊，居民戶數普遍在100～400戶不等，分布較密集。帶常規負荷時，普遍為2～6臺左右的中小容量配電變壓器。現有煤改電配電臺區在此基礎上發展起來，配置電采暖配電變壓器數量一般為4～8臺。通過分、換裝措施進行配網改造，各配電臺區的JKLYJ-150主干線一般延伸到了相鄰配變臺區間主干線的末端，普遍具備加開關后互聯的條件。單臺配電變壓器供電半徑一般不超過250 m，在一臺配變停運后的互倒供電半徑一般不超過500 m。

在受地理條件局限時，煤改電分裝變壓器有時不能深入負荷中心，在村邊空地較大的村委會、綠地、垃圾站附近設兩臺變壓器，分別帶不同方向的供電區域。

4.2 農村煤改電配電變壓器負荷轉供

在一臺變壓器因故障或檢修停運后，將其負荷轉移至相鄰配電變壓器是較優的解決方案，通過我們對煤改電農村地區配網狀況的分析，一般具備兩臺變壓器互帶的基礎條件，對于平原地區由于主干線建設更完備，條件更完善。對于居民戶較少的村落，也推薦采用裝設兩臺配電變壓器的方式，具備轉移負荷的基礎條件。

4.3 配電臺區互帶運行分析

對于兩臺配電臺區相鄰時，只能彼此互供。配電變壓器具有短時過載能力，配變可在1.5倍負荷水平下運行2 h，對于相鄰的配電臺區，一臺變壓器處于其他兩臺變壓器中間時，在該變壓器故障停運時，根據相鄰變壓器負載率情況，需投入一臺聯絡開關或兩臺聯絡開關。投入兩臺聯絡開關，將是并列運行狀態，兩臺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備主要包括直接加熱的直熱式、蓄熱式、電鍋爐3種方式設備，這3種設備可等效為電阻，對電壓變化不敏感，在電壓異常時不會停運?？諝庠礋岜?、地源熱泵正常工作要求的電壓范圍為±10%。

平原地區農村單臺配電變壓器供電半徑一般250 m，在一臺配變停運后的互倒供電半徑一般不超過500 m。

5 結束語

本文結合農村“煤改電”接入負荷后配電網規劃設計新出現的配電網不適應問題，尤其是北京地區“煤改電”建設帶來的農網發展新問題，著力分析低電壓、站點不足、過負荷、設備老化、線徑過細等問題。農村“煤改電”工程規劃設計建成后滿足農村社會經濟發展需要，布局合理、結構堅強、技術裝備先進的農村電網。在深入分析農村配電網現狀問題的基礎上，結合一個農村“煤改電”試點工程，對使用家庭電采暖的農村低壓配電網建設工作進行了分析。