淺析云南農村中低壓配電網存在的問題與改造對策

云南農業大學機電工程學院　董　曉　付宏才　冷雪梅　阮解瓊

祿豐供電有限公司妥安供電所 張朝軍

淺析云南農村中低壓配電網存在的問題與改造對策

云南農業大學機電工程學院董曉付宏才冷雪梅阮解瓊

祿豐供電有限公司妥安供電所 張朝軍

結合云南地區特點，分析云南地區農村中低壓配電網存在的問題，并從技術、管理和新能源利用等方面綜合探討解決農村配電網存在問題的措施。

農村電網；線路問題；優化措施

引言

云南農村配電網大多是380/220V、10kV和35kV供電線路，供電方式主要以大電網供電為主。雖然目前農村供電水平有了大幅度提高，但是大量新的用電大戶不斷涌現，電力需求日益增加，這對供電質量和可靠性提出了更高的要求。目前，農村的供電水平仍很難滿足農村經濟發展需求。同時，云南部分經濟基礎相對較差的地區農網建設滯后，仍有單電源供電的110KV和35KV變電站存在，供電半徑長，線路損失大，線路T接過多，老化嚴重，供電可靠性差。因此，應采取適當措施解決云南農村電網存在的問題。本文從技術、管理、新能源應用等方面探討解決辦法，期待云南農村電網早日實現優質、安全、低耗的供電目標。

1.云南農村配電網的現狀與問題

隨著云南農村經濟的不斷發展，農民生活水平有了顯著提高，農村電力設施有了明顯改善，但由于農村的用電需求也快速增加，改善農村電網供電難的問題日益凸顯。

1.1地理環境的不利影響

云南農村人口居多，約占人口總數的69%，多數農戶居住在偏遠山區，地形復雜，居住分散，電網架設困難，建設輸變電線路和長距離輸電的電損大，導致成本大幅提高，且維護困難；此外，易受氣候、地震等影響導致供電故障頻發。

云南偏遠山區部分住戶少的村落還未通電，若通過大電網延伸來供電，架設線路成本很高、難度也很大。如耿馬縣由于高山地區較多，農戶居住零散，有少數自然村農戶小于10戶，距離主干線路較遠，采用電網延伸方式解決用電戶均投資較大，最高達到12萬元/戶。但是這些地區往往太陽能資源、風力資源、生物質能資源或小水電資源較豐富，可考慮采取新能源發電的方式解決這部分地區的通電問題，有望取得較好的經濟效益和社會效益。

1.2技術線損問題

導致技術線損較高的原因如：（1）云南農村中低壓配電網結構薄弱，主要是農網線路陳舊，結構不合理。如：不少配線使用年限長，絕緣老化嚴重，一旦使用較大容量的用電器，很容易導致導線過熱熔斷；部分配電網中電表箱和接戶線腐蝕嚴重，絕緣性能差，遇到雷雨天氣易導致大面積停電，并可能誘發用電安全事故；此外，云南農村多為傳統電桿，不僅電桿二次搬運成本高，還加大了施工中人員和設備的安全風險。（2）云南農村配電網的電壓偏低，電能質量差。由于云南有的農村配電網導線截面偏小（2mm2），線路設備絕緣程度低，使得電壓偏低的現象較為明顯。（3）許多變壓器位置遠離負荷中心，有的線路供電半徑偏大。同時，由于低壓線路長，高損耗配電變壓器比例大，致使農村電網線損率高，電能質量下降，供電成本上升，供電效率低下。此外，農業生產的季節性等因素導致農村的用電時間較為集中，用電負荷季節性很強，降低了輸配電設備和線路的有效利用率。

1.3無功補償不足

目前，部分農村電網中仍然沒有安裝無功補償設備，致使電力損耗偏大；尤其是隨著農村大功率電器的不斷增加，致使無功功率的損耗持續增大。

1.4管理線損問題

云南農村電網線損率高，一部分原因是對線路缺乏系統管理、線損管理不及時。云南農村在配電網建設過程中投入資金不足、設備更新緩慢，且線損管理不及時，造成電力運營管理環節難以銜接，影響企業經濟效益。同時，在農村用戶用電和管理上存在欠缺。用戶在用電過程中存在違章和竊取現象，工作人員在抄表核算時的失誤和管理上的疏忽，均會造成配電網的損失，影響農村配電網的發展［1］。

1.5自動化裝置的配置難

云南農村很多用戶居住在偏遠山區中，地形復雜，居住分散。地理條件的局限性，容易使農村電網輸配電線路過長，投資成本高，維護費用大，投資回報率低；也難安裝使用自動化裝置。因此若有的線路出現事故，會造成整條線路停電，查找故障較為困難，影響當地用戶的生活用電質量。

2.云南農村配電網的優化措施

隨著農村居民生活水平的提高，云南農村電網輸電線路存在的問題越來越引起重視，這里試從技術、管理和新能源應用等方面綜合探討解決措施。

2.1技術降耗措施

結合云南農村電網特點，總結已有的降損措施及相關研究，在技術上建議重點加強變壓器節電、無功補償、合理優化網架結構以及電網經濟運行等節能降損的技術措施［2］。

（1）變壓器節電技術。配電網損耗主要是指配電變壓器損耗，因此降低配電變壓器損耗是降低配電網損耗的有效途徑。根據云南農村配電網的實際情況，合理選擇配電變壓器的類型、容量、安裝位置，實現變壓器的經濟運行，最大限度地減少配電變壓器損耗。

a.配電變壓器的類型及選擇。對農村電網的改造需滿足國家規范要求：“農村低電壓線路供電半徑不超過0.5km；農村高壓的綜合線損降低到10%以下”。由于農村住戶比較分散，要達到低壓半徑不超過0.5km的要求，必須設置較多的10/0.4kV小容量配電變壓器才能滿足要求。建議使用非晶態變壓器，其空載損耗是S9型同容量變壓器空載損耗的1/5，特別適合農村的用電特點。與S9型變壓器的投資差額可以在7年內從降低電損的經濟價值中得到補償。

b.合理選擇變壓器容量。對于農村生活用電的配電變壓器，可按其所用電器總千瓦數的近似值選取變壓器的額定功率；對于負荷變化不太大、負載率較高的農村綜合用電的配電變壓器，一般按不超過其高峰負荷總千瓦數的10%來選擇變壓器；對季節性較強的農業排灌變壓器，宜按負荷平均值的2倍選取變壓器；在不常停用或負載峰谷差較大的場所，可采用“子母變”供電方式，本著能耗最低的原則投入不同容量的變壓器。

c.合理選擇變壓器的安放位置。變壓器的安裝要按負荷中心來確定，在確保低壓線供電半徑不超過500m的條件下，盡量使配電變壓器置于或靠近負荷中心，此外，安放位置要地勢高、安全可靠、進出線容易、交通運輸便利。

d.變壓器的經濟運行。季節性負荷或晝夜負荷變化比較大，如果使用一臺變壓器從技術、經濟等方面來說是不合理的，此時可以考慮選用兩臺容量小的變壓器，負荷較小時，即可停用一臺變壓器。在同一配電區域，在多臺配電變壓器的低壓出線端安裝聯絡開關，輕載時采用共用變壓器的方式運行。

（2）無功補償與節能降損。目前農村電網對無功補償的需求在不斷加大。對農網進行合理的無功補償，既可解決無功不足，又可提高供電可靠性、降低線損［3］。無功補償的方式主要有變電站集中補償、低壓集中補償、配電線路固定補償、用電設備隨機補償。針對云南農村電網中無功補償設備使用數量偏少的狀況，建議電力部門根據農村電網的實際狀況，在控制費用的同時，對電網負荷和設備容量進行合理的選擇與調整，以增加電網末端的無功設備容量，減少電網輸送的無功容量，確保用電設備在最佳負載率下運作，從而提高電網電壓的穩定性，降低線損。

（3）科學規劃電網布局，優化電網結構。根據云南農村用電情況合理規劃電網布局，優化電網結構，從最大程度上降低電能損耗：①要對農村電網的結構進行優化和完善，做到合理布局、以短半徑的方式供電。當高壓線路進入農村時，盡可能將配電變壓器安置在負荷中心位置；為了避免迂回供電，從變電器的低壓側到負荷點采用輻射式向四面八方延伸；供電半徑要嚴格遵守有關部門的規定，務必將配電變壓器安置在村內。②選擇合理的線路截面，在保證增加導線截面降低線損的同時，要避免維修費用和線路投資過高，綜合考慮投入和線損的關系，合理選擇線路截面。③從安全的角度出發，多加使用低壓絕緣線，有效提高線路的絕緣化程度，降低安全事故的發生概率。④在網架更換上，針對山區特殊運輸環境，采用輕型鋼管電桿代替傳統電桿，促使配網特殊物資向標準化、輕型化方面發展，節省大量人力、物力資源。

（4）實現農村電網的經濟運行。電力部門在供電管理時，一方面要對用電負荷做合理的調整，避免輕載；另一方面要按季節合理調節電網運行電壓水平，使電網處于經濟合理運行狀態，實現“安全、經濟、多供、少損”的經濟效益目的。這里就如何實現農村配電網的經濟運行提出幾點措施供參考：①在輕載線路中，為了避免輕載運行，可以暫時停止供電；在重載線路中，為了避免過載，盡量設法分散客戶用電時間。②合理調整線路的運行電壓。在季節性較強時，可以通過調節變電站主變壓器的電壓分接開關進行調壓；在較短時間內用電負荷的變化，如晝夜負荷，可通過投切變電站內和線路上的補償電容器的容量進行調整。降低線路的運行電壓，使線路末端的電壓波動范圍在額定電壓的±7%之內。

2.2管理降耗措施

在農電系統中，不少供電企業線損率非常高，電能損失嚴重。除了部分計量誤差，大部分原因是供電單位在工作管理方面的疏忽。所以，加強用電管理是降低農網線損的必要措施。

2.2.1提高線損管理人員的綜合素質

線損管理人員的知識技能和管理水平，直接影響到農村電網降損管理的成果，因此要加大對線損管理人員的崗位和業務培訓，不斷提高線損管理人員的綜合素質。在實際工作中，線損管理人員要不斷總結經驗和教訓；引入現代化的管理手段，加強對線損管理的重視。此外，應建立一定的線損管理及獎懲制度，將線損目標予以量化，對完成目標任務的加以獎勵，對未完成任務的，予以處罰，并責令其分析原因，限期加以改正。

2.2.2完善線損的管理體系

近幾年，我國進行農村配電網線損管理采取了線損指標考查技術、遠抄集抄技術和銷售管理信息技術等措施，但是，電網管理水平仍然偏低，相關職能部門的權利和責任劃分不清，導致電力運營管理環節一環一扣難以銜接，最終造成電量損失。因此，電力部門應提高對線損管理的重視，通過設定規章，建立健全制度等強化對線損的管理，同時明確崗位職責，形成一級對一級，層層抓落實的局面，保證將線損控制落實到人。

首先，要加強對農網的管理措施，加強對用戶的監督檢查，防止個別用戶非法竊電或違章用電，并依法加以處罰；其次，加強對電工日常工作的監督，定期準抄表；最后，合理規范農村電網的數據統計工作，統一抄表、核算、收費、做帳，對所得到的相關數據做到統一分析和評估。

2.2.3加強農村配電網的規劃建設

為了更好地完善云南農村配電網，提高電壓質量，滿足農村用戶的用電需求，需要加強農村電網的規劃建設。在農村配電網建設時，對農村配電網的發展狀況進行認真的分析研究，準確預測農村配電網的負荷變化，提前做好統籌規劃方案，并請專業人員進行評估，還要對配電網中線路的布局和電力設備的選擇進行詳細論證和科學分析，確保各項工作都能夠最大限度地滿足農村的配電網建設［4］。在實際規劃建設過程中，避免倉促決定，力求從源頭上消除農村配電網潛在的安全隱患和質量隱患。

2.2.4加大投入改善配電設備

云南農村中低壓配電網結構薄弱，主要是農網設備相對落后。變壓器老化嚴重、性能差、耗能高；配線截面偏小，絕緣老化現象較嚴重，一旦使用大功率電器，導線容易過熱熔斷；此外，農村配電網中的電表箱和接戶線腐蝕嚴重，絕緣性能差，遇雷雨天氣經常停電，并可能誘發用電安全事故。因此，在配電網建設過程中，應加大資金投入，及時對配電網中所使用的變壓器、電線桿、輸電線及電表等設備進行更新，確保其質量性能滿足用電需求，且要盡可能安裝使用自動化裝置、提高配電設備的管理水平。同時，形成固定檢修機制，及時發現問題、解決問題，使電網處于良好運行狀態［5］。

2.3新能源技術替代措施

可再生的新能源發電已成為世界電力發展的主要方向。一方面，隨著智能電網技術的發展，新能源發電的電網接入等問題得以緩解；另一方面，一些可滿足個別家庭或局部供電需求的中小型新能源發電系統和設備不斷投入使用。

云南農村分布著大量可再生能源，其中主要包括水能、風能、太陽能和生物質能等；其中微型水力、低速風力以及太陽能分布廣闊，優勢明顯。新能源的優點在于其靈活性高、成本低、損耗小和節能環保等。通常情況下，在負荷分散、遠離電力系統的偏遠地區，宜考慮充分利用本地能源，因地制宜的建設小型電站自行供電［6］。

2.3.1生物質供能

生物質能源［7］在云南農村儲存非常豐富，尤其是農作物廢料、畜禽糞便、農產品加工過后的有機廢料和生活垃圾等都是很好的廢棄生物質，既有巨大的資源保障，且有利于環境保護；生物質發電方式可選農林生物質發電、垃圾發電或沼氣發電。

基于沼氣的生物質供能［8］是指通過厭氧發酵的方式使生物質原料產生可以供能使用的沼氣。一方面，鼓勵農村家庭建立和使用沼氣來解決廚房等用電問題，減輕對電網用電需求，這在云南姚安縣等地推廣較好；另一方面，通過集中收集生物質燃料，產生的沼氣經過除濕和凈化處理后與液化天然氣混合制成生物質燃氣，可用于內燃機發電供氣，內燃機的部分負荷性能使其良好地結合實際應用需要增減容量，通過增加內燃機運行數量可以適應負荷變化，達到為用戶提供電能的目的。

2.3.2風力發電

風能是一種取之不盡、用之不竭的可再生清潔能源。云南風力資源豐富，平均風速在每秒3m以上，資源總儲量1.23億千瓦，風能資源可利用區面積4.52萬平方公里，占云南省土地面積的11.48%［9］。

云南在風電和水電的互補調節上有很大優勢。隨著能源結構調整和電網技術的發展，云南“風水互補”模式已有很大優勢，且云南優質的風電資源理應大力開發。

2.3.3太陽能光伏發電

太陽能作為一種新能源，被認為是最理想的能源，近來備受關注［10］。一方面它減輕了傳統化石燃料能源對環境帶來的負面影響，另一方面太陽能光伏發電打破了常規電網的局限性，解決了經濟不發達的偏遠農村地區的用戶難以通過常規電網用電的問題。針對我國農村用電問題的各種情況，開發成本低、使用壽命長、集成度高、安裝維護簡便的小型太陽能供電設備成為當務之急。根據云南偏遠地區孤立家庭用電情況，設計小型太陽能光伏發電系統，充分利用云南豐富的太陽能資源和光伏發電的安全可靠、無噪聲、無污染、制約少、故障率低、維護簡便等優點，解決部分偏遠地區孤立家庭用電不便的問題，也是值得嘗試的。

2.3.4新能源互補發電

所謂互補發電，就是指多種變化規律不同的電源聯合運行，各種發電方式在一個系統內互為補充，通過其協調配合來提供穩定、可靠、質量合格的電能。

在可再生能源中，利用風能、水能、太陽能和生物質能發電是發展最迅速、前景最廣闊的，它們各具特色、又在時間和空間上具有互補性。采用互補發電方式比單一發電方式更高效、可靠。

因此，根據自然資源條件，合理選擇開發利用多種可再生能源，在偏遠農村負荷中心就地安裝建設基于多種可再生能源聯合發電的分布式發供能系統，可以實現可再生能源的高效利用，并提高農村地區的供電可靠性和電能質量。

3.結語

本文針對云南農村電網的現狀及所面臨的問題，在技術上，分別從變壓器節能、無功補償、網架結構改造及電網經濟運行等方面探討農村電網節能降損技術，如何從技術上降低計量裝置電損，如何減少設備缺陷和隱患，分析了各種節能降損技術的應用方法與需要注意的問題；在管理上，從提高線損管理人員的綜合素質，如何從管理上降低線損，如何合理分配人員，完善農村電網線損的管理體系，加強農村配電網的規劃布局，加大資金投入、改善農村配電設備等方面降低農村電網的損耗；在新能源利用上，以生物質能、風能、太陽能、新能源互補發電為主，采取獨立發電方式解決云南農村供電不足的問題，也將成為重要的選型。

［1］王明輝.淺談農村電網線損管理存在的問題及降損措施［J］.機電信息，2012（33）：26-27.

［2］倪建立，馬放瑞，畢鵬翔，等.農村電網節能降損與自動化實用技術［M］.北京：中國電力出版社，2008：146-159.

［3］Piao Zailin，Tan Dongming.Intelligent Control Strategies and Devices of Line Reactive Power Optimization for Smart Rural Power Gird［J］.China International Conference on Electricity Distribution，2010 China International Conference on Electricity Distribution：1-4.

［4］楊光.農村配電網發展存在的問題及解決措施［J］.能源與節能，2014（08）：4-5.

［5］曾妍.淺談農村電網存在問題及解決辦法［J］.科技創新導報，2013（07）：138-140.

［6］Henry Louie， Elizabeth O’Grady，Vincent Van Acker， Steve Szablya，Nirupama Prakash Kumar，and Robin Podmore.Rural Off-Grid Electricity Service in Sub-Saharan Africa［J］.IEEE Electrification Magazine，2015，3.

［7］奚利豐.分布式能源在新型農村電網中的應用與前景［J］.農機化研究，2013（04）：226-230.

［8］郭甲生，秦朝葵.基于生物質燃氣的農村地區生態校園供能模式研究［J］.廣東農業科學，2011（03）：211-218.

［9］http：//yn.zwbk.org/lemma/767（2011/10/21）.

［10］Wang LinJun，Xu LiXiao，Shao Lei，Men Jing，Zhang Dong，Liu Wei，Gao ZhangWei.Errors analysis of transmission mechanism of dish solar auto-tracking system［J］.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering；2014.30（18）：63-69.

付宏才【通訊作者】（1966-），男，博士，副教授，主要研究方向為農業系統工程。

董曉（1990-），女，碩士研究生，主要研究方向為農業電氣化。

冷雪梅（1979-），女，講師，碩士，研究方向為電力系統分析技術。