新型农村配电网数字化、智能化改造分析

摘 要：为了实现农村高质量建设和高效有序运行，同时改善人民的居住环境，这些需求让农村电力配网需求不断涌现。据农村的规模、户数和用电设备情况，进行详细的电力需求计算。考虑到基本用电负荷、公共设施（如电梯、照明、消防系统等）的电力需求，以及可能存在的高峰用电情况，确保供电系统能够满足整个楼宇的电力需求。该供配电系统工程设计以某新型农村建筑作为研究对象，进行电气系统方案设计，主要设计3个子系统，分别是农村建筑的供配电系统、照明系统和火灾自动报警系统。对于供配电系统的设计，首先分析负荷计算的常用方法，分析鉴定该农村区域的负荷级别，计算所需设备容量。接着依凭经测算得到的设备容量数据，选择导线和电缆的规格以及变压器的容量。凭据负荷的性质，选择供电主接线模式和配电模式。对于火灾自动报警的设计，确定消防的防护级别，选择适合的火灾探测器和联合控制消防形式，绘制火灾自动报警平面图和系统图，其中讨论火情探测报警系统和联合控制消防系统这2个系统。

关键词：电气系统设计;农村;供配电系统;数字化;智能化

中图分类号：TM912 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）30-0128-04

Abstract： In order to achieve high-quality construction and efficient and orderly operation of the village， and at the same time improve the people's living environment， these demands have led to a continuous emergence of demand for rural power distribution networks in cities. Detailed power demand calculations are carried out based on the size of the rural area， households and power equipment. Taking into account the basic power load， the power demand of public facilities， such as elevators， lighting， fire protection systems， etc.， and possible peak power consumption conditions， ensure that the power supply system can meet the power demand of the entire building. This power supply and distribution system engineering design takes a new type of rural building as the research object to carry out the electrical system design. It mainly designs three subsystems， which are the power supply and distribution system， lighting system and automatic fire alarm system of rural buildings. For the design of the power supply and distribution system， first analyze the common methods of load calculation， analyze and identify the load level of the rural area， and calculate the required equipment capacity. Then， based on the calculated equipment capacity data， select the specifications of wires and cables and the capacity of the transformer. Select the main power supply wiring mode and distribution mode based on the nature of the load. For the design of automatic fire alarm， determine the level of fire protection， select appropriate fire detectors and joint control fire protection forms， and draw automatic fire alarm plan and system diagram， which discuss the two systems of fire detection and alarm system and joint control fire protection system.

Keywords： electrical system design; rural area; power supply and distribution system; digitalization; intelligence

随着农村经济的快速发展，如何做好配电网结构体系优化，解决分配电网络建设问题，成为当前控制的核心。在农村配电网实时监控设计过程中，围绕智能化改造与数字化实践，将多方配电网络结构体系进行优化，并且针对其中微型配电网小区结构设计内容作出分析，让配电系统以及远程配电装备能够融为一体。在多单元柔性化配电设计过程中，符合控制需求。同样也完成了基于配电网络功能设备体系的突破，为我国配电网络建设与改造创造有效空间，真正提高了配电网络的有效性。

1 新型农村配电网的数字化、智能化改造理论基础

1.1 新型农村配电网的数字化

农村供配电系统是指为农村地区提供电力的整个系统，包括发电、输电、配电和终端用电等环节。在农村供配电系统中，发电通常由当地的发电厂或电站提供，输电则通过输电线路将电力从发电厂输送到农村地区的变电站，最终通过配电网将电力分配到农村各个家庭和企业。电力系统由发电厂、输电线路、配电线路以及用户组成。该过程是发电厂把从自然界获取的一次能源转换成电力能源，电能经过输电网络传输到下一环节的变电站，再由配电网络对电力能源进行分配，用较低电压供给用户。农村供配电系统属于民用建筑供配电系统，其主要涉及的是电力系统中用户用电的部分。该系统设计水平的高低是关乎到建筑物内部系统是否能安全可靠且经济运行的关键。大到一个地区的供配电系统，小到一个关乎日常的农村供配电系统，这些都关乎人民的生命财产安全和社会经济发展。如果没有对整个系统进行全面策划，则会浪费资金，并且会拖延施工期限。作为设计单位在设计农村的供配电系统时，就要和供电部门、开发商协调确定好供配电系统方案。在设计的过程中，所采用设备要选择通过国家检测标准的合格产品，且要贯彻“适用、经济、绿色、美观”八字方针，在社会推行绿色建筑和低碳环保的号召下，选择绿色环保、节能高效的用电设备。

1.2 理论基础

1.2.1 电网拓扑结构分析

通过对农村配电网的拓扑结构进行分析，包括线路配置、节点布置、变电站位置等，以优化电网结构，提高供电可靠性和稳定性。利用拓扑分析方法，可以识别潜在的故障点，并提出相应的改造方案。

1.2.2 电力负荷预测

通过对农村电力负荷进行预测和分析，了解不同时间段的负荷变化规律，为配电网的容量设计和优化提供依据。常用的方法包括时间序列分析、神经网络模型等，可以有效地预测未来一段时间内的负荷需求。

1.2.3 电网参数计算

针对新型数字化、智能化设备的应用，需要对电网的参数进行计算和分析，包括电流、电压、功率因数等。通过数学模型和仿真软件，可以模拟不同工况下的电网运行情况，评估设备的性能和电网的稳定性。

2 新型农村配电网的数字化现状

2.1 智能化改造

部署智能监控系统，实时监测农村电网的运行状态和参数，该系统可以通过传感器和监测设备收集数据，利用物联网技术传输数据到中心控制系统，并利用数据分析和人工智能算法进行实时监测和预测，以便及时发现并解决电网问题。引入远程控制技术，实现对农村电网设备的远程监控和控制。通过远程控制系统，可以远程对电网设备进行操作和调节，提高电网的灵活性和响应能力，及时应对电网异常和故障。使用智能配电设备，如智能开关、智能断路器等，提升农村电网的安全性和可靠性，这些智能设备具有自动检测和保护功能，可以及时识别电网问题并采取相应措施，有效减少电网故障和事故发生的可能性。利用大数据分析技术，对农村电网的运行数据进行分析和优化。通过分析数据，可以发现电网运行中的潜在问题和优化空间，提出相应的改进措施，优化电网运行效率和性能。部署智能能源管理系统，实现对农村电网中各种能源的管理和优化，该系统可以综合考虑电网供需情况、能源价格和环境因素等，制定合理的能源调度方案，实现电网能源的高效利用和优化配置。

2.2 数据采集和处理能力的提升

智能电表的安装率达到100%，覆盖率接近100%，这意味着几乎所有的乡村用户都能享受到智能电表带来的便利和功能。除基本的电量和需量计量功能外，智能电表还具备费控、数据存储、事件记录等功能，这些功能为用户提供了更多的服务和管理选项。全省电网数据采集量大约为1 700多TB，每天新增数据量达到2 TB，并呈现快速增长趋势。这些庞大的数据量需要强大的数据处理和存储能力，以确保数据的及时分析和利用。这些数据将为电网运营提供更多的信息，帮助优化电网运行和管理。TTU型融合终端已经安装5.52万台，其不仅具备数据采集和事件记录功能，还可以实现配网监控功能，具有较强的边缘处理能力。这些融合终端的应用可以提高电网的监控和管理效率，更好地应对电网运行中的问题和挑战。

2.3 数字化升级和智能化服务

数字化升级和智能化服务为乡村电网的数字化转型和智能化提供了坚实的基础。电网运营商可以通过分析大量的数据来优化电网的运行和管理，提高电网的可靠性和安全性，为乡村居民提供更加稳定和高效的电力服务。设计农村供配电系统的过程中，经常使用的负荷计算方法有3种。设计人员选择负荷计算方法时，需要依据设计的实际情况，根据场所的类型和设备对象来进行选择。

一般计算时主要采用的方法是需要系数法;对于农村住户配电箱采用单位指标法来进行负荷估算;对于具有商业服务功能的场所和地下室车库等根据建筑面积使用负荷密度法进行计算。

单位指标法

PC=，（1）

式中：PC为计算有功功率（kW）;P′e2为单位用电指标（W/户、W/人、或W/床）;N为单位数量（户数、人数或床位）。

单位指标法是用于估算农村设计载荷最广泛的方法。每个家庭的耗电量指数有2个属性，在进户输电线路和用户电能表的选择中，其值是每个家庭的用电功率。用于计算某区域的负荷计算，比如计算整个农村楼盘时，则是每个家庭的设备功率。

影响单位指标的因素有多种，如当地地理位置、居住习惯、当地经济水平和使用能源种类等。每个地方所属的供电公司制定的指标不同，表1给出的数据是本次农村工程设计的所在地供电公司南方电网的指标。

1）用电设备组的计算功率

Pc1=Kd×Pe，（2）

Qc=Pc×tanθ，（3）

2）配电主线路或低电压等级母线的计算功率

Pc2=KΣP×ΣPc1，（4）

Qc2=KΣq×ΣQc1，（5）

Sc=，（6）

Ic=，（7）

式中：Pc为有功功率（kW）;Qc为无功功率（kvar）;KΣP为有功功率同时系数;KΣq为无功功率同时系数;Sc为视在功率（kVA）;Ic为计算电流（A）;Kd为需要系数，见表2;θ为计算负荷功率因数角;Un为额定电压（kV）。

当多个用电设备同时工作时，各个设备不能同一时间段都以最大负载的形式运行，所以在计算设备组负荷时，就要引入同期系数。KΣP可取0.8～0.9，KΣq可取0.93～0.97。进行简化测算时，KΣP和KΣq取值可以一样。

对于农村的公共照明和公共电力负荷，需要系数值取0.8。

负荷密度法

PC=，（8）

式中：P′e1为单位面积功率（负荷密度）（W/m2）;S为建筑面积（m2）。

表2 民用农村用电负荷需要系数

3 新型农村建筑农村商业服务网点电表箱

本新型农村建筑共设置有20个商业服务网点位置，部分商铺有2层。依据负荷密度法对该区域进行功率测算，本新型农村建筑的20个商业服务网点可分为6种配电箱，其中ALS1为4 kW配电箱、ALS2为6 kW配电箱、ALS3为9 kW配电箱、ALS4为12 kW配电箱、ALS5为15 kW配电箱和ALS6为21 kW配电箱。商铺电表箱B1-1AWS1连接有12个配电箱，可分为4个ALS1配电箱、1个ALS2配电箱、3个ALS3配电箱、1个ALS4配电箱、2个ALS5配电箱和1个ALS6配电箱。所以商铺电表箱B1-1AWS1总功率为

Pe3=4×4+6+3×9+12+2×15+21=112 kW。

依据需要系数法进行测算，配电电压为380 V，则需要系数Kd取0.9，cosθ=0.85，则

Pc3=Kd×Pe3=0.9×112=100.8 kW，

Pc3=×U×IC3×cosθ，

IC3==180.18 A。

商铺电表箱B1-1AWS2连接有8个配电箱，分别是3个ALS1配电箱、2个ALS3配电箱、2个ALS4配电箱和1个ALS6配电箱。所以商铺电表箱B1-1AWS2总功率为

Pe4=3×4+2×9+2×12+21=75 kW。

依据需要系数法进行测算，配电电压为380 V，则需要系数Kd取0.9，cosθ=0.85，则

Pc4=Kd×Pe4=0.9×75=67.5 kW，

Pc4=×U×IC4×cosθ，

IC4==120.66 A。

4 供配电系统优化措施

4.1 智能电表的安装和普及

推广安装智能电表是数字化、智能化改造的首要步骤。智能电表能够实现远程抄表、费控、数据存储等功能，为电网管理提供了更多的数据支持。

4.2 采集终端和融合终端控制

类似于TTU型融合终端，推广安装采集终端和融合终端可以实现对配电网的实时监控和管理。这些终端具备数据采集、事件记录、配网监控等功能，有助于提高电网的运行效率和安全性。

4.3 物联网技术应用

物联网技术可以实现对各个设备的连接和管理，实现设备之间的信息交互和数据共享。通过在电网设备上部署传感器和通信设备，可以实现对电网的实时监测和远程控制，提高电网的智能化水平。

5 结论

农村配电网元件荷载与电压影响的研究对于保障农村电力供应的可靠性和稳定性具有重要意义。在农村配电网中，各个元件的荷载情况和电压稳定性密切相关。过高的元件荷载会导致设备过载、线路过热等问题，严重影响供电质量;而电压波动过大也会对设备和生产设施造成损害。因此，合理控制元件荷载和维持电压稳定性是确保农村电力供应可靠性的关键。通过对元件荷载进行合理的分布，避免出现某些元件过载的情况。其次，可以采取调整变压器容量、增加补偿设备、优化电网结构等措施，提高电压的稳定性。此外，还探讨了智能监控与管理系统的应用，通过实时监测和数据分析，提前发现问题并采取相应的措施。

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第一作者简介：张舜博（1997-），男，硕士，助理工程师。研究方向为配电自动化、配电网规划设计。