农村“煤改电”实施后配电网规划设计优化分析

韩召芳，芦雨帆，赵越

（北京京电电力工程设计有限公司,北京 朝阳100070）

“煤改电”指将农村传统的采用燃煤取暖的方式改造为用电取暖的方式，通过空气源热泵、电锅炉、电蓄热储能、类似中央空调等取暖方式代替传统燃煤取暖，以达到减少碳排放的目的。电采暖的设备容量大，耗电量高，北京地区冬季负荷逐年递增。随着居民消费能力的提高，冬季采暖负荷不断攀升，使得北京地区居民的用电，在供暖季节增长十分明显，就每年冬季典型日负荷来看，每日负荷的变化趋势基本相同。

1 农村“煤改电”配电网规划设计

农村“煤改电”配电网规划设计前，需要调研低压台区的现状，对台区存在的问题进行梳理与分析，有目的地开展规划设计和改造工作。规划设计完成后，农村电压质量应有明显改善，供电能力和可靠性将应得到较大提高。

1.1 低压配电网负荷测算

在负荷预测时，应考虑配电和用电环节智能化引起的用户终端用电方式变化、负荷特性变化及分布式能源接入对负荷预测结果的影响。具体的负荷指标可选取为：对于农村集中居住区，住宅建筑面积≤120 m2，基本配置容量为9 kW/户。

1.2 10 kV电网规划设计技术原则

农村“煤改电”配电网按照“规划先行、突出重点、因地制宜、务求实效”的原则，统筹电网发展，促进城乡一体化进程；适应农村用电的快速增长，尤其是农村建设、重点镇建设和流域经济带来的负荷增长情况，保障农村建设、地区经济和社会发展的电力负荷需求，不断提高电网的电能质量、可靠性和经济性。农村“煤改电”工程按照“安全可靠、技术适用、减少维护、节能环保”的原则，采用成熟先进的新技术、新设备、新材料、新工艺，禁止使用国家命令淘汰及不合格的产品。

1.3 低压电网规划设计的基本要求

低压电网按规划一次建成，并具有较强的适应性。当不满足需要时，可分装新变压器。应随着负荷的增长及配电网的建设改造，逐步缩小低压线路供电半径，不宜大于250 m。

低压架空线路与10 kV架空线路同杆架设时，低压架空线路不应越过10 kV架空线路的分段开关。

低压架空导线采用铝芯交联聚乙烯绝缘线，干线截面一般采用150 mm2，支线采用70 mm2,低压接户线截为16 mm2。

低压架空线路采用绝缘线，架设方式宜采用分相式，受条件所限时，可采用集束式。

低压线路三相负荷电流应尽量平衡。

柱上三相配电变压器低压出线电缆应选用交联聚乙烯四芯同截面铜芯电缆，单相变压器采用两根单芯电缆。

农村煤改电低压配电箱为1进3出，馈线开关选用带剩余电流保护功能的塑壳断路器，低压馈线一般为2～4路，断路器具有过流和短路脱扣功能。低压空气开关应考虑开关壳架等级额定电流与脱扣器电流整定值的选配，适于一次选定，或者开关初期选用、终期换大，主开关和出线开关应根据设计要求，满足保护级差配合要求。

2 农村“煤改电”实施后配电网规划设计优化建议分析

新增的“煤改电”村庄中，“煤改电”之前一般1台变压器就能够满足村民的用电需求。实施“煤改电”工程之后，往往需要换装1台400 kVA的变压器并分装4台400 kVA的变压器来满足用户的日常使用。对于许多农村而言，变压器一般设置在村庄外的道路一侧。这种布置对规模较大的村庄而言，可能存在台区供电半径过长的现象。在户均容量配置上，多以9 kW为主。由于户型和住房面积的不同，这一标准造成了部分地区容量不够，仍需额外通过其他方式采暖，而有些地区容量较为富裕，一般也较少适用的情况。

2.1 农村“煤改电”主要采暖设备

新增“煤改电”台区的用户采暖方式主要有3种：空气源热泵式、蓄热式和直热式。采用空气源热泵式取暖相对较为经济，但受政府推广的引导影响，不同地区的主要采暖方式也不一样。

2.2 农村“煤改电”后的网架结构

电采暖的规模化应用不仅导致采暖季负荷增长较快，也加剧了某些台区的三相不平衡程度。为了减少三相不平衡对台区的影响，需更改支线供电方式。同时由于煤改电负荷的增长，对低压接户线的选型、接户线的布置方式也提出了新的要求。

煤改电带来的负荷增长需要对线路进行新建和改造，在煤改电工程实施的过程中，如何有效利用原有的配电网结构，尽量减少投资是本项目需要研究的。由于北京地区土地资源较为紧张，在路由不够的情况下，10 kV线路布置需要考虑同杆双回并架的方式。由于北京市电力公司采用同杆并架的10 kV配电线路很少，因此需要形成配电线路同杆双回并架的相关规范，同时该设计应能满足带电作业的要求。

2.3 农村“煤改电”后的网架结构

高压线路及变压器深入负荷中心的布置原则和路径走向：对于一般小型村庄，由于村庄规模不大，村内道路相对较窄，一般可以将变压器和高压线路布置在村庄外围。但对于较大的村庄，变压器布置在外围会导致供电半径过长而影响末端用户的电能质量。因此需考虑合理对变压器及高压线路的布置原则。

合理选择变压器容量及供电半径：依据目前的变压器容量来看，应制定合理的变压器容量选取原则，保证变压器容量的充分利用和经济运行。

煤改电台区防雷技术：北京地区山区地形较多，一些远郊空旷地区也是雷击的重点地区。“煤改电”工程的开展会导致10 kV线路延伸，新建线路等。新建线路和原有线路对防雷均提出了新的需求。

10 kV大截面导线的布置原则和更换原则：由于“煤改电”工程会导致负载率上升。对于部分10 kV线路，为避免线路出线重过载情况，需更换大截面导线，以满足运行的实际需求。

郊区变电站间隔有限、供电路由有限情况下的同杆双回并架的设计规范，对于郊区线路，由于路径有限，电源点有限，实施“煤改电”工程要考虑采用同杆双回并架线路，以满足在地域紧张地区的使用。同杆双回并架线路应具有高可靠性，同时满足带电作业要求及工程设计要求。

低压两线改四线及接户线布置原则：为减小“煤改电”台区的三相不平衡问题，方便运维人员开展均负荷工作。低压接户线可考虑采用集束导线的方式，也可垂直排列进入用户内部。

2.4 对三相不平衡度的影响分析

在“煤改电”负荷接入之前，配电网所带三相负荷相等，不会产生三相不平衡的问题，当“煤改电”负荷并网接入三相中的其中一相时，会导致配电网出现三相不平衡的情况，影响用电设备的安全运行。在“煤改电”负荷接入之前，配电网三相不平衡度为0。当“煤改电”负荷接入A相时，三相之间的负荷不再相等，而三相相电压UA和UB与UC也不再相等，在“煤改电”负荷接入三相的其中一相时，会导致配电网出现三相不平衡的情况。“煤改电”设备的接入会造成节点电压偏差有所增加，接入容量越大，其对电压偏差的影响越大，严重时可能会造成电压越限的情况。

3 配电变压器故障后负荷转供技术研究

变压器故障后，通过相邻的配电变压器将停电变压器的负荷转供是较优的解决方案，具有工程改造工作量小、操作快捷等突出的优点。在恶劣天气发生时，优势更大，各供电所可在服务半径内实现近就地化操作。

3.1 农村煤改电配电变压器台区基本情况和分析

按照煤改电工程实施以来的技术标准，农村地区电采暖配变容量以400 kVA为主，另有少量200 kVA变压器。户均变压器容量一般按照9 kW/户来考虑，同时系数按照0.6～0.8不等。目前，采暖期间城镇地区变压器负载率水平普遍偏高，按照城乡结合部、普通农村来划分，同一类型、地理位置临近地区的电采暖负荷水平接近，差异不大。

通州宋庄地区基本分为平原区。村落间相对更近，村庄规模较大，房屋排列整齐，居民户数普遍在100～400户不等，分布较密集。带常规负荷时，普遍为2～6台左右的中小容量配电变压器。现有煤改电配电台区在此基础上发展起来，配置电采暖配电变压器数量一般为4～8台。通过分、换装措施进行配网改造，各配电台区的JKLYJ-150主干线一般延伸到了相邻配变台区间主干线的末端，普遍具备加开关后互联的条件。单台配电变压器供电半径一般不超过250 m，在一台配变停运后的互倒供电半径一般不超过500 m。

在受地理条件局限时，煤改电分装变压器有时不能深入负荷中心，在村边空地较大的村委会、绿地、垃圾站附近设两台变压器，分别带不同方向的供电区域。

4.2 农村煤改电配电变压器负荷转供

在一台变压器因故障或检修停运后，将其负荷转移至相邻配电变压器是较优的解决方案，通过我们对煤改电农村地区配网状况的分析，一般具备两台变压器互带的基础条件，对于平原地区由于主干线建设更完备，条件更完善。对于居民户较少的村落，也推荐采用装设两台配电变压器的方式，具备转移负荷的基础条件。

4.3 配电台区互带运行分析

对于两台配电台区相邻时，只能彼此互供。配电变压器具有短时过载能力，配变可在1.5倍负荷水平下运行2 h，对于相邻的配电台区，一台变压器处于其他两台变压器中间时，在该变压器故障停运时，根据相邻变压器负载率情况，需投入一台联络开关或两台联络开关。投入两台联络开关，将是并列运行状态，两台煤改电变压器一般容量相等或接近可满足并列容量要求。

4.4 供电半径和电压分析

目前采用的电采暖设备主要包括直接加热的直热式、蓄热式、电锅炉3种方式设备，这3种设备可等效为电阻，对电压变化不敏感，在电压异常时不会停运。空气源热泵、地源热泵正常工作要求的电压范围为±10%。

平原地区农村单台配电变压器供电半径一般250 m，在一台配变停运后的互倒供电半径一般不超过500 m。

5 结束语

本文结合农村“煤改电”接入负荷后配电网规划设计新出现的配电网不适应问题，尤其是北京地区“煤改电”建设带来的农网发展新问题，着力分析低电压、站点不足、过负荷、设备老化、线径过细等问题。农村“煤改电”工程规划设计建成后满足农村社会经济发展需要，布局合理、结构坚强、技术装备先进的农村电网。在深入分析农村配电网现状问题的基础上，结合一个农村“煤改电”试点工程，对使用家庭电采暖的农村低压配电网建设工作进行了分析。