筆者在撰寫本文期間，受組織安排到全國(guó)貧困程度最深的“三區(qū)三州”之一的XX自治縣進(jìn)行為期兩年的幫助脫貧攻堅(jiān)工作。在此期間，筆者看到在國(guó)家脫貧攻堅(jiān)和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的帶動(dòng)下，農(nóng)村用電正飛速發(fā)展，同時(shí)有機(jī)會(huì)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(wèn)題。建筑電氣行業(yè)的關(guān)注點(diǎn)往往集中在大城市、大項(xiàng)目，而經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后、電力基礎(chǔ)設(shè)施薄弱、科學(xué)安全用電知識(shí)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(jì)思路，借國(guó)家大力推行鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的良機(jī)，為農(nóng)村電氣設(shè)計(jì)提供參考。
鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略簡(jiǎn)述
鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略是2017年在黨的十九大報(bào)告中提出的國(guó)家戰(zhàn)略，其最終目標(biāo)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(wèn)題，確保當(dāng)?shù)厝罕婇L(zhǎng)期穩(wěn)定增收、安居樂(lè)業(yè)。隨著農(nóng)村居民消費(fèi)進(jìn)入電氣化時(shí)代，農(nóng)村電力能源消費(fèi)比重不斷增加，即便在偏遠(yuǎn)山區(qū)，人們生產(chǎn)生活對(duì)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(lè)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(wèn)題
電力供應(yīng)量不足
據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司測(cè)算，至2020年，農(nóng)村居民生活用電量將達(dá)到6 184億kWh，較2014年增長(zhǎng)56 %，年均增長(zhǎng)7.7 %。與農(nóng)村電力消費(fèi)量快速增長(zhǎng)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(dǎo)致部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村長(zhǎng)期電力供應(yīng)不足，給當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活造成影響。
以XX為例，XX國(guó)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(yùn)行，處于只能靠自給，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能自足的狀況：XX電站發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量2×320 kW，變壓器裝設(shè)容量2×800 kVA；XX電站發(fā)電機(jī)裝機(jī)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(chǔ)能電站一座。全鄉(xiāng)全部供電能力2 200 kW，在用電負(fù)荷較大的冬季，江水流量較小，電站只能單機(jī)運(yùn)行，發(fā)電能力更加捉襟見(jiàn)肘，電力供應(yīng)不足情況更加嚴(yán)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(guó)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(wèn)題主要體現(xiàn)在電壓偏低和頻率波動(dòng)兩個(gè)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(yùn)行的可能性較大。造成電壓偏低的主要原因有：導(dǎo)線截面不當(dāng)，線損過(guò)大；無(wú)功負(fù)荷較高而補(bǔ)償容量不足；低壓供電距離過(guò)長(zhǎng)；生產(chǎn)負(fù)荷季節(jié)性集中；三相負(fù)荷不平衡，引起中性點(diǎn)偏移等。農(nóng)村電網(wǎng)長(zhǎng)期低電壓運(yùn)行的危害主要有以下幾方面：繼電保護(hù)動(dòng)作，大量甩負(fù)荷，大面積停電；無(wú)功電力輸送增加，有功電力輸送減少；線路輸送無(wú)功增大，增加線損；電動(dòng)機(jī)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(huì)引起較大的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化，導(dǎo)致頻率出現(xiàn)較大幅度的波動(dòng)，影響系統(tǒng)頻率變化的關(guān)鍵因素是負(fù)荷與發(fā)電機(jī)出力之間的不平衡量。頻率升高會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高，容易過(guò)載燒毀，頻率降低會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，甚至不能正常工作，發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)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(gè)系統(tǒng)瓦解，而頻率的上下波動(dòng)則會(huì)導(dǎo)致感應(yīng)式電能表的計(jì)量誤差加大，頻率改變1 %，感應(yīng)式電能表的計(jì)量誤差約增大0.1 %。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)系統(tǒng)容量較小時(shí)，可以放寬到±0.5Hz，但在如獨(dú)龍江這樣的孤網(wǎng)運(yùn)行地區(qū)，供電頻率的偏差遠(yuǎn)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(dǎo)線缺乏必要的保護(hù)，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(shí)，保護(hù)人身安全的剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置并未完全普及（如圖2所示），在發(fā)生漏電時(shí)不能及時(shí)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(dǎo)致用電設(shè)備長(zhǎng)期在不正常電壓、不正常頻率狀態(tài)下運(yùn)行，使用壽命大為縮短。另外，目前農(nóng)村建筑幾乎沒(méi)有安裝任何浪涌保護(hù)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(dòng)生產(chǎn)工具在農(nóng)村都屬于高價(jià)值商品，尤其是在貧困地區(qū)，電氣設(shè)備的非正常損壞無(wú)疑會(huì)加重村民的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。
>>>>消防安全方面隱患
農(nóng)村民居大多沒(méi)有留出足夠的防火間距，使用易燃建筑材料較多，加之火災(zāi)自救能力較弱，一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢(shì)極易迅速蔓延，造成財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年，全國(guó)接報(bào)火災(zāi)23.3萬(wàn)起，其中52 % 系電氣原因引起，農(nóng)村居民火災(zāi)11.1萬(wàn)起，占火災(zāi)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(zāi)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(dǎo)致短路，引發(fā)電氣火災(zāi)；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(zāi)；三是超負(fù)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(hù)，筆者曾見(jiàn)到在4 mm2鋁芯電線供電回路中使用額定動(dòng)作電流為63 A的斷路器作為保護(hù)電器的情況；四是基本沒(méi)有設(shè)置防電氣火災(zāi)的剩余電流動(dòng)作保護(hù)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(shí)代農(nóng)村電氣設(shè)計(jì)思路探討
中國(guó)特色社會(huì)主義已進(jìn)入新時(shí)代，農(nóng)村電氣設(shè)計(jì)也要與時(shí)俱進(jìn)。筆者認(rèn)為，在國(guó)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(shí)代背景下，農(nóng)村電氣設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面。
電力設(shè)施、供電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面
2019年初，國(guó)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(dòng)鄉(xiāng)村電氣化的意見(jiàn)》，要求認(rèn)真落實(shí)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的總體要求，利用2019 ~ 2022年4年時(shí)間，全面實(shí)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(qiáng)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(qiáng)、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(jì)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(jì)的基礎(chǔ)和源頭，沒(méi)有電源側(cè)的保障，再好的建筑電氣設(shè)計(jì)也都是無(wú)源之水、無(wú)本之木。
建筑電氣設(shè)計(jì)方面
筆者認(rèn)為，在新的時(shí)代背景和發(fā)展趨勢(shì)下，不能再用農(nóng)村建筑就是一盞燈的陳舊思路簡(jiǎn)單處理農(nóng)村建筑電氣設(shè)計(jì)問(wèn)題，而是需要從舒適、安全、經(jīng)濟(jì)等多方面綜合考量。JGJ 16 - 2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50096 - 2011《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》和JGJ 242 - 2011《住宅建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》的總則中均說(shuō)明上述規(guī)范適用于城鎮(zhèn)建筑。筆者認(rèn)為，隨著家用電器在農(nóng)村的日益普及，在國(guó)家尚無(wú)針對(duì)農(nóng)村建筑電氣設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性規(guī)范出臺(tái)的情況下，不妨可以參照上述規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮到城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的差異，可在一些不涉及安全的指標(biāo)上適當(dāng)降低。以下是筆者對(duì)于農(nóng)村建筑電氣設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)建議，與業(yè)界同行探討。
>>>>合理確定用電負(fù)荷指標(biāo)
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(lái)越普及，在一些寒冷地區(qū)，取暖能源也逐步由柴炭變?yōu)殡�，淋浴用電熱水器也被廣泛使用，農(nóng)村住宅用電指標(biāo)也在逐步向城市靠攏，因此筆者建議在確定單戶用電指標(biāo)時(shí)可參考JGJ 242 - 2011表3.3.1。
>>>>配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)
由于農(nóng)村住宅多為自建房，將來(lái)擴(kuò)建的可能性較大，在進(jìn)線總斷路器和進(jìn)線電纜的選擇上應(yīng)考慮到這一因素，適當(dāng)放大，為今后擴(kuò)建留出裕量，并且在戶內(nèi)配電箱中預(yù)留幾個(gè)出線斷路器的安裝位置。在較寒冷地區(qū)，取暖用電負(fù)荷較大并且多個(gè)房間的取暖設(shè)備會(huì)在同一時(shí)間使用，因此建議多設(shè)置幾個(gè)插座回路，考慮到建設(shè)成本，可采取多個(gè)插座回路設(shè)置一個(gè)保護(hù)人身安全的剩余電流保護(hù)器的經(jīng)濟(jì)方案。如前所述農(nóng)村建筑電氣火災(zāi)危險(xiǎn)較大，獨(dú)立成棟的住宅總配電箱建議裝設(shè)防止電氣火災(zāi)的剩余電流保護(hù)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(shí)，一般可選用短路分?jǐn)嗄芰^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(jì)時(shí)首先應(yīng)周全地考慮用電點(diǎn)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(jì)時(shí)盡量采用暗敷方式，減少亂拉亂接的可能性，如確實(shí)需要明敷的，應(yīng)嚴(yán)格采取保護(hù)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(jì)規(guī)范》和GB 50952 - 2013《農(nóng)村民居雷電防護(hù)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(lái)越多，價(jià)值也較高，建議在經(jīng)濟(jì)條件允許時(shí)裝設(shè)浪涌保護(hù)裝置，以盡可能減少因雷電造成的經(jīng)濟(jì)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(duì)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(jì)投入換來(lái)人身安全保障，筆者認(rèn)為應(yīng)當(dāng)在農(nóng)村住宅建筑中予以普及。
提高安全用電意識(shí)
除了在設(shè)計(jì)建設(shè)時(shí)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(shí)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(shí)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(jì)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(jì)也有自身的特殊性，如果電氣設(shè)備制造商能有針對(duì)性地開(kāi)發(fā)生產(chǎn)一系列既經(jīng)濟(jì)又符合農(nóng)村實(shí)際使用需求的產(chǎn)品，將會(huì)大大促進(jìn)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(chǎng)，這無(wú)疑是雙贏之舉。
逐步改進(jìn)、成效明顯
用電與人民群眾的生產(chǎn)生活息息相關(guān)，各級(jí)黨委政府都高度重視，大力推進(jìn)農(nóng)村用電提質(zhì)改造，雖然短時(shí)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(xiàng)目的實(shí)施，在很多地方前文所述的種種問(wèn)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(guó)脫貧攻堅(jiān)的收官和鄉(xiāng)村振興的啟動(dòng)，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(tái)，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(jì)與時(shí)俱進(jìn)
在新建的易地搬遷住房和改造后的農(nóng)村C、D級(jí)危房中，建筑電氣的設(shè)計(jì)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(fù)荷，如貢山縣幸福新區(qū)異地搬遷安置點(diǎn)，4人戶80 m2戶型，用電負(fù)荷4 kW，6人戶120 m2戶型，用電負(fù)荷6 kW，已達(dá)到JGJ 242 - 2011表3.3.1中指標(biāo)要求；二是用電安全保護(hù)裝置的配置已逐漸完善，單元配電箱內(nèi)浪涌保護(hù)器、戶內(nèi)配電箱內(nèi)自復(fù)式過(guò)欠電壓保護(hù)裝置和插座回路保護(hù)人身安全的剩余電流動(dòng)作保護(hù)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(jìn)步安全美觀，同時(shí)也降低了住戶自行不規(guī)范亂接電線的隱患。
目前，我國(guó)尚有約5.6億人口常住農(nóng)村，希望廣大業(yè)界同行對(duì)農(nóng)村建筑電氣設(shè)計(jì)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(jì)，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(qiáng)人民群眾的獲得感、幸福感、滿足感，為農(nóng)村發(fā)展保駕護(hù)航。近幾年，我國(guó)農(nóng)村的用電狀況和建筑電氣設(shè)計(jì)取得了飛速的進(jìn)步，但同時(shí)也應(yīng)客觀地看到，尤其在一些偏遠(yuǎn)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(shí)改進(jìn)。建筑電氣的設(shè)計(jì)和實(shí)施除了依靠科技進(jìn)步和創(chuàng)新外，更與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平密不可分，相信隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平不斷提升，在鄉(xiāng)村振興大戰(zhàn)略的推動(dòng)下，鄉(xiāng)村供電能力以及建筑電氣設(shè)計(jì)和實(shí)施水平將會(huì)不斷完善，在用電安全性、可靠性、便利性上得到進(jìn)一步提升。
