農村地區低壓配電網環網可行性探究及其典型模型的建立

劉振華

摘 要：在農村地區，低壓（0.4kV）配電網一般具有在電源單點分布、線路單輻射、不具備環網點、供電半徑長等特點，一般不具備低壓轉供電的條件。探究農村地區低壓配電網環網可行性，并建立其典型模型，可為日后低壓配電網的建設提供指導思路。農村地區低壓配電網環網的實現，可以在配變或低壓線路檢修施工、故障搶修時對低壓負荷進行轉供電，大大提高供電可靠性，從而保證農村較為重要負荷（如規模化養殖場等）的連續供電。

關鍵詞：農村；低壓配電網；環網；可靠性

1 農村地區低壓配電網現狀分析

目前，在廣大的農村地區，特別是邊遠地區，低壓（0.4kV）配電網的供電電源、供電地理路徑由于受到地型地貌、村民屋宅、人文風情等多種因素的影響，而呈現極不規則的分布狀態，導致低壓配電部呈現電源單點分布、線路單輻射、不具備環網點、供電半徑長等特點。由于上述原因，農村低壓配電網在檢修或者故障期間，一般不具備轉供電的條件，從而降低了低壓配電網的供電可靠性。然而，隨著社會經濟的發展，很多農村地區已經將傳統的養殖業、種植業進行規模化、規范化生產。而這些產業的發展，從一定程度上提高了生產對用電的依賴程度，這就意味著農村地區對供電的可靠性越來越高。如何解決農村地區供電可靠性較為低的現狀和對供電可靠性越來越高的矛盾，將是配網運行管理研究的一個方向。

2 農村地區低壓配電網環網可行性探究

2.1 負荷需求和發展導致客觀條件的可行性分析

目前，隨著人民生活水平的提高，農村村民已經普遍使用空調、電磁爐、電飯鍋、燒水壺等大功率電器，加之較多的房地產公司已經將目光聚焦在農村廣袤的土地資源上，農村用電負荷的急劇增長是大勢所趨。而較大的負荷需求迫使供電企業在同一條自然村安裝2臺或者2臺以上的10kV配電變壓器，這種現狀，為同一自然村低壓配電網環網提供了可能性。另外，由于農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建，可能導致兩條自然村的用電負荷片區距離縮短，這也為不同自然村的低壓配電網環網提供了可能性。村民較大的用電需求可能迫使村民在供電企業增加電源點、改造低壓配電網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在進行增加配電變壓器而進行了選址、低壓線架設時而受到村民阻撓的壓力。

2.2 設備狀態的可行性分析

近年來，供電企業在配網改造方面投入了大量的資金，例如南方電網公司在沿海地區進行的抗風加固工程、配網基建工程、各類大修技改工程、春節防配變燒損工程等，這大大改善了農村地區配電設備殘舊、疏于維護管理、設計不規范等落后面貌。目前大部分農村地區的10kV配電網以及0.4kV低壓配電網的設備健康水平能夠達到低壓環網要求。另外，隨著供電企業規范化臺區建設的推進，10kV配電臺架逐步使用低壓配電箱（含無功補償、低壓過流保護開關、缺相保護開關等），這為低壓配電網環網提供了基礎設備以及技術支撐。

2.3 資金可行性分析

文章提出將農村低壓配電進行環網的思路，旨在將在目前基本滿足條件的設備現狀條件下進行較小的改造即可，或者在日后的新建低壓配電網基建工程提前將“低壓環網”納入設計。前者一般只需要增加低壓環網點的環網開關，可以納入修理項目，所需資金較小；后者一般只需在原有基建項目設計的基礎上增加低壓環網點的環網開關和一些必要的低壓保護類型開關，所需資金亦不大。

3 農村地區低壓配電網環網典型模型的建立

一般而言，農村低壓（0.4kV）配電網以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網的基礎模型。參考10kV較為經典的“手拉手”環網模式，文章同樣考慮以“末端環網”構建低壓環網模型。考慮到由于轉供電，低壓末端聯絡開關的電流方向具有不確定性，故選用熔片式低壓戶外開關作為各路出線的聯絡開關。具體模型如圖所示。

圖中，K1和K2分別代表配變1和配變2的總線保護開關；S1、S2、S3、S4分別代表各路出線的保護開關；L1和L2代表聯絡開關（熔片式低壓戶外開關）。正常情況下，聯絡開關L1和聯絡開關L2處于分開狀態，S1、S2、S3、S4處于閉合狀態，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（S1、S2、S3、S4中的一個）處于分開狀態，對應的聯絡開關（L1或L2）處于閉合狀態，線路處于轉供電狀態。

4 農村地區低壓配電網環網典型模型各主要電流節點的保護設定

4.1 配變的出線總開關定值設置

考慮到配變在正常情況下只承擔原來自身出線的負荷，但在轉供電情況下，還要承擔另外一臺配變的部分負荷。為了避免配電變壓器因為出現重過載而燒損的情況，配變總線保護開關K1、K2的定值按1.1倍配變低壓側額定電流設定，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S1、S2、S3、S4開關定值設置

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

在構成低壓環網的情況下，S1、S2、S3、S4開關定值設置應該綜合考慮兩臺配變的實際負荷分布，即需要將轉供電情況下的最高負荷分布考慮進來。

4.3 聯絡開關L1和L2的定值設定

當負荷進行轉供時，L1可能承擔出線1或者出線3的最高負荷；L2可能承擔出線1或者出線3的最高負荷。為了確保L1和L2在承擔任何可能負荷時，保護均能起到作用，該開關的熔片型號按照其承擔的相關出線最小的最高負荷選定。例如：出線1、出線3的最高負荷分別為I1、I3，若I1I3，則L1定值按I3選取，可選It（L1）=I3。

5 提高與改進

文章提出農村地區低壓配電網環網典型模型，選取了2臺配變在低壓線路末端環模式，有一定的缺陷。如果要實現在任何負荷高峰時期，所有負荷都能實現轉供，那就必須增大配變的容量和低壓線線徑，這樣設備的利用率只有50%。所以，研究其他更為完善的低壓環網方式和模型，具有重要的意義，也是日后需要進一步探討的方向。

6 結束語

文章通過對農村地區低壓配電網進行分析，總結其相關特點，探究農村地區低壓配電網環網可行性，提出了農村地區低壓配電網環網的典型模型，并對該模型的定值保護進行了分析。為日后低壓配網的建設和運行方式提供了思路，也為提高低壓配電網的供電可靠性奠定了基礎。