郭宇正，曹宇軒

（國(guó)網(wǎng)陜西省電力有限公司榆林市榆神工業(yè)區(qū)供電分公司，陜西 榆林 719000）

0 引 言

隨著科技的進(jìn)步，智能化電網(wǎng)的發(fā)展對(duì)節(jié)約能源、減少排放的積極作用日益凸顯。目前，我國(guó)正大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，而智能化電網(wǎng)是其中必不可少的一環(huán)。通過對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行全生命周期的監(jiān)控和對(duì)能源進(jìn)行合理分配，能夠切實(shí)提高能源整體的使用效率，為用戶提供更多的增值服務(wù)。農(nóng)村電網(wǎng)區(qū)域是電力系統(tǒng)的重要組成部分，因此加速改造和更新農(nóng)村電網(wǎng)技術(shù)，對(duì)于提高電網(wǎng)整體智能程度具有重要意義。我國(guó)農(nóng)村電網(wǎng)分布較廣，且分布復(fù)雜，因此需要采用低壓分散供電方式進(jìn)行供電，以確保電網(wǎng)運(yùn)行的安全性與可靠性。基于此，文章提出一種新農(nóng)村配電網(wǎng)智能化改造方案，以增強(qiáng)電網(wǎng)在鄉(xiāng)村地區(qū)的應(yīng)用效果，為農(nóng)村電力系統(tǒng)的智慧化管理提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)現(xiàn)狀和發(fā)展策略

1.1 農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)現(xiàn)狀

目前，農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)存在較多問題。首先，電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不完善，且覆蓋范圍有限，在一定程度上制約著電力系統(tǒng)的負(fù)荷承載能力。安裝的配電變壓器數(shù)目過多，導(dǎo)致負(fù)荷率過高，10 kV 供電線路之間缺乏有效的關(guān)聯(lián)開關(guān)，多數(shù)電源采用單輻射供電模式，尚未形成聯(lián)動(dòng)供電模式。這種運(yùn)行方式難以滿足N-1 的使用需求，一旦線路出現(xiàn)重負(fù)載問題，負(fù)載遷移將變得非常困難。其次，電力負(fù)載波動(dòng)大。我國(guó)鄉(xiāng)村電力負(fù)載呈周期性變化，且峰谷電價(jià)差異較大，嚴(yán)重影響著我國(guó)電力系統(tǒng)的供電品質(zhì)與可靠性，對(duì)我國(guó)鄉(xiāng)村電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)與規(guī)劃提出了新要求。再次，農(nóng)村電力系統(tǒng)智能化水平低。由于我國(guó)農(nóng)村電網(wǎng)信息化程度不高，且運(yùn)營(yíng)與管理體系不夠完善，造成電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)與維修工作的效率較低。最后，技術(shù)基礎(chǔ)薄弱。區(qū)域作業(yè)人員技術(shù)理論基礎(chǔ)薄弱，實(shí)際作業(yè)能力不強(qiáng)，不能滿足電網(wǎng)建設(shè)需求。

1.2 農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)發(fā)展策略

隨著新農(nóng)村地區(qū)的快速發(fā)展和電網(wǎng)面積的不斷擴(kuò)大，人們對(duì)電力運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性提出了更高的要求。為實(shí)現(xiàn)新農(nóng)村地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展，提出3 個(gè)發(fā)展策略。第一，加強(qiáng)信息化建設(shè)。引入智能電網(wǎng)科技與裝備，構(gòu)建智能鄉(xiāng)村電網(wǎng)的智能監(jiān)測(cè)與管理平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析電力網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，從而提升電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)效能。第二，加強(qiáng)對(duì)電力負(fù)載的管理。制定鄉(xiāng)村電力系統(tǒng)的負(fù)載端管理方案，運(yùn)用智能測(cè)量科技，監(jiān)控并有效調(diào)控用戶的電力負(fù)載，增強(qiáng)電力系統(tǒng)供電的可靠性。第三，加強(qiáng)科技支撐與人才培育，并提供政策扶持。對(duì)從事鄉(xiāng)村電網(wǎng)相關(guān)工作的工作人員進(jìn)行專業(yè)的技術(shù)培訓(xùn)，以提高鄉(xiāng)村電網(wǎng)智能轉(zhuǎn)型的技術(shù)水平，加強(qiáng)隊(duì)伍建設(shè)。同時(shí)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府需要在財(cái)政和稅費(fèi)等方面給予鄉(xiāng)村電網(wǎng)發(fā)展相應(yīng)的扶持，引導(dǎo)企業(yè)和當(dāng)?shù)鼐用裰鲃?dòng)參與農(nóng)村配電網(wǎng)的智能改造工作。

2 農(nóng)村配電網(wǎng)改造

2.1 優(yōu)化配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

為縮小農(nóng)村配電網(wǎng)的停電范圍、增加線路的轉(zhuǎn)供容量以及增強(qiáng)供電的可靠性，需要優(yōu)化改造配電網(wǎng)架。首先，應(yīng)在變電站之間建立一條采用雙電源環(huán)形供電方式的10 kV 通信線。當(dāng)其中一條電源出現(xiàn)故障或處于維修狀態(tài)時(shí)，可以切換至其他電源，以確保整個(gè)村莊的持續(xù)電力供應(yīng)。其次，對(duì)主變壓器的線路進(jìn)行負(fù)載切割，分成多條支路向居民提供電力，以改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，避免出現(xiàn)電網(wǎng)終端低壓現(xiàn)象，提升電網(wǎng)供電質(zhì)量。最后，在公用變電站之間設(shè)置一條低壓連接線，使兩個(gè)公共變電站能夠相互轉(zhuǎn)供電力。當(dāng)其中一個(gè)公共變電站發(fā)生意外或處于維修狀態(tài)時(shí)，可以通過該連接線自動(dòng)或人工操縱另一個(gè)公共變電站進(jìn)行電力供應(yīng)，確保村莊內(nèi)工廠和泵站等主要負(fù)載能夠獲得雙重電源供應(yīng)[1]。

2.2 架空線纜綜合整治和公用配變?cè)鋈?/h3>

為解決架空線纜綜合整治問題，當(dāng)?shù)卣枰M(jìn)一步健全電線整治的基本數(shù)據(jù)，并與鄉(xiāng)村環(huán)境衛(wèi)生整治相結(jié)合，共同開展架空線纜綜合治理與公用配變?cè)鋈莨ぷ?。第一，拆除妨礙行車的占道桿塔，并對(duì)其進(jìn)行改造，以消除桿塔占用道路產(chǎn)生的安全風(fēng)險(xiǎn)；第二，對(duì)于架設(shè)雜亂、安全距離不足、私拉亂接等施工不規(guī)范的電力電纜，采取橫平豎直的架設(shè)方法，有序完成電纜安裝與排布工作，確保供電安全；第三，及時(shí)更換老舊的桿塔，避免發(fā)生安全事故；第四，對(duì)于帶電部位暴露的裝置或連接件，務(wù)必安裝有絕緣護(hù)罩，以確保其安全；第五，運(yùn)用小波神經(jīng)網(wǎng)路預(yù)測(cè)模式，預(yù)估未來(lái)電力系統(tǒng)短期的電力負(fù)荷情況；第六，對(duì)公共配電變壓器進(jìn)行擴(kuò)容，以滿足村中主要負(fù)載電力轉(zhuǎn)供和居民未來(lái)的用電需求[2]。

2.3 配電設(shè)備升級(jí)改造

目前，農(nóng)村地區(qū)在進(jìn)行配電網(wǎng)布線鋪設(shè)時(shí)，普遍使用電纜分路盒，以完成配電線路的分線和轉(zhuǎn)線。由于分岔盒未設(shè)置切換器，即沒有多環(huán)或者雙回路的供電容量，不能控制所有線路，不便于進(jìn)行測(cè)量和控電。同時(shí)，線路雜亂，不符合規(guī)定，存在嚴(yán)重的安全隱患。因此，必須利用新技術(shù)、新材料及新設(shè)備，全面更新和改造鄉(xiāng)村配電設(shè)備，為建設(shè)智能化配電網(wǎng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。首先，按照節(jié)能降耗的總方針，把公共變壓器更換為高效、新型、智能的配電變壓器。此次改造選擇帶有節(jié)能性的非晶合金變壓器。其次，將主線路的支路改成開關(guān)盒，以達(dá)到測(cè)量并判斷停和送電等功能，方便線路出現(xiàn)問題后進(jìn)行檢修。最后，將儀表盒替換成耐腐蝕的智能型儀表盒。改造后的智能表箱和智能表計(jì)如圖1 所示。

圖1 智能表箱和智能表計(jì)

鄉(xiāng)村建筑與周圍環(huán)境聯(lián)系密切，農(nóng)民在修建住房或拓寬公路時(shí)，缺乏專業(yè)供電人員或技術(shù)人員的引導(dǎo)，因此易損壞線路，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。在表箱外殼上，也會(huì)有一定的靜電堆積，若不對(duì)表箱進(jìn)行接地，一旦有人接近或觸摸，就會(huì)有觸電危險(xiǎn)。為增強(qiáng)儀表箱的絕緣性能，保障人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，應(yīng)統(tǒng)一對(duì)儀表箱安裝接地樁，以便及時(shí)轉(zhuǎn)移泄漏的電力負(fù)載。

3 農(nóng)村配電臺(tái)區(qū)智能化方案

3.1 配電臺(tái)區(qū)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

配電臺(tái)區(qū)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖2 所示，除視頻攝像機(jī)設(shè)置在室外電線桿上外，其他智能裝備都設(shè)置在裝置層的各個(gè)支路切換內(nèi)。智能裝置主要包括智能電能表、智能數(shù)顯表、智能斷路器、溫度采集裝置以及視頻攝像頭等，完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的信息量采集、測(cè)量、計(jì)量、控制、保護(hù)及監(jiān)測(cè)等工作，并與智能箱變的遠(yuǎn)程傳輸裝置相連接，使整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)的通信平臺(tái)能夠正常聯(lián)網(wǎng)。

圖2 配電臺(tái)區(qū)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 智能裝置設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

3.2.1 智能電表

在新型表盒和開關(guān)盒中，安裝具備費(fèi)控功能的智能電表，并構(gòu)建智能化的電能表臺(tái)區(qū)后臺(tái)系統(tǒng)。該裝置中設(shè)有剩余電流動(dòng)作保護(hù)器，以確保用電安全。利用RS-485 通信協(xié)議，實(shí)時(shí)收集現(xiàn)場(chǎng)最終用戶的用電信息和電路分支的電能質(zhì)量狀況。通過現(xiàn)場(chǎng)的通信線路匯總這些信息，并將其上傳至監(jiān)測(cè)后臺(tái)。如果用戶的用電量余額小于設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出提示信息，并在必要時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程跳閘斷電，從而達(dá)到對(duì)用電信息的全覆蓋、采集、費(fèi)控目標(biāo)。此外，需要安裝具有多重保護(hù)功能的漏電保護(hù)裝置，以提供過電壓保護(hù)、過流保護(hù)、漏電保護(hù)等多種功能。同時(shí)，該裝置具備漏電和缺相保護(hù)功能，具有自復(fù)位等特點(diǎn)。而剩余電流動(dòng)作保護(hù)器將監(jiān)控電流和切斷主電路的功能巧妙地結(jié)合在一起，能夠?yàn)榫€路提供多重保障。這不僅有助于降低設(shè)備重心和制造費(fèi)用，還能進(jìn)一步提升電網(wǎng)保護(hù)的等級(jí)[3]。

具體而言，每戶都會(huì)配備一個(gè)用于收集電能數(shù)據(jù)信息的智能電表，且每個(gè)集表箱至多可裝4 名住戶的智能電表和1 套剩余電流動(dòng)作保護(hù)儀器。這些集表箱將安裝在鄉(xiāng)村用戶室外墻壁的適當(dāng)位置。此外，需要在支路配電箱和集表箱上設(shè)置RS-485 信號(hào)中繼器，以確保傳輸數(shù)據(jù)的完整性。支線則配有智能塑料外殼開關(guān)，每個(gè)支路配電箱負(fù)責(zé)對(duì)應(yīng)分支線路的集表箱。一旦本支路出現(xiàn)故障，智能開關(guān)會(huì)迅速響應(yīng)并及時(shí)斷開線路，防止事故擴(kuò)大，確保下級(jí)智能裝置的安全運(yùn)行。

3.2.2 通信聯(lián)絡(luò)管理智能化改造

通信聯(lián)絡(luò)管理智能化改造是優(yōu)化配網(wǎng)運(yùn)動(dòng)終端的重要環(huán)節(jié)，主要包括傳輸數(shù)據(jù)和通信參數(shù)的設(shè)置、通信協(xié)議的驗(yàn)證等?；谂渚W(wǎng)運(yùn)動(dòng)終端下屬的局部網(wǎng)絡(luò)，對(duì)智能箱式變、支路配電箱、集裝表箱以及單式客戶智能電表進(jìn)行全面管理，確保數(shù)據(jù)、指令整體傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和完整性。同時(shí)，技術(shù)人員利用無(wú)線通信模組與調(diào)度管理主站進(jìn)行智能通信聯(lián)絡(luò)，不僅可以上傳電能數(shù)據(jù)，還能接收各種工作命令，確保電廠的遙控調(diào)度功能能夠順利實(shí)現(xiàn)。此外，通信聯(lián)絡(luò)智能化管理模塊具備與主機(jī)連接工作任務(wù)的功能，能通過智能通信監(jiān)測(cè)完成本地顯示、相關(guān)表格打印、操作切換等操作，提高管理效率。為方便管理和維護(hù)，通信聯(lián)絡(luò)管理智能化改造裝備即通信管理機(jī)可安裝在一臺(tái)智能化的箱式可變電報(bào)柜上，利用RS-485 通信協(xié)議連接信息收集設(shè)備與通信管理機(jī)。

3.2.3 智能配變終端

配變智能終端以通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service，GPRS）移動(dòng)通信網(wǎng)為基礎(chǔ)，借助RS-485 總線等通信手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站、輸送電路、公用配電等環(huán)節(jié)的全面控制和管理[4]。同時(shí)，該終端具備強(qiáng)大的供電監(jiān)測(cè)功能，具體組成結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 終端組成結(jié)構(gòu)

3.2.4 配電網(wǎng)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)

建立的集數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)為一體的系統(tǒng)平臺(tái)要按照信息化規(guī)范和要求采集、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)提供給各應(yīng)用系統(tǒng)[5]。建立該平臺(tái)的基本目標(biāo)是高效地收集和管理試點(diǎn)的智慧配電臺(tái)區(qū)域、居民電量信息、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，確保該數(shù)據(jù)模式能夠發(fā)揮應(yīng)有效能，實(shí)現(xiàn)資源共享，真正消除信息孤島等問題。同時(shí)，可打破各種服務(wù)系統(tǒng)之間的信息屏障，增強(qiáng)各種類型信息之間的相關(guān)性，從而達(dá)到綜合性系統(tǒng)歸納、整合描述的目的，既能深入理解決策分析和數(shù)據(jù)挖掘，又能為智能電網(wǎng)的更新改造奠定有利基礎(chǔ)。

4 結(jié) 論

隨著我國(guó)電網(wǎng)智能技術(shù)的持續(xù)更新和農(nóng)村的逐步發(fā)展，農(nóng)村地區(qū)對(duì)配電網(wǎng)的需求日益增長(zhǎng)。在鄉(xiāng)村地區(qū)構(gòu)建智能電網(wǎng)，可有效提升末端配電系統(tǒng)的電力質(zhì)量，縮短事故發(fā)生時(shí)的停機(jī)周期，加快電網(wǎng)的修復(fù)速度，提升電力系統(tǒng)可靠性，并履行其應(yīng)有的社會(huì)責(zé)任，為新農(nóng)村的發(fā)展奠定良好的電力基礎(chǔ)。