基于大数据挖掘的农村电网“低电压”问题研究

王斐，肖盛，马潇霄

（1.国网陕西省电力公司咸阳供电公司，陕西咸阳 712000；2.国网江西省电力公司，江西南昌 330077）

基于大数据挖掘的农村电网“低电压”问题研究

王斐1，肖盛2，马潇霄1

（1.国网陕西省电力公司咸阳供电公司，陕西咸阳 712000；2.国网江西省电力公司，江西南昌 330077）

大数据；低电压；农村电网

随着农村经济的快速发展，新农村建设进程的不断加快，农村用户的用电性质发生了根本改变，电量需求与日俱增。然而，受历史因素影响，农村电网发展长效机制尚未建立，低电压综合整治体系存在欠缺，亟需在最短的时间内从管理和技术2方面快速、高效治理农村低电压问题[1-3]。

本文以西北地区新丝路经济带上的某一中小城市A市为例，开展农村“低电压”大数据收集、统计及处理[4-6]，分析其形成特点及产生原因，从规划投资、供电服务等管理层面等及调压能力、无功补偿能力等技术角度提出相应的改进措施[5-7]。

1 农村配电网“低电压”定义

1.1“低电压”定义

根据《电能质量供电电压偏差（GB/T12325-2008）》规定，220 V电压允许的偏差范围为-10%～7%，380 V电压允许的偏差范围为±10%。低于此标准规定的电压范围，均定义为“低电压”，见表1。

表1 合格电压偏差范围Tab.1 Deviation range of the qualified voltage V

1.2“低电压”对农村配电网的影响

农村电网“低电压”运行的危害，归纳起来主要有3类：

1）烧毁电动机。当电压降低幅度超过10%时，电动机的机械转矩减少，电流过大，线圈温度过高，严重时电动机会因拖不动机械负载而停止运转或无法启动，甚至烧坏电动机。

2）家用电器无法启动或不能正常运行。对电动类电器的主要危害是电动机启动困难或无法启动，电动机加速绝缘老化；对照明电器的危害是，电压过低时照明电器的发光率显著降低；对电视机及电脑的危害是，出现图像紊乱、硬件损坏、死机、信息丢失等；对家用电热炉等电阻性电器的危害是使电器因有功功率降低而达不到使用性能要求。

3）增大线损。电压过低时，正常运行的三相负荷平衡状态会遭到破坏，由负荷不平衡和三次谐波电流产生的零序电流和零序电压，会使电网及设备无功负荷增加，功率因数降低，损耗增大。

2 农村配网“低电压”大数据

2.1 农村用电负荷特点

农业生产和生活用电具有动态性、季节性和复杂性等特点。以A市为例，A市地处暖温带大陆性季风气候区，四季冷热干湿分明，农业生产受季节性、时间性影响较大。农闲季节晚间负荷大，农忙季节白天负荷大，夏季农田灌溉或秋季抽水抗旱时，各种排灌设备投入运行，用电负荷达最高点，线路末端电压达最低点。伴随农副产品加工和家庭工厂的开办，农网负荷的增长量较难预测。

以A市下辖的B县农网220 V用户典型日负荷曲线及典型日电压曲线为例，典型日电压曲线最高值出现在15：00，最低值出现在早上7：00～8：00及晚上20：00～21：00 2个时间段，峰谷差达11%（见图1（a））；典型日负荷曲线最高值出现在中午12：00及晚上19：00～20：00 2个时间段，负荷最低值出现在凌晨2：00～3：00之间，峰谷差达88%（见图1（b））。农村电网典型日负荷曲线的最高值时段与典型日电压曲线的最低值时段基本吻合。

图1 A市B县农村220 V用户典型日电压/日负荷曲线图Fig.1 Typical day voltage&load curve of rural users of 220 V in county B of city A

A市B县负荷主要分4类，居民用电占比最大，为69%；一般工商业、农业排灌及农产品加工分别占比14%、13%、4%（见图2）。

图2 A市B县农网负荷分类情况Fig.2 Load classification of the rural users in County B of City A

2.2 农村“低电压”现状

2.2.1“低电压”特点

通过对历年“低电压”的数据分析，A市农村配网发生“低电压”的主要特点是：

1）迎峰度夏时期“低电压”。每年6月20日—9月30日，各类用电负荷增长，“低电压”主要集中在7月—8月的高温时段。

2）高峰时段“低电压”。A市有许多企业进驻农村地区，原有线路供电能力受限，用电高峰时段居民端电压不稳，主要集中在每天7:00～8:00、11：00～12：00和18：00～21：00时3个时间段内。

3）农村特色产品加工季节“低电压”。A市每年逢农产品加工季节，负荷突增、配变容量不足，形成季节性“低电压”点。

4）部分电网基础薄弱。A市现有的农村配电网投资主体不一、建设水平参差不齐，原有农村电管站承建的线路存在线径细、老化严重和供电半径过长等现象。

2.2.2“低电压”严重程度

2014年间，A市农网供电区域共有27所乡镇供电所、59条10 kV线路和147个台区存在不同性质的“低电压”现象，涉及农村用户26 085人次（见表2）。

表2 发生“低电压”的供电所、线路、配变数量统计Tab.2 The number of power supply stations，power feeders&distribution transformers with low voltage

根据A市供电企业2014年农村居民侧“低电压”监测数据显示，最大负荷期间，居民用户末端电压最低值142 V，最低日平均电压162 V，远远低于电压合格范围。其中，“低电压”为198～193 V的用户数量达到6 742户（重复N次出现“低电压”的用户数量按N户统计），183～168 V的用户数量8 840户，168 V以下的用户数量6 599户。

图3 居民端“低电压”监测统计Fig.3 The number of rural users with low voltage

2.2.3“低电压”投诉情况

2014年间，A市接到农网“低电压”投诉21起，其中居民用户17起，农业排灌户4起。投诉地点主要分布在距离电源点较远的地区及农产品加工和负荷密度较大地区；投诉时间主要集中在7月至8月中午及晚间时段和排灌期全天时段；投诉现象有2种：一是电压低导致家电无法启动或不能正常运行；二是电压低导致水泵无法启动运行。

图4 A市农网2014年“低电压”投诉情况统计Fig.4 The number of complaints from rural users for low voltage County B of City A in 2014

2.2.4“低电压”监测能力

根据《国家电网公司农村电网电压质量和无功电力管理办法（QGDW127-2005）》规定，“农网电压监测分为A、B、C、D 4类监测点，其中D类监测点的监测范围应为380/220 V低压网络和用户端的电压，监测点的配置要求为每百台配电变压器至少设2个电压监测点，监测点应设在有代表性的低压配电网首末2端和部分重要用户处。

据此规定，A市农网应设置及实际设置监测点数如表4所示。可以看出，A市所辖B、C、D 3个县供电公司电压监测点数均与规定最小监测点数存在较大偏差。

表3 农网电压监测点类型及监测范围规定Tab.3 Standard about type and monitoring range of the rural power grid voltage monitoring point

表4 A市农网电压监测能力统计Tab.4 Voltage monitoring capability of rural power grid in City A

3 原因分析

3.1 管理层面

3.1.1 规划投资方面

电网规划投资建设改造进程与农村用户负荷增长速度不匹配是造成农村“低电压”的主要原因。A市供电区域内农网的负荷增长速度连年攀升，以B分局为例，2013—2014年2 a间，其全社会用电量均保持在10%左右的增长水平。经过对B分局目前全社会用电量水平及配置的配变容量进行计算，并与导则中规定的配变容量配置原则进行比较，可以得出：B分局当前的配变容量勉强可满足负荷需求，但考虑到3～5 a内负荷快速增长的速度及负荷性质的变化，3 a后，目前的配变容量已完全不能满足用电需求。因此，在未来5 a规划中，必须尽快合理增加电源点或对现有配变进行增容升级，从源头上解决负荷增长问题。

3.1.2 供电服务方面

A市供电企业农网管理工作中从用户报装接电，到供电线路运维管理、用户侧需求管理，直至故障报修管理等各环节都存在不同程度的管理漏洞，造成“低电压”的间接导火索。

1）报装接电管理方面：由于A市供电企业低压客户报装接电户数及容量占总户数及总容量的份额较少，因此在接受低压客户报装接电的整个流程中，容易忽略对客户的现场勘察，导致“大量单相负荷无序使用、台区三相负荷不平衡”现象时有发生，设备不能处于最优运行状态，电压质量不稳定，最终形成恶性循环。

表5 农网供电服务管理漏洞Tab.5 Loopholes in the rural power supply service management

2）线路运维管理方面：一是供电线路及设备的巡视检查不到位，隐患缺陷不能得到及时消除，线路损耗增大、压降增大，引起“低电压”；二是线路设备台账维护更新不及时，有故障不能及时维护、故障消除后台账不及时消除；三是能够实现调节档位的配变数量少之又少，造成负荷高峰时不能对配变档位进行及时调整，使“低电压”情况时有发生。

3）监测管理方面：一是A市供电企业的低压监测管理仍然采用传统的电压抽样监测模式，且监测点设置不足、故障监测设备不能及时更换维修，“低电压”排查治理不全面、不高效；二是电压监测管理的信息化建设投资力度不足；三是电压质量智能化分析能力欠缺，仍然依赖人工手算和现场逐一核对配变负载、档位设置、供电半径、导线截面等信息来完成分析。

4）用户侧管理方面：一是低压需求管理不到位，对低压户用电情况掌握不全面，不能准确预估负荷发展走势，导致高峰时段配变过负荷；二是错峰用电宣称引导不得力，尤其是负荷较大的用户，不能及时转移负荷，造成“低电压”频发；三是缺乏有效的跟踪手段，对于季节性负荷未能采取有效的调峰措施；四是“低电压”用户档案维护不及时，乡镇供电所对供电范围内的“低电压”用户做不到心中有数，不能采取相应的措施改善电压质量。

3.2 技术层面

根据对A市供电企业2014年农村用户“低电压”数据显示，技术层面上造成“低电压”的原因主要存在于以下5个方面：一是配变容量不足，A市存在“低电压”问题的台区中，接近50%存在配变容量不足的问题；二是低压线路供电能力不足，供电线径较细，供电半径过长；三是10 kV线路供电能力不足，供电半径过长；四是无功补偿配置不足，增加无功补偿装置相对于通过新增配变布点或增加容量等措施来解决农网“低电压”问题的一次投资较少，但对于A市农村配网这样一个处在快速发展期的网架结构来说起不到立竿见影的效果，因此在过去的规划建设时期，供电企业对农村配网无功补偿装置的投资力度较小，仅有1%左右的10/0.4 kV配变具备无功补偿功能，补偿容量相对偏低；五是配变调压能力不足，A市供电企业所有的直属配变均不具备调压功能。

4 改善措施

针对管理层面及技术层面存在的缺陷，提出以下措施进行改善。

4.1 管理措施

1）建立健全农村“低电压”用户档案。分类开展“低电压”用户建档工作，建立用户用电负荷性质、特性和用电量等信息，针对其“低电压”产生特点，采取有的放矢的治理措施；对具有代表性的低电压客户，明确责任人，建立联系人制度，发现一处治理一处总结经验一处。

2）完善监测手段和方法。综合应用多种监测设备，借助GPRS、配变数据上传、TTU（配电变压器监测终端）、智能电表、移动式电压监测仪和LED显示等技术，建立健全“低电压”监测网络，完善监测手段。

3）开展配变三相负荷不平衡治理。建立台区分相管理资料，及时掌握台区的三相负荷平衡状况，为业扩报装新上用户提供必要数据资料，并为确定新上用电客户应接在哪一相提供依据，同时根据客户相位资料，动态调整各分支线路三相负荷，动态实现低压侧负荷就地平衡。

4）开展低压用户负荷需求侧管理工作。优先对存在“低电压”情况的配电台区开展配变综合参数实时监测系统改造，全面掌控配电台区运行情况。加强用户专变管理，引导用户错峰用电，及时转移负荷。

5）加强供电设备运行维护管理。建立电压无功设备运行维护管理制度，及时处理无功设备存在缺陷，提高设备完好率。结合不同季节、不同时段负荷和电压曲线，制定变电站电压控制曲线，确定配电变压器分接头摆放位置，及时投退电压无功设备。

6）建立低电压整治快速响应机制。对低压负荷分布和增长不确定性导致的电压质量问题，建立生产运行部门与95598联动的“低电压”整治快速响应机制，加强投诉报修管理，健全完善投诉事件处理流程，跟踪事件处理过程，解决“低电压”问题[8-9]。

4.2 技术措施

1）开展农村电网大数据系统建设。设计大数据信息框架，整合接入已在电力系统广泛应用的PMS、GIS和营配贯通等系统，实现对农村电网基础信息数据的实时采集及监测，设置“低电压”逻辑规则，筛选低电压数据，智能排查低电压成因，并生成预警工单，为制定切实有效的“低电压”整改措施提供有力的信息化支撑，实现低电压主动防控的目的。

2）开展故障报修智能化平台建设。将95598后台、负控主站系统、营销系统和调度自动化系统等大数据进行整合，形成故障报修智能化管理平台，实现对故障信息的图形化展示、故障抢修的智能化指挥、电压质量影响的自动化分析和服务模式的主动化转变，全面提升配网报修管理水平。

3）开展供电能力提升建设。通过农网升级改造工程，结合农村电网发展规划和用电需求，开展10 kV线路及低压线路建设改造、新增配变布点及重载配变增容改造，全面提升供电能力。

4）开展提升调压能力建设。通过公司基建及农网升级改造工程，开展110/10 kV主变增容、扩展调压能力、10 kV线路调压能力，从源头至用户末端全面提升调压水平。

5）开展提升无功补偿能力建设。一是做好全网无功优化计算与优化补偿建设工作，采用无功动态补偿装置，做到无功分层、分压、动态就地平衡。二是提升变电站无功补偿能力，通过配置更加智能的压控式智能平滑投切无功补偿装置解决无功问题。三是提升线路无功补偿能力。在采取多项治理措施后，功率因数未达到0.90的10 kV线路，安装线路分散无功自动跟踪补偿装置；对于供电线路较长，且暂无资金能力解决的10 kV线路，先行采取安装智能分组投切无功补偿装置，平衡农村季节性加工电动机所产生的大量感性无功，减少电网的无功输出，提高线路的荷载能力，提升电压质量。四是提升公用配变无功集中补偿能力。根据农村负荷波动特点，优化公用配电变压器无功补偿配置，提高电容器投入率。五是提升用户侧无功补偿能力。严格执行100 kV·A及以上专变用户功率因数考核，督促用户安装无功补偿装置。

5 结语

本文以新丝绸之路经济带某一中小型城市A市为例，通过大数据挖掘分析出当地农村配电网长期存在的“低电压”问题及其成因，从管理及技术角度对各成因提出合理的改善措施。今后的工作将继续以大数据挖掘为工具，创建农村配网低电压监测模型，实时监测分析配网低电压状况，全力提升低电压管理效率。

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（编辑 董小兵）

Research on Low Voltage of Rural Power Grid Based on Big Data Mining

WANG Fei1，XIAO Sheng2，MA Xiaoxiao1
（1.State Grid Xianyang Electric Power Supply Company，State Grid Shaanxi Power Electric Company，Xianyang 712000，Shaanxi，China；2.State Grid Jiangxi Electric Power Company，Nanchang 330077，Jiangxi，China）

Through collecting，cleaning and processing the detail data of the low voltage issue of rural power grid，this paper analyzes the current situation，characteristics and causes of the issue，and then raises some appropriate improvement measures in the aspect of both technology and management.The application of the improvement measures will substantially ease the low voltage problem of rural power grid，which has existed for a long time，and improve the quality of rural power supply and promote healthy，sustainable and orderly development of rural power grid.

big data mining；low voltage；rural power grid摘要：通过对农村电网“低电压”明细数据的收集、清洗及处理，分析“低电压”现状、特点及形成原因，从管理和技术2个层面针对原因提出改进措施。措施在农网管理中的应用，将大大改善农村电网长期存在的“低电压”问题，提高农村电网的供电质量，促进农村电网持续、健康、有序发展。

国家自然科学基金（51437003）。

Project Supported by the National Natural Science Foundation of China under Grants（51437003）.

1674-3814（2016）10-0073-06

TM727.1

A

2016-05-03。

王 斐（1987—），女，硕士研究生，工程师，研究方向为大数据在供电企业运营监测分析中的应用；

肖 盛（1986—），男，硕士研究生，工程师，研究方向为电力系统安全稳定与控制；

马潇霄（1985—），男，硕士研究生，工程师，研究方向为电网信息化应用。