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丢失的奶酪
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2020-08-24 08:41:58 | 分类:默认分类 | 标签:

       笔者在撰写本文期间,受组织安排到全国贫困程度最深的“三区三州”之一的XX自治县进行为期两年的帮助脱贫攻坚工作。在此期间,笔者看到在国家脱贫攻坚和乡村振兴战略的带动下,农村用电正飞速发展,同时有机会广泛、深入地了解到目前农村用电还存在诸多亟待解决的问题。建筑电气行业的关注点往往集中在大城市、大项目,而经济相对落后、电力基础设施薄弱、科学安全用电知识缺乏的广大农村却未得到足够的关注,因此,拟以此文与业界同行共同分析和探讨农村电气设计思路,借国家大力推行乡村振兴战略的良机,为农村电气设计提供参考。

      乡村振兴战略简述

      乡村振兴战略是2017年在党的十九大报告中提出的国家战略,其最终目标就是要不断提高村民在产业发展中的参与度和受益面,彻底解决农村产业和农民就业问题,确保当地群众长期稳定增收、安居乐业。随着农村居民消费进入电气化时代,农村电力能源消费比重不断增加,即便在偏远山区,人们生产生活对电能的依赖也并不比大城市小,电能早已成为广大农村使用最广泛的能源。电力已成为与农村产业发展、农民安居乐业密不可分的关键因素。

      农村用电现状及存在的主要问题

      电力供应量不足

      据国家电网公司测算,至2020年,农村居民生活用电量将达到6 184亿kWh,较2014年增长56 %,年均增长7.7 %。与农村电力消费量快速增长形成巨大反差的是由于农村电力基础设施建设薄弱,导致部分乡镇、农村长期电力供应不足,给当地居民的生产生活造成影响。

      以XX为例,XX国土面积1939.94 km2,共有1149户、4112人。目前,XX电力供应与外界电网完全隔离,全乡用电靠XX和XX两座小水电站20 kV孤网运行,处于只能靠自给,但远远不能自足的状况:XX电站发电机装机容量2×320 kW,变压器装设容量2×800 kVA;XX电站发电机装机容量3×320 kW,变压器装设容量2×1 000 kVA;另配400 kW发电车一辆,200 kW储能电站一座。全乡全部供电能力2 200 kW,在用电负荷较大的冬季,江水流量较小,电站只能单机运行,发电能力更加捉襟见肘,电力供应不足情况更加严峻,不得不拉闸限电。2018年全乡生产生活用电3 538 477 kWh,人均用电860 kWh / 年,而2018年全国人均用电量约4 800 kWh,XX仅为其17.9 %;2018年云南省人均用电量约3 650 kWh,XX仅为其23.6 %。

      电能质量难保障

      农村低压电网电能质量问题主要体现在电压偏低和频率波动两个方面。

      农村电网处于电力系统的末端,发生低电压运行的可能性较大。造成电压偏低的主要原因有:导线截面不当,线损过大;无功负荷较高而补偿容量不足;低压供电距离过长;生产负荷季节性集中;三相负荷不平衡,引起中性点偏移等。农村电网长期低电压运行的危害主要有以下几方面:继电保护动作,大量甩负荷,大面积停电;无功电力输送增加,有功电力输送减少;线路输送无功增大,增加线损;电动机不能正常工作,甚至烧毁;影响家电及照明设备正常使用,寿命缩短。

      造成频率变化的原因主要是孤网自平衡能力差,较小的不平衡力矩会引起较大的发电机转速变化,导致频率出现较大幅度的波动,影响系统频率变化的关键因素是负荷与发电机出力之间的不平衡量。频率升高会导致电动机的转速升高,容易过载烧毁,频率降低会导致电动机的转速降低,甚至不能正常工作,发电机的电动势下降致使全系统的电压水平大为降低,可能出现电压崩溃现象,使整个系统瓦解,而频率的上下波动则会导致感应式电能表的计量误差加大,频率改变1 %,感应式电能表的计量误差约增大0.1 %。按照国家标准GB / T 15945 - 2008《电能质量电力系统频率偏差》规定,正常频率偏差限值为 ±0.2Hz,当系统容量较小时,可以放宽到±0.5Hz,但在如独龙江这样的孤网运行地区,供电频率的偏差远大于此。

      用电安全存在的隐患

      >>>>人身安全方面隐患

      农村建筑中乱拉乱接电线现象非常普遍(如图1所示),布线不规范、导线缺乏必要的保护,并且线路接头处理不规范,绝缘得不到保障,增加了发生触电事故的概率。同时,保护人身安全的剩余电流动作保护装置并未完全普及(如图2所示),在发生漏电时不能及时切除故障电路,一旦触电,人身安全将受到威胁。

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      >>>>设备安全方面隐患

      由于电网供电质量难保证,导致用电设备长期在不正常电压、不正常频率状态下运行,使用寿命大为缩短。另外,目前农村建筑几乎没有安装任何浪涌保护器,加之山区雷电频繁,生产、生活用电设备因雷击损坏的情况较多。家用电器和电动生产工具在农村都属于高价值商品,尤其是在贫困地区,电气设备的非正常损坏无疑会加重村民的经济负担。

      >>>>消防安全方面隐患

      农村民居大多没有留出足够的防火间距,使用易燃建筑材料较多,加之火灾自救能力较弱,一旦发生火灾,火势极易迅速蔓延,造成财产损失和人员伤亡。据统计,2019年,全国接报火灾23.3万起,其中52 % 系电气原因引起,农村居民火灾11.1万起,占火灾总数的32.9%,但死亡人数却占到总数的69.6 %。目前农村建筑,特别是居住建筑在电气火灾防范方面仍存在较大隐患:一是电线乱拉乱接,绝缘老化破损,容易导致短路,引发电气火灾;二是线路直接敷设在木质材料上的情况较多(如图3所示),短路造成局部温升,产生火花,引发火灾;三是超负荷用电,配电系统配置不合理(如图4所示),线路得不到有效保护,笔者曾见到在4 mm2铝芯电线供电回路中使用额定动作电流为63 A的断路器作为保护电器的情况;四是基本没有设置防电气火灾的剩余电流动作保护装置。这些状况都为农村建筑消防安全埋下了不小的隐患。

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      新时代农村电气设计思路探讨

      中国特色社会主义已进入新时代,农村电气设计也要与时俱进。笔者认为,在国家大力推行乡村振兴战略,着力提升农村生活水平的时代背景下,农村电气设计应重点考虑以下几个方面。

电力设施、供电网络建设方面

      2019年初,国家电网有限公司印发《关于服务乡村振兴战略 大力推动乡村电气化的意见》,要求认真落实乡村振兴战略的总体要求,利用2019 ~ 2022年4年时间,全面实施乡村电气化提升工程,提高农村供电服务水平,着力增强农村用电保障能力,提升农业生产、乡村产业、农村生活电气化水平,积极助力农业更强、农村更美、农民更富。这方面虽然更多是涉及电力部门的工作范畴,与建筑电气设计行业关系不大,但是充足可靠的高质量供电是末端电气设计的基础和源头,没有电源侧的保障,再好的建筑电气设计也都是无源之水、无本之木。

      建筑电气设计方面

      笔者认为,在新的时代背景和发展趋势下,不能再用农村建筑就是一盏灯的陈旧思路简单处理农村建筑电气设计问题,而是需要从舒适、安全、经济等多方面综合考量。JGJ 16 - 2008《民用建筑电气设计规范》、GB 50096 - 2011《住宅设计规范》和JGJ 242 - 2011《住宅建筑电气设计规范》的总则中均说明上述规范适用于城镇建筑。笔者认为,随着家用电器在农村的日益普及,在国家尚无针对农村建筑电气设计的系统性规范出台的情况下,不妨可以参照上述规范要求进行设计,考虑到城乡经济发展水平的差异,可在一些不涉及安全的指标上适当降低。以下是笔者对于农村建筑电气设计的几点建议,与业界同行探讨。

      >>>>合理确定用电负荷指标

      随着农村生活水平的不断提高,家用电器在农村已越来越普及,在一些寒冷地区,取暖能源也逐步由柴炭变为电,淋浴用电热水器也被广泛使用,农村住宅用电指标也在逐步向城市靠拢,因此笔者建议在确定单户用电指标时可参考JGJ 242 - 2011表3.3.1。

      >>>>配电系统设计

      由于农村住宅多为自建房,将来扩建的可能性较大,在进线总断路器和进线电缆的选择上应考虑到这一因素,适当放大,为今后扩建留出裕量,并且在户内配电箱中预留几个出线断路器的安装位置。在较寒冷地区,取暖用电负荷较大并且多个房间的取暖设备会在同一时间使用,因此建议多设置几个插座回路,考虑到建设成本,可采取多个插座回路设置一个保护人身安全的剩余电流保护器的经济方案。如前所述农村建筑电气火灾危险较大,独立成栋的住宅总配电箱建议装设防止电气火灾的剩余电流保护器。由于农村电网配电变压器一般容量都较小,其低压侧短路电流也较小,因此在末端断路器参数选择时,一般可选用短路分断能力较低的产品,以合理控制成本。

      >>>>线路敷设

       乱拉乱接电线是农村建筑较大的安全隐患,在设计时首先应周全地考虑用电点位的设置,从源头减少乱拉乱接的可能;其次建议在设计时尽量采用暗敷方式,减少乱拉乱接的可能性,如确实需要明敷的,应严格采取保护措施规范敷设。

       >>>>防雷及接地

      农村住宅多位于山区或旷野,雷电危害较大,除按照GB 50057 - 2010《建筑物防雷设计规范》和GB 50952 - 2013《农村民居雷电防护工程技术规范》规定确定防雷分类并采取防直击雷措施外,考虑到家用电气数量越来越多,价值也较高,建议在经济条件允许时装设浪涌保护装置,以尽可能减少因雷电造成的经济损失。目前农村住宅中很多都设有淋浴设备的卫生间,但对等电位联结的必要性却知之甚少,卫生间局部等电位联结可以很小的经济投入换来人身安全保障,笔者认为应当在农村住宅建筑中予以普及。

      提高安全用电意识

      除了在设计建设时尽量做到安全合理外,提高广大农村居民在日常生活中的安全用电意识也是必不可少的工作,在充分了解违规用电的危害并掌握基本的安全用电常识后,方能从根本上消除用电安全隐患。

      电气设备和产品方面

      农村的经济条件、供电条件都不能和城市相提并论,加之农村电网和农村建筑电气设计也有自身的特殊性,如果电气设备制造商能有针对性地开发生产一系列既经济又符合农村实际使用需求的产品,将会大大促进农村建筑电气的发展;并且农村也是潜力巨大的市场,这无疑是双赢之举。

      逐步改进、成效明显

      用电与人民群众的生产生活息息相关,各级党委政府都高度重视,大力推进农村用电提质改造,虽然短时间内难以彻底改变农村用电状况,但随着异地搬迁和农村危房改造项目的实施,在很多地方前文所述的种种问题已得到较好解决。

      电力基础设施逐步完善

      乡村振兴,电力先行,随着全国脱贫攻坚的收官和乡村振兴的启动,近几年在农村电力基础设施建设上的投入不断增加,仍以贡山县为例,2019年全县新架设20 kV电力线路14.7 km,10 kV电力线路12.22 km,0.4 kV电力线路35.2 km,新安装变压器31台,增加供电容量6 650 kVA,更加完善了电能供应和供电质量。

      建筑电气设计与时俱进

      在新建的易地搬迁住房和改造后的农村C、D级危房中,建筑电气的设计已能较好满足生活的需要(如图5所示):一是每户均考虑较为充裕的用电负荷,如贡山县幸福新区异地搬迁安置点,4人户80 m2户型,用电负荷4 kW,6人户120 m2户型,用电负荷6 kW,已达到JGJ 242 - 2011表3.3.1中指标要求;二是用电安全保护装置的配置已逐渐完善,单元配电箱内浪涌保护器、户内配电箱内自复式过欠电压保护装置和插座回路保护人身安全的剩余电流动作保护装置已基本普及。

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      布线施工日趋规范

      在近期新建或改造的建筑中,前文所述的乱拉乱接电线现象已有了较大改观(如图6、图7所示),新建建筑基本采用穿管暗敷设的方式,改造建筑不具备暗敷条件的也采用穿PVC管明敷的方式。布线方式的进步安全美观,同时也降低了住户自行不规范乱接电线的隐患。

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      目前,我国尚有约5.6亿人口常住农村,希望广大业界同行对农村建筑电气设计给予更多关注。乡村振兴,电力先行,提升电力供应水平,完善农村建筑电气设计,消除用电安全隐患,让广大农村地区群众的生产生活从“用上电”向“用好电”转变,才能不断增强人民群众的获得感、幸福感、满足感,为农村发展保驾护航。近几年,我国农村的用电状况和建筑电气设计取得了飞速的进步,但同时也应客观地看到,尤其在一些偏远贫困的地区,农村居民的用电水平依然处于较低水平,用电安全依然存在较大隐患,需要持续关注和切实改进。建筑电气的设计和实施除了依靠科技进步和创新外,更与经济发展水平密不可分,相信随着我国经济水平不断提升,在乡村振兴大战略的推动下,乡村供电能力以及建筑电气设计和实施水平将会不断完善,在用电安全性、可靠性、便利性上得到进一步提升。


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