作者：刘清瑞

　　本文根据我国县级电网供电距离远、负荷分散、随季节变化显著等特点，针对县级电网目前存在的电网结构薄弱、电能质量较差、线损大、技术水平低等问题，提出了县级电网改造应遵循的原则以及在县级电网改造建设中应采取的主要技术措施，强调要重点考虑调度自动化、配网自动化、变电站自动化及无人值班变电站的建设。在此基础上，对县级电网对自动化的需求进行了分析论述。同时指出，县级电网有广阔的发展前景。

1、我国县级电网的特点
　　我国配电网按传统概念分为城网和农网。相对来说，城网供电负荷集中，供电环境较好；农网供电范围较大，环境较差，线路半径长，事故机率高且查找困难。县级电网治理着绝大部分农网，是电力系统的重要组成部分，也是现代化小城镇建设的重要基础设施之一。

县级电网的主要特点是：
　　（1）供电距离远，负荷点间距离大，呈散落分布；
　　（2）负荷季节性变化明显，受自然环境和气候的影响较大；
　　（3）大部分为单一电源和放射性结构，负荷点之间多数由线路“串接”，电网分支少；
　　（4）除“串接”外，电网分配负荷的形式主要是“丁字形接线(T接)”和“十字形接线(同一点向两个方向上T接)”；
　　（5）县城电网负荷密度大、用电量集中、供电可靠性要求高，具有城网的某些特点。

2、目前县级电网存在的主要问题
　　近年来县级电网中居民生活和工业用电量增长较快，用电结构渐趋合理，农村通电率、人均用电量等指标有较大提高。但是，与城市电网相比，县级电网仍存在着以下问题：
　　（1）电网结构薄弱。县级电网多为辐射网，环网供电范围小，负荷转移能力差，事故、检修停电范围大，供电可靠性较低，单主变、单回路供电区域较多，变电站之间转供电能力差，保护配置不全，安全水平与自动化水平都很低，因而供电可靠性普遍较低，部分地区甚至低于99％。自98年以来，实施了大规模的农网技术改造和设备更新，选用了一部分新型的配电设备如真空或SF6断路器，对降低线损、提高电压质量、改善农村供电条件起到了重要的作用。但由于资金的限制，新设备主要应用于变电所中，对事故多发的户外配电线路并没有太大改变。许多线路由于架设时间早，存在供电半径长、技术水平低、设备老化严重、安全可靠性差、线路损耗大、电能质量差、布局不合理等问题，有的线路带着上百台变压器，负荷分配严重不合理，常因一个用户故障而导致整条线路停电。线路交叉跨越多，影响配电线路的安全经济可靠运行。大部分县级电网缺乏统一规划，因此仍有待进一步建设与改造；
　　（2）电能质量低，线损率高。近年来县级电网用电负荷增长迅速，现有中压配电网因导线细、回路数少，配变布点不足、无功补偿容量欠缺等原因，电压合格率普遍较低，多数10kV配网低于96，低压电网合格率更低，有的地区线损率竟高达10％以上；
　　（3）技术水平相对落后，设备仍显陈旧，自动化水平较低。虽然近几年应用了一些新技术、新设备，但与城网相比差距仍然很大，变电站自动化水平不高，调度自动化仍不完善，配网自动化则基本处于试点阶段；
　　（4）电价水平偏高。近年来，通过农村电网改造、农电体制改革和实施同网同价，县级电网的电价水平有所降低。但由于完善的农电市场尚未形成，符合市场经济要求的电价形成机制也没有建立起来，与城市相比，县级电网电价水平仍然偏高，限制了农电市场的快速发展；
　　（5）农村电气化水平仍然较低。改革开放以来，农村电气化事业发展迅速，农民生活水平迅速提高，但人均用电水平仍处于较低水平。2002年，中国人均用电量为1239.6kW·h，县及县以下人均年用电量591.9kW·h，不足全国平均水平的一半；从生活用电量上来看，2002年中国居民人均生活用电量为169.1kW·h，其中城镇居民为233.2kW·h，农村居民仅为78.2kW·h，远远落后于城镇居民用电水平。此外,还有许多老少边穷地区的农村人口仍未用上电；
　　（6）农电市场的开拓还没有得到普遍关注。目前全国电力系统形成了加强市场营销、开拓电力市场的新局面。但农村由于受经济发展水平的制约，农电市场的开拓需要给与更多的重视，以利于农村电力市场的快速发展，促进农村经济和农民生活水平的提高。

3、县级电网建设改造应遵循的原则
　　根据原电力部颁布的有关文件和国家电网公司最近颁布的《国家电网公司系统县城电网建设与改造技术导则》要求，在县级电网建设改造中需遵循以下原则：
　　（1）优化县级电网网络结构，提高安全运行水平，增强抗御自然灾难和事故能力，提高供电可靠性；
　　（2）提高电网整体供电能力，根除供电“卡脖子”现象；
　　（3）提高电能质量，降低电能损耗，县级电网电压合格率要达到95以上，10kV综合线损率要降到6以下，低压线损率降到9以下；
　　（4）选用技术水平较高而运行可靠的一次设备，设备选择应注重小型化、无油化、自动化、免维护、少维修，并要有与自动化系统的接口；
　　（5）提高县级电网的自动化水平，配备先进实用的调度自动化系统和配网自动化系统以及相应的通信设施，具备条件的地方应配置调配一体化自动化系统，变电站实现综合自动化。

4、县级电网建设中需考虑的主要技术措施
　　根据各地区县级电网的现状及用电水平，在县级电网建设改造过程中应重点考虑以下技术措施：
　　（1）优化高压配电网络结构，减少电压等级，提高电网的可靠性。随着220kV系统网络的发展与完善，其可靠性已有了很大提高，非凡是近几年，新技术、新产品在电力系统中的广泛应用（如SF6断路器、全封闭组合电器及微机保护等），以及电网结构和布局日趋合理，增强了供电区域之间互为备用能力，减轻了对单个变电站可靠性的依靠，为简化高压配电网提供了有利条件。根据《城市电力网规划设计导则》，应结合当地高压配电网结构，110kV城镇变电所按终端变设计，一次进线以线路变压器组或“双T”内桥接线，单台主变容量选用40～50MVA，最终主变规模2台以上，按n-1电网供电安全准则配置。根据负荷密度逐步取消35kV电压等级以简化电压等级，减少电压层次和重复降压；
　　（2）强化10kV配电网建设，中压配电网尽量做到环网接线，第一步先实现开环运行，并逐步过渡到闭环运行，全面提高配电网络的供电可靠性。中压配电网是县城电网最重要的组成部分，近几年由于投资体制等原因，中压配电网的建设明显落后于高压电网，强化10kV配电网建设已迫在眉睫。中压配电网一般按辐射网和环网两种形式设计，在县城电网建设改造过程中尽可能按环网方式考虑，一般以单环网设计，对市中心区或负荷密度较高的供电区域以双环网为主。中压环网线路应设置若干个分段点（负荷开关或开闭所），一般以3～4段为宜，每段10kV线路装接的配变容量控制在2500～3000kVA以内，如10kV线路装接总容量超过10000kVA应采取分流措施，以满足中压配电网n-1安全准则要求。改善配网结构，供电半径要适中、供电负荷分配要合理，并逐步实现配网自动化。
　　（3）科学规划环网点，合理选择环网设备，努力实现配电网n-1安全准则。架空配电网以柱上分段断路器作为环网设备，柱上断路器应优先选用体积小、容量大、可靠性高、维护工作量少、操作简单的新型设备，如SF6负荷开关、真空负荷开关等，并留有配网自动化接口。电缆配电网环网设备形式多样，有10kV开闭所环网柜、高压电缆分接箱、高压配电室环网设备等。当配电网发生故障时，高压环网设备应能快速、有效地将故障点隔离，确保非故障段正常供电，满足n-1安全准则要求；
　　（4）提高县城电网线路电缆化、绝缘化率。随着城市的建设与发展，负荷密度的提高，在架空线路通道受限制情况下，解决高负荷密度地区及中心区供电的途径不能只靠增加导线截面，还要考虑电缆供电。电缆化建设一次性投资大、涉及面广，在建设资金相对短缺的情况下，应以县级电网发展规划为指导，分步实施，对高负荷密度的中心区、商业密集区应结合老城改造实行电缆化建设，在老城改造过程中应尽可能敷设好电缆管线，条件不答应的应预留足够的电缆线路通道；
　　（5）提高电网装备水平，积极采用新技术、新设备，如真空断路器、SF6断路器、柱上真空开关、金属氧化物避雷器、硅橡胶绝缘子、交联电缆等，减少因设备质量问题、试验周期短造成的不必要停电，对老旧变电站进行无油化改造，依靠科技进步逐步实现输、变、配电设备的状态监测和状态检修，通过在线检测、盐密指导清扫、带电测温、油务监督等先进的技术手段和科学的分析评估方法，把握设备的性能，指导设备的检修；变电设备涂刷RTV，延长清扫周期。
　　（6）在负荷中心等区域适当考虑箱式变电站的建设。箱式变电站（以下简称箱变）占地面积小，建站周期短，配置灵活。箱变内的一次设备，应以无油、免维护或少维护设备为宜。断路器可采用真空断路器，电流互感器、电压互感器和站用变应选用干式设备。因箱变内空间狭小，挂、拆接地线不便，所以要在开关柜单元装设独立的接地开关。箱变的一次进线和出线可采用架空方式或电缆方式，采用电缆方式可有效地节省空间。
　　（7）采取多种手段，努力降低低压电网线损率。
　　①根据县级电网负荷密度和实际分布状况合理选择电源点和走线，科学配置配变容量，尽量缩短供电半径，低压供电半径一般不要超过350m（不含接户线）；
　　②合理选择变压器，降低不变损耗，优先选用S9及以上新型低损耗变压器，315kVA及以上变压器要试点采用非晶合金配变。对低压配电变压器，按照负荷的季节性变化，及时调整分接开关，一方面可以保证电压质量，同时也可以降低变压器铁耗；
　　③注重平衡三相负荷，减小中性线不平衡电流；
　　④合理进行无功补偿，线路无功补偿要通盘考虑，按照“全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡”的原则，尽量减少无功电流在设备和线路上的穿越。对于农网，35kV主变，在低压侧集中补偿主变容量的10～20；10kV配电线路上视负荷大小采用分散补偿；10kV配变采用随器补偿，一般补偿容量为变压器容量的15左右；大型电动机采用随机补偿，就地平衡，具体补偿容量视电动机而定。一般感应式电动机需补偿50左右。对非凡用户应根据实际功率因数大小、无功的分布情况，采用线路、配变相结合的补偿办法，使补偿后配变负荷功率因数达到0.9～0.95；
　　⑤积极采用新工艺新技术，如在线路连接节点上使用导电膏、采用节能型安普线夹以减小接触电阻降低线损、优先选用表损明显低于机械表的电子电能表等；
　　⑥加强需求侧治理，建立负荷测录制度，及时收集负荷和电网基础资料及变动资料为理论计算和负荷调度提供准确数据，用电量有较大变动时计量装置作相应改变，根据负荷变化及时调整三相负荷平衡；⑦加强计量治理，积极推行“一户一表”，对国家明令淘汰的电能表应全部更换，优先考虑使用电子型电能表，定期检查电能表和互感器，消灭错接线、错倍率现象。
　　（8）加强调度自动化和配网自动化的建设。新一代电网调度自动化系统应立足于SCADA功能、拓展无功优化网络拓扑潮流计算负荷预计等高级应用功能以及WEB浏览和远程诊断维护功能。新一代的集SCADA/DMS、调度治理、电能量计费于一体的电网调度自动化系统，应综合考虑稳定性、实用性、易维护性、技术先进性、灵活性、安全性等因素，软件能适应多种硬件设备并能跨操作系统和数据库平台运行。同时，应积极推进配网自动化系统的建设，尽量减少配电网故障停电时间，条件具备的地方配置调配一体化系统。
　　（9）大力推进变电站自动化和无人值班变电站的建设。变电站自动化是指将变电所的控制装置、信号装置、测量仪表、保护装置、自动装置、远动装置等二次设备利用微机技术进行功能组合，实现对整个变电站的数据采集、运行监视、测量控制协调、以及远方通信和自身诊断，其主要特征是功能综合化、结构微机化、安装分布化、操作监视屏幕化、运行治理智能化。在变电站配置自动化设备的基础上，逐步实现无人值班，这是整个电网发展的趋势。通过建设变电站自动化系统和无人值班，不仅可以减少人为失误、降低出错率、增强设备运行的可靠性、简化生产治理环节，还可以提高整个电网的技术水平和降低造价，并为保证电网的安全经济运行提供了重要基础技术手段。
　　县级电网变电站自动化建设与改造应本着经济、实用、稳定、可靠的原则,根据具体情况选择合适的变电站自动化装置。对于老站改造或新建小区变、箱式变，由于其规模小，接线简单，可选用"集中式"变电站自动化装置；对于新建的主要变电站，则选用监控保护二合一面向对象的分布式系统，主变部分集中组屏，出线部分则分散安装到各开关柜上，既节约投资又降低了施工难度。

5、县级电网对自动化的需求
　　县级电网的良性发展必须有强大的自动化平台来支撑。所以，县级电网对调度自动化、配网自动化、变电站自动化的建设与发展有急迫的需求，主要体现在以下几个方面：
　　（1）电网运行治理的需求。随着用电客户的增多及用电负荷的大幅度增长，县级电网布局日趋复杂，供电服务范围的扩大、电网故障机率的增加、加上原来部分设备老化严重，使县级电网的运行维护治理的工作量越来越大，原有手段很难适应复杂多样的电网治理。只有加快县级电网的自动化建设，配置功能完善的调度和配网自动化系统，才能适应电网运行治理的需求。
　　（2）创建一流县级供电企业、提高县级电网科技水平的需求。一流的县级供电企业必须有一流的电网，一流的电网必须有强有力的技术手段做支撑。因此要以电网调度与配网自动化建设带动企业的科技进步和经济技术指标的优化提高，进而促进企业全面发展，达到一流标准的要求。
　　（3）提高供电质量和安全可靠水平的需求。近年来我国经济发展迅速，人民生活水平日益提高，对电能质量及供电可靠性的要求越来越高。人们迫切希望得到安全、可靠、高效、低耗、廉价的电能和方便快捷的全方位优质服务，只有依靠强大的电力网络和完备的自动化手段才能实现这个目标。
　　（4）贯彻实施《电力法》的需求。《电力法》的颁布实施，既为保护供电企业的利益提供了法律依据，又对供电企业的规范治理和规范服务提出了更高的要求。低劣的电能质量和频繁的意外供电中断不仅会受到舆论的批评，也会收到经济的处罚。

6、县级电网的发展需要注重的方面及发展前景
　　为了加快县级电网的发展，提高供电可靠性，提升技术水平，需要注重以下几个方面：
　　（1）发展农村经济，扩大电力需求；
　　（2）按照国家电力公司《农村电网建设与改造技术原则》的要求加强县级电网的建设。《原则》要求，城镇10kV配网应采用环网布置、开环运行的结构，乡村配网以放射方式为主，较长的主干线或分支线装设分段或分支开关设备，留有配网自动化发展的余地。县级电网包括了农村配电网的全部和城市配电网的一部分，其配电网自动化方案应兼顾两者的情况；
　　（3）建立集调度自动化功能与配电自动化功能于一体的调配一体化自动化系统，为降低线损、减少停电次数停电时间和停电范围、提高供电可靠性、减轻运行维护工作量、降低维护费用、提高供电可靠性、加强运行治理、提高电力企业的效益提供强有力的技术支撑。
　　作为我国五级电网中最基层的县级电网，有着广阔的发展前景。我国农村目前用电水平较低，发展空间和潜力巨大。随着经济的持续稳定发展，农村居民整体摆脱贫困，部分农民过上小康生活，收入和生活水平的提高势必会促进用电水平的提高。随着农村小城镇化建设，大批农民集中居住，从平房搬进楼房，电力设施等进一步完善。随着农网改造和农电体制改革的深化，为农电发展创造了良好的条件。因此，县级电网具有非常广阔的发展前景。
7、结束语
　　我国经济目前正处于最好的发展时期，这为县级电网的建设与发展创造了良好的宏观环境。只要我们能够考虑县级电网的现状和特点，采取切实可行的技术手段，加强县级电网及其自动化系统的规划与建设，一定能够为尽快走向小康社会做出供电企业的贡献。

（注：本文刊载于《中国电业》2004年第九期总第606期）