筆者在撰寫本文期間，受組織安排到全國貧困程度最深的“三區(qū)三州”之一的XX自治縣進行為期兩年的幫助脫貧攻堅工作。在此期間，筆者看到在國家脫貧攻堅和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的帶動下，農(nóng)村用電正飛速發(fā)展，同時有機會廣泛、深入地了解到目前農(nóng)村用電還存在諸多亟待解決的問題。建筑電氣行業(yè)的關(guān)注點往往集中在大城市、大項目，而經(jīng)濟相對落后、電力基礎(chǔ)設(shè)施薄弱、科學安全用電知識缺乏的廣大農(nóng)村卻未得到足夠的關(guān)注，因此，擬以此文與業(yè)界同行共同分析和探討農(nóng)村電氣設(shè)計思路，借國家大力推行鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的良機，為農(nóng)村電氣設(shè)計提供參考。
鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略簡述
鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略是2017年在黨的十九大報告中提出的國家戰(zhàn)略，其最終目標就是要不斷提高村民在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的參與度和受益面，徹底解決農(nóng)村產(chǎn)業(yè)和農(nóng)民就業(yè)問題，確保當?shù)厝罕婇L期穩(wěn)定增收、安居樂業(yè)。隨著農(nóng)村居民消費進入電氣化時代，農(nóng)村電力能源消費比重不斷增加，即便在偏遠山區(qū)，人們生產(chǎn)生活對電能的依賴也并不比大城市小，電能早已成為廣大農(nóng)村使用最廣泛的能源。電力已成為與農(nóng)村產(chǎn)業(yè)發(fā)展、農(nóng)民安居樂業(yè)密不可分的關(guān)鍵因素。
農(nóng)村用電現(xiàn)狀及存在的主要問題
電力供應(yīng)量不足
據(jù)國家電網(wǎng)公司測算，至2020年，農(nóng)村居民生活用電量將達到6 184億kWh，較2014年增長56 %，年均增長7.7 %。與農(nóng)村電力消費量快速增長形成巨大反差的是由于農(nóng)村電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)薄弱，導致部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村長期電力供應(yīng)不足，給當?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活造成影響。
以XX為例，XX國土面積1939.94 km2，共有1149戶、4112人。目前，XX電力供應(yīng)與外界電網(wǎng)完全隔離，全鄉(xiāng)用電靠XX和XX兩座小水電站20 kV孤網(wǎng)運行，處于只能靠自給，但遠遠不能自足的狀況：XX電站發(fā)電機裝機容量2×320 kW，變壓器裝設(shè)容量2×800 kVA；XX電站發(fā)電機裝機容量3×320 kW，變壓器裝設(shè)容量2×1 000 kVA；另配400 kW發(fā)電車一輛，200 kW儲能電站一座。全鄉(xiāng)全部供電能力2 200 kW，在用電負荷較大的冬季，江水流量較小，電站只能單機運行，發(fā)電能力更加捉襟見肘，電力供應(yīng)不足情況更加嚴峻，不得不拉閘限電。2018年全鄉(xiāng)生產(chǎn)生活用電3 538 477 kWh，人均用電860 kWh / 年，而2018年全國人均用電量約4 800 kWh，XX僅為其17.9 %；2018年云南省人均用電量約3 650 kWh，XX僅為其23.6 %。
電能質(zhì)量難保障
農(nóng)村低壓電網(wǎng)電能質(zhì)量問題主要體現(xiàn)在電壓偏低和頻率波動兩個方面。
農(nóng)村電網(wǎng)處于電力系統(tǒng)的末端，發(fā)生低電壓運行的可能性較大。造成電壓偏低的主要原因有：導線截面不當，線損過大；無功負荷較高而補償容量不足；低壓供電距離過長；生產(chǎn)負荷季節(jié)性集中；三相負荷不平衡，引起中性點偏移等。農(nóng)村電網(wǎng)長期低電壓運行的危害主要有以下幾方面：繼電保護動作，大量甩負荷，大面積停電；無功電力輸送增加，有功電力輸送減少；線路輸送無功增大，增加線損；電動機不能正常工作，甚至燒毀；影響家電及照明設(shè)備正常使用，壽命縮短。
造成頻率變化的原因主要是孤網(wǎng)自平衡能力差，較小的不平衡力矩會引起較大的發(fā)電機轉(zhuǎn)速變化，導致頻率出現(xiàn)較大幅度的波動，影響系統(tǒng)頻率變化的關(guān)鍵因素是負荷與發(fā)電機出力之間的不平衡量。頻率升高會導致電動機的轉(zhuǎn)速升高，容易過載燒毀，頻率降低會導致電動機的轉(zhuǎn)速降低，甚至不能正常工作，發(fā)電機的電動勢下降致使全系統(tǒng)的電壓水平大為降低，可能出現(xiàn)電壓崩潰現(xiàn)象，使整個系統(tǒng)瓦解，而頻率的上下波動則會導致感應(yīng)式電能表的計量誤差加大，頻率改變1 %，感應(yīng)式電能表的計量誤差約增大0.1 %。按照國家標準GB / T 15945 - 2008《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差》規(guī)定，正常頻率偏差限值為 ±0.2Hz，當系統(tǒng)容量較小時，可以放寬到±0.5Hz，但在如獨龍江這樣的孤網(wǎng)運行地區(qū)，供電頻率的偏差遠大于此。
用電安全存在的隱患
>>>>人身安全方面隱患
農(nóng)村建筑中亂拉亂接電線現(xiàn)象非常普遍（如圖1所示），布線不規(guī)范、導線缺乏必要的保護，并且線路接頭處理不規(guī)范，絕緣得不到保障，增加了發(fā)生觸電事故的概率。同時，保護人身安全的剩余電流動作保護裝置并未完全普及（如圖2所示），在發(fā)生漏電時不能及時切除故障電路，一旦觸電，人身安全將受到威脅。
>>>>設(shè)備安全方面隱患
由于電網(wǎng)供電質(zhì)量難保證，導致用電設(shè)備長期在不正常電壓、不正常頻率狀態(tài)下運行，使用壽命大為縮短。另外，目前農(nóng)村建筑幾乎沒有安裝任何浪涌保護器，加之山區(qū)雷電頻繁，生產(chǎn)、生活用電設(shè)備因雷擊損壞的情況較多。家用電器和電動生產(chǎn)工具在農(nóng)村都屬于高價值商品，尤其是在貧困地區(qū)，電氣設(shè)備的非正常損壞無疑會加重村民的經(jīng)濟負擔。
>>>>消防安全方面隱患
農(nóng)村民居大多沒有留出足夠的防火間距，使用易燃建筑材料較多，加之火災自救能力較弱，一旦發(fā)生火災，火勢極易迅速蔓延，造成財產(chǎn)損失和人員傷亡。據(jù)統(tǒng)計，2019年，全國接報火災23.3萬起，其中52 % 系電氣原因引起，農(nóng)村居民火災11.1萬起，占火災總數(shù)的32.9%，但死亡人數(shù)卻占到總數(shù)的69.6 %。目前農(nóng)村建筑，特別是居住建筑在電氣火災防范方面仍存在較大隱患：一是電線亂拉亂接，絕緣老化破損，容易導致短路，引發(fā)電氣火災；二是線路直接敷設(shè)在木質(zhì)材料上的情況較多（如圖3所示），短路造成局部溫升，產(chǎn)生火花，引發(fā)火災；三是超負荷用電，配電系統(tǒng)配置不合理（如圖4所示），線路得不到有效保護，筆者曾見到在4 mm2鋁芯電線供電回路中使用額定動作電流為63 A的斷路器作為保護電器的情況；四是基本沒有設(shè)置防電氣火災的剩余電流動作保護裝置。這些狀況都為農(nóng)村建筑消防安全埋下了不小的隱患。
新時代農(nóng)村電氣設(shè)計思路探討
中國特色社會主義已進入新時代，農(nóng)村電氣設(shè)計也要與時俱進。筆者認為，在國家大力推行鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，著力提升農(nóng)村生活水平的時代背景下，農(nóng)村電氣設(shè)計應(yīng)重點考慮以下幾個方面。
電力設(shè)施、供電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面
2019年初，國家電網(wǎng)有限公司印發(fā)《關(guān)于服務(wù)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略 大力推動鄉(xiāng)村電氣化的意見》，要求認真落實鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的總體要求，利用2019 ~ 2022年4年時間，全面實施鄉(xiāng)村電氣化提升工程，提高農(nóng)村供電服務(wù)水平，著力增強農(nóng)村用電保障能力，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)、農(nóng)村生活電氣化水平，積極助力農(nóng)業(yè)更強、農(nóng)村更美、農(nóng)民更富。這方面雖然更多是涉及電力部門的工作范疇，與建筑電氣設(shè)計行業(yè)關(guān)系不大，但是充足可靠的高質(zhì)量供電是末端電氣設(shè)計的基礎(chǔ)和源頭，沒有電源側(cè)的保障，再好的建筑電氣設(shè)計也都是無源之水、無本之木。
建筑電氣設(shè)計方面
筆者認為，在新的時代背景和發(fā)展趨勢下，不能再用農(nóng)村建筑就是一盞燈的陳舊思路簡單處理農(nóng)村建筑電氣設(shè)計問題，而是需要從舒適、安全、經(jīng)濟等多方面綜合考量。JGJ 16 - 2008《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》、GB 50096 - 2011《住宅設(shè)計規(guī)范》和JGJ 242 - 2011《住宅建筑電氣設(shè)計規(guī)范》的總則中均說明上述規(guī)范適用于城鎮(zhèn)建筑。筆者認為，隨著家用電器在農(nóng)村的日益普及，在國家尚無針對農(nóng)村建筑電氣設(shè)計的系統(tǒng)性規(guī)范出臺的情況下，不妨可以參照上述規(guī)范要求進行設(shè)計，考慮到城鄉(xiāng)經(jīng)濟發(fā)展水平的差異，可在一些不涉及安全的指標上適當降低。以下是筆者對于農(nóng)村建筑電氣設(shè)計的幾點建議，與業(yè)界同行探討。
>>>>合理確定用電負荷指標
隨著農(nóng)村生活水平的不斷提高，家用電器在農(nóng)村已越來越普及，在一些寒冷地區(qū)，取暖能源也逐步由柴炭變?yōu)殡姡茉∮秒姛崴饕脖粡V泛使用，農(nóng)村住宅用電指標也在逐步向城市靠攏，因此筆者建議在確定單戶用電指標時可參考JGJ 242 - 2011表3.3.1。
>>>>配電系統(tǒng)設(shè)計
由于農(nóng)村住宅多為自建房，將來擴建的可能性較大，在進線總斷路器和進線電纜的選擇上應(yīng)考慮到這一因素，適當放大，為今后擴建留出裕量，并且在戶內(nèi)配電箱中預留幾個出線斷路器的安裝位置。在較寒冷地區(qū)，取暖用電負荷較大并且多個房間的取暖設(shè)備會在同一時間使用，因此建議多設(shè)置幾個插座回路，考慮到建設(shè)成本，可采取多個插座回路設(shè)置一個保護人身安全的剩余電流保護器的經(jīng)濟方案。如前所述農(nóng)村建筑電氣火災危險較大，獨立成棟的住宅總配電箱建議裝設(shè)防止電氣火災的剩余電流保護器。由于農(nóng)村電網(wǎng)配電變壓器一般容量都較小，其低壓側(cè)短路電流也較小，因此在末端斷路器參數(shù)選擇時，一般可選用短路分斷能力較低的產(chǎn)品，以合理控制成本。
>>>>線路敷設(shè)
亂拉亂接電線是農(nóng)村建筑較大的安全隱患，在設(shè)計時首先應(yīng)周全地考慮用電點位的設(shè)置，從源頭減少亂拉亂接的可能；其次建議在設(shè)計時盡量采用暗敷方式，減少亂拉亂接的可能性，如確實需要明敷的，應(yīng)嚴格采取保護措施規(guī)范敷設(shè)。
>>>>防雷及接地
農(nóng)村住宅多位于山區(qū)或曠野，雷電危害較大，除按照GB 50057 - 2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》和GB 50952 - 2013《農(nóng)村民居雷電防護工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定確定防雷分類并采取防直擊雷措施外，考慮到家用電氣數(shù)量越來越多，價值也較高，建議在經(jīng)濟條件允許時裝設(shè)浪涌保護裝置，以盡可能減少因雷電造成的經(jīng)濟損失。目前農(nóng)村住宅中很多都設(shè)有淋浴設(shè)備的衛(wèi)生間，但對等電位聯(lián)結(jié)的必要性卻知之甚少，衛(wèi)生間局部等電位聯(lián)結(jié)可以很小的經(jīng)濟投入換來人身安全保障，筆者認為應(yīng)當在農(nóng)村住宅建筑中予以普及。
提高安全用電意識
除了在設(shè)計建設(shè)時盡量做到安全合理外，提高廣大農(nóng)村居民在日常生活中的安全用電意識也是必不可少的工作，在充分了解違規(guī)用電的危害并掌握基本的安全用電常識后，方能從根本上消除用電安全隱患。
電氣設(shè)備和產(chǎn)品方面
農(nóng)村的經(jīng)濟條件、供電條件都不能和城市相提并論，加之農(nóng)村電網(wǎng)和農(nóng)村建筑電氣設(shè)計也有自身的特殊性，如果電氣設(shè)備制造商能有針對性地開發(fā)生產(chǎn)一系列既經(jīng)濟又符合農(nóng)村實際使用需求的產(chǎn)品，將會大大促進農(nóng)村建筑電氣的發(fā)展；并且農(nóng)村也是潛力巨大的市場，這無疑是雙贏之舉。
逐步改進、成效明顯
用電與人民群眾的生產(chǎn)生活息息相關(guān)，各級黨委政府都高度重視，大力推進農(nóng)村用電提質(zhì)改造，雖然短時間內(nèi)難以徹底改變農(nóng)村用電狀況，但隨著異地搬遷和農(nóng)村危房改造項目的實施，在很多地方前文所述的種種問題已得到較好解決。
電力基礎(chǔ)設(shè)施逐步完善
鄉(xiāng)村振興，電力先行，隨著全國脫貧攻堅的收官和鄉(xiāng)村振興的啟動，近幾年在農(nóng)村電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上的投入不斷增加，仍以貢山縣為例，2019年全縣新架設(shè)20 kV電力線路14.7 km，10 kV電力線路12.22 km，0.4 kV電力線路35.2 km，新安裝變壓器31臺，增加供電容量6 650 kVA，更加完善了電能供應(yīng)和供電質(zhì)量。
建筑電氣設(shè)計與時俱進
在新建的易地搬遷住房和改造后的農(nóng)村C、D級危房中，建筑電氣的設(shè)計已能較好滿足生活的需要（如圖5所示）：一是每戶均考慮較為充裕的用電負荷，如貢山縣幸福新區(qū)異地搬遷安置點，4人戶80 m2戶型，用電負荷4 kW，6人戶120 m2戶型，用電負荷6 kW，已達到JGJ 242 - 2011表3.3.1中指標要求；二是用電安全保護裝置的配置已逐漸完善，單元配電箱內(nèi)浪涌保護器、戶內(nèi)配電箱內(nèi)自復式過欠電壓保護裝置和插座回路保護人身安全的剩余電流動作保護裝置已基本普及。
布線施工日趨規(guī)范
在近期新建或改造的建筑中，前文所述的亂拉亂接電線現(xiàn)象已有了較大改觀（如圖6、圖7所示），新建建筑基本采用穿管暗敷設(shè)的方式，改造建筑不具備暗敷條件的也采用穿PVC管明敷的方式。布線方式的進步安全美觀，同時也降低了住戶自行不規(guī)范亂接電線的隱患。
目前，我國尚有約5.6億人口常住農(nóng)村，希望廣大業(yè)界同行對農(nóng)村建筑電氣設(shè)計給予更多關(guān)注。鄉(xiāng)村振興，電力先行，提升電力供應(yīng)水平，完善農(nóng)村建筑電氣設(shè)計，消除用電安全隱患，讓廣大農(nóng)村地區(qū)群眾的生產(chǎn)生活從“用上電”向“用好電”轉(zhuǎn)變，才能不斷增強人民群眾的獲得感、幸福感、滿足感，為農(nóng)村發(fā)展保駕護航。近幾年，我國農(nóng)村的用電狀況和建筑電氣設(shè)計取得了飛速的進步，但同時也應(yīng)客觀地看到，尤其在一些偏遠貧困的地區(qū)，農(nóng)村居民的用電水平依然處于較低水平，用電安全依然存在較大隱患，需要持續(xù)關(guān)注和切實改進。建筑電氣的設(shè)計和實施除了依靠科技進步和創(chuàng)新外，更與經(jīng)濟發(fā)展水平密不可分，相信隨著我國經(jīng)濟水平不斷提升，在鄉(xiāng)村振興大戰(zhàn)略的推動下，鄉(xiāng)村供電能力以及建筑電氣設(shè)計和實施水平將會不斷完善，在用電安全性、可靠性、便利性上得到進一步提升。
