农村低压台区的“低电压”成因分析及治理方案探讨

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  引言:针对部分农村电网呈现出的“卡脖子”、“过负荷”等现象,结合 “低电压”的时段性和地域性特征,从电网结构、配电网络线路设备改造、农网投资力度与负荷增长幅度的匹配情况等方面分析现象出现的原因,从管理层面和技术层面设计了一整套切实可行的治理方案,并分析了方案的实施成效。通过实施治理方案, 对于降低“低电压”投诉率,保障居民生活的用电需求和电压质量,提高农网用户的生活质量和消费水平,促进农村经济又好又快发展有积极的意义。
  一、前言
  随着农村居民生活水平的提高,尤其是“家电下乡”政策的拉动,微波炉、空调、电饭煲等大功率电器逐步在农村普及,农村的用电性质发生了根本改变,部分农村电网出现供电能力不足的情况。农村配电网低电压还呈现出典型的时段特征:每年春夏秋冬的灌溉时段、7月~8月的高温时段、每天做饭时间的用电高峰时段,用电负荷集中,尤其是大量农户同时使用排灌抗旱变压器和综合变压器、空调、电磁炉时,给重载配变设备的平稳运行带来很大的压力,配变满载、过载现象时有发生。许多地区,尤其是台区末端的用户家中电压低,家用电器无法正常启动和使用,农网“卡脖子”、“过负荷”现象凸显,严重影响了农网用户的生活质量,不利于改善农村居民生活和提高农村消费水平,也不利于构建和谐的供用电关系。近年来,关于电压质量的投诉已经成为客户满意度指标中最大的影响因素之一。
  2010年5月,国家电网公司下达《治理农村“低电压”问题的意见》[1],提出要用3年时间基本解决农村“低电压”问题。鉴于此,针对农村低压台区,特别是距离台区较远的山区,实施改善电压质量的方案成为近年来很多地区供电局的当务之急。目前,我国农网改造资金不足,技术相对落后,迫切需要研究设计经济实用的技术方案,尽快改造农村低电压台区,提高电能质量。
  二、农村配电网的“低电压”问题及原因剖析
  1、新农村的快速建设提升了农户的电能需求和对质量的要求。
  新农村的快速建设带来了大功率家用电器的普及,原有的一村一配变模式已经无法满足客户不断增长的电能数量和质量要求。再加上生产规模和个体经济的扩大,实际用电量远远超出电网核定容量,导致低压配电网的低压问题凸显,到供电所或拔打95598反映电压低、无法使用家电的客户不断增多。很多地区在台区改造不久就面临局部“低电压”问题,供电所常常陷于疲于应付的局面。
  2、城镇化建设和违规搭挂加剧了城乡结合部的“低电压”状况。
  随着城镇化的发展,部分乡镇、村庄从原来的郊区变成了现在的城区,乡镇配电设备却没有随之更新,导致城乡结合部的近郊变成了“低电压”的“重灾区”。再加上大功率电器的广泛使用,进一步打破了原有的用电供需平衡。更为严峻的是,原本就老旧的乡镇配电设备常常被搭挂其它线路,不仅不利于检修人员攀登电杆和杆上作业,而且由于不同单位的线路参数不同,搭挂可能会直接影响并改变拉线、电杆的受力,给人身、电网安全带来很大的隐患,进一步加剧了城乡结合部的“低电压”状况。
  3、配变台区的电网结构影响了供电电压和无功补偿能力。
  部分地区35KV变电站布点不足,配变台区布点有限,10KV线路中有20%的供电半径超标,无法保证低压农网的供电质量。与此同时,目前很多公司的农网无功补偿与配变容量不匹配,变电站和农网线路集中补偿无功容量不足,无功分散补偿无法达到要求,低压无功补偿不足。再加上农网点多、面广、线长,线路呈分散状,负荷谷值和峰值相差大,设备空置率高,送电效率低,供电可靠性难以保证。很多公网配变按照2~4 kW/户的标准测算配变容量,无法满足农村用电负荷剧增的现状。
  4、农网投资力度与负荷增长幅度不匹配加剧了“低电压”状况。
  农网网架本身相对薄弱, 低压线路尚存,存在供电半径长、负荷分布不均、线路损耗高、功率过剩或缺额、用户用电质量差等问题。农网设备老龄化严重,又受到改造资金的限制,无法保障供电的安全性、可靠性和经济性[2]。近年来大功率电器广泛引入后,农网低电压问题进一步凸显,但是受到国家重视程度的影响和资金总量的限制,农网投资力度相对城区较弱,加剧了本就存在的“低电压”状况。
  5、配网线路的维护和消缺受到可靠性指标的影响较大。
  供电可靠性是电网质量和水平的最终体现,需要同时减少客户平均停电时间和故障停电平均持续时间,避免生产任务与指标之间的矛盾。同时,由于配网带电作业受道路的影响较大,部分业扩项目因带电车无法到达而无法实现,从而导致配网线路重复停电施工现象的出现。受供电可靠率指标的影响,供电所在巡视中发现隐患、缺陷时,处理时往往需要较长的停电周期,直接影响了“低电压”电网的改造。
  6、网络线路设备的改造难度大,无法真正做到小容量、密布点。
  受到资金有限的制约,无法从根本上改造农村配电网络设备,彻底解决配变容量小,低压主干线和接户线截面小以及低压供电半径大的问题,随着用电需求的增大,“低电压”情况频频发生。不仅如此,台区农网改造施工时,部分涉及个人利益的群众不同意线路走廊占用自己的土地,常常阻扰工程施工。尽管供电所在改造前后多次同镇政府、村委会、村小组的相关人员和广大群众沟通,但往往是收效甚微,最终被迫调整配变安装位置,改变线路走向,导致很多地区10 kV的线路无法架设到负荷中心,也无法真正做到小容量、密布点,为“低电压”问题埋下隐患。
  三、整治农村“低电压”的策略分析
  (一)管理层面
  1、依据新型农网要求和当地经济发展规划做好区域电网规划。
  按照“结构优化、布局合理、技术适用、供电质量高、电能损耗低”的新型农网要求,把新农村电气化建设计划和电网发展规划结合起来,确保满足人民群众的用电需要[3]。制定电网规划时,一方面考虑低压接户线、供电半径、配电变压器布点等硬件因素,另一方面也要考虑施工青赔、关系协调、政策处理等软因素,全面推动农村电网建设的顺利进行。同时,积极与地方政府沟通,力争将电网规划纳入新农村电气化规划和乡镇发展规划中,适度超前做好前期工作,适应新农村电气化建设的需要。   2、综合治理、梳导结合,形成低电压综合整治机制。
  首先,按照电压质量管理职责,成立低电压综合治理工作组。结合辖区供电实际,分别从管理层面和技术层面梳理造成“低电压”的原因,从组织、管理、技术、服务等方面制定综合性治理方案,全面改造10kV配网“卡脖子”和低电压现象。其次,推行“线-变”责任制,搭建各部门协同工作的综合管理平台。建立与95598供电服务热线联动的低电压整治应急机制,及时处理客户反映的低电压问题。再次,优先安排治理低电压的专项资金,为治理农村“低电压”提供资金保障。最后,建设农村“低电压”综合治理管理信息平台,统筹管理治理过程中发生的报表和数据资源,并在此基础上以计划、普查、评估三大能力为核心,整合数据分析、文档管理、报表集装、PDA等应用系统,配备与SG186配电GPMS、ERP系统的接口,搭建协同办公管理系统,确保“低电压”综合治理信息共享,实现横向信息和纵向信息的及时交互和农村电压管理的互动化和信息化。
  3、加强客户的需要管理,实施低压负荷错(避)峰管理
  针对部分地区农户居住分散,架线难度大等地理环境因素,采取引导低压客户错(避)峰用电的方式,加大宣传,调动客户错峰用电积极性,改变农户的用电习惯,克服农忙负荷集中时期的高峰用电。具体而言,各供电所应该做到以下几点:一是推行公变低压的属地责任制,鼓励村委会自发组织成立领导小组,为农村低压用电需求侧管理提供组织保障;二是集中开展移动式生产加工点建设,降低用电高峰时段的动力负荷;三是为低压客户统一安装过电流负荷控制装置,当负荷电流达到或超过设定值时,断路器报警自动跳闸和自动重合闸[4]。通过以上措施,提高农村地区的用电质量,在满足农村客户正常生产生活用电需求的同时解决“低电压”问题。
  4、强化运行管理,降低三相负荷的不平衡度
  供电所应结合自身实际,根据负荷变化情况和配变三相负荷不平衡的运行规律,调整管理配变分接头,做好配变的增容改造工作,充分发挥配变自身调压能力,改善客户端的供电电压质量。建设配变负控终端平台和台区配电监测终端,利用监测数据分析每台公网的配变负荷,采取措施改善配变经济运行水平,解决由于变压器绕组压降不同导致的三相偏差较大问题。对负荷不平衡度大于15%的配电台区降低三相负荷的不平衡度,保证负荷重的线路中末端在变压器出口处的不平衡度小于10%,干线及主要分支线的首端不平衡度小于20%,改善电压质量,减少浪费,解决“低电压”问题。
  (二)技术层面
  1、改造低压电网,缩小低压线路的供电半径。
  依据村庄的人口分布和用电特征,采取“小容量、密布点”的方式,“一对一”设计配变模式。在村、镇负荷中心引入10 kV线路,建立连接多台小容量配变的“手拉手”配电网,直接缩短每一台配变的出线路径。按照主干线采用240 mm2绝缘导线、分支线采用185~150 mm2绝缘导线,接户线导线截面不小于16 mm2/每户的标准,延伸改造线径偏小的10KV线路,增加导线截面。对于建设标准低、未实施农网改造的山区台区,增加配变布点,更换线路导线,确保导线截面大于50mm2。对于相对集中的小负荷山区客户,采用单相变压器供电;对于供电半径大于500 m,功率因数大于0.9且电压波动较大或压降较大的配变台区,采取措施在线中后段加装低压调压设备,提升侧供电电压质量。
  2、安装宽幅调压变压器,弥补配变调压能力的不足。
  当台区电压低压标准电压5%时,核对并升档调节分接开关档位,将安装初期在Ⅱ档的分接开关调至Ⅲ档,把“低电压”调至合格;当台区电压低于压标准电压的5%~10%时,重新将三档调压配变更新为五档宽幅调压变压器,消除因调压配变过小带来的“低电压”问题。若还无法消除这一问题时,再考虑综合治理方案(对于供电半径超过15km的10kv线路安装单相变压器,安装精益电压补偿装置等),调节线路末端的电压,弥补配变调压能力的不足。
  3、采用无功精细补偿装置,进行无功就地补偿。
  对于改线相对困难的农村配变台区,在开展经济技术分析后,结合农网密度低、分支多、线路长等特点,在适当的位置安装数字式无功精细补偿装置,降低损耗,解决电网末端的“低电压”问题。具体而言,在负荷均匀分布的农网线路上补偿配电变压器时,要按照“三分之二”的法则在低压主干线路末端推行分散补偿,即:在自送电端起线路长度的2/3处安装电容器,把容量控制在线路无功补偿处用电负荷的2/3[5]。同时要加强电压质量的过程管理力度,建立健全电压质量管理与考评体系,加大电压质量管控力度,确保农网电压质量可控、能控、在控。
  4、积极推广三相/单变压器混合的供电模式,减少空载损耗
  针对10kV高压单相变压器密布点、小容量的特点,适当引入10 kV高压单相供电方式,同三相制供电方式形成补充。通过单相式变压器组成的三相变压器或者挂杆单相变压器,直接将10kV的高压送到农户终端,减少低压线路长度。同时,针对农业季节性强的特征,采用单/三相母子供电的模式,在农闲时用小容量的单相变压器,减少浪费,在农忙时采用三相变压器,增加负荷动力,既减少了空载损耗,也满足了客户对电压的需求,一举两得。
  四、农村“低电压”治理的成效分析
  通过上述手段,能够在很大程度上治理农村的“低电压”问题,提高农网的供电能力和供电质量,提升农村供电服务水平,增加农村地区的售电量。更重要的是,治理农村“低电压”,能够满足广大人民群众日益增长的生产生活用电需求,促进农村经济的健康快速发展。
  1、提升农网供电能力。
  从改造重载线路、缩短供电半径等方面入手,升级改造现有农网,解决“卡脖子”、“过负荷”等原因造成的“低电压”问题,优化线路,增加变电站数量和配电变压器,提升变电容量,满足农户用电需求。   2、提升调压能力。
  通过建设有载调压变压器和选用分头定制型配电变压器,提升客户侧电源和变电站的调压能力;通过加装线路自动或客用调压器改造低电压线路,解决超半径供电引起的“低电压”现象,解决“低电压”用户需求。
  3、提升无功补偿能力。
  通过分组改造变电站电容器的容量配置,在100kv及以上的变压器上加装改造无功补偿装置和无功自动跟踪补偿装置,提高功率因数, 减小沿线电降落, 同时升高末端电压,在设备现有的绝缘能力下提高其承载能力,进而提升各级电网及客户侧无功补偿能力。
  4、提升科技应用能力。
  依据国网公司《农网科技进步支撑框架》、《新型农网评价标准》等制度的要求,在探索和研究农村“低电压”治理方案的过程中,紧密结合智能电网建设,在集成和简易配电自动化模式、低压客户用电信息采集等领域大力推广成熟、先进的科技成果,提升农村“低电压”治理的科技含量和综合管理水平。
  5、提升运行管理能力。
  在治理农村“低电压”问题时,一方面通过增加电压检测点,更新改造低压监测仪,提升电压质量的检测水平。另一方面,制定无功设施运行维护管理规章,加强设备运行过程中的维护管理,减少缺陷,提高设备的完好率。与此同时,建立“低电压”配电台区台账,在符合高峰到来前调整配电变压器分头,进而提升运行管理能力。
  6、提升营销服务能力
  通过强化营销数据分析,在报装接电环节标注单相客户所接相别,计算分析三项用电量,加强对“低电压”用户的装接电管理,控制了三相不平衡度。此外,通过信息共享平台和综合处理机制,加强台区用户的错峰用电管理,及时掌握了配电台区的用户用电负荷情况,大大提升了营销服务能力。
  五、结论和建议
  本文针对部分农村电网出现供电能力不足的现状,结合部分地区“低电压”的时段性和地域性特征,从电网结构、配电网络线路设备改造、农网投资力度与负荷增长幅度的匹配情况等方面分析了农网“卡脖子”、“过负荷”等现象产生的原因,从管理层面和技术层面设计了一整套切实可行的治理方案,并分析了方案的实施成效。具体而言,在管理层面需要统筹规划,建立低电压综合整治机制,加强客户侧需要管理;在技术层面需要改造低压电网,安装宽幅调压变压器或单相变压器,采用无功精细补偿装置等措施,形成低电压治理长效机制。通过以上措施综合治理,对于降低“低电压”投诉率,保障居民生活的用电需求和电压质量,提高农网用户的生活质量和消费水平,促进农村经济又好又快发展有积极的意义。
  参考文献
  [1]国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定[R].国家电网公司文件,2009.
  [2]电力系统无功补偿配置技术原则[R].国家电网公司文件,2008.
  [3]国家电网公司2010社会责任报告[DB/OL].金融界:http://stock.jrj.com.cn/2011/02/1700269210398.shtml.
  [4]曹亚旭变电站电玉无功控制策略研究[D].华北电力大学,2010.
  [5]李晓宇,邵跃平浅谈农村电网低电压治理电力需求侧管理,2011.
  (作者单位:国网山东省电力公司枣庄供电公司)
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