农业电气化agricultural electrification

为农村安全、可靠地提供电能，并在农业生产及居民生活中合理、高效地广泛应用电能。农业电气化是实现农业生产机械化、自动化不可缺少的重要技术基础。它是农业现代化的重要标志。亦称为农村电气化。
电能的生产、输送与分配 主要有以下四部分。
农村供电 通过农村供电系统为农业生产及居民生活提供电能，是农业电气化的先决条件。农村供电系统由供电电源及电力网组成，农村供电的特点是：电能用户分散，输电距离远，用电负荷密度小，且受季节与气候的影响，电压较难达到标准，单机或单户用电量小，送、变电设备单位容量的送电量低，因此发、输电成本均高于城市。农村供电部门的任务是研究并采用先进技术、设备和科学管理方法，制订合理的供电规划，保证供电的质量和可靠性，降低电能及输电成本，扩大供电范围，以促进农村经济的发展及提高村镇居民的生活水平。
农村供电始于19世纪初，美国至1933年，全国只有10.9%的农场获得电能供应；苏联在十月革命前，主要由农村小电站供电，用电量仅为12万千瓦时。随着农业电气化及国家电力系统的发展，为农村供电的发电厂规模逐渐扩大，由大电网供电的农村电力网逐年建设，至第二次世界大战后，大电网供电迅速发展，在农村供电中的比重不断增长。到70年代末，日本、苏联、美国、法国、德国等国的农村用电已主要或几乎全部由大电网供电。适合于农村特点的电源电网结构、专用电器设备、自动控制装置和运行技术不断发展，80年代，电子计算机在农村供电系统的控制、运行及管理诸方面得到推广应用。到1985年，美国农村用电量达1700亿千瓦时，苏联达1049亿千瓦时。
中国在1936年以前，除东北四省外，发电装机容量共为63万千瓦，发电17亿千瓦时。1949年初，全国发电装机容量仅184.86万千瓦，总用电量为34.5亿千瓦时，而农村用电仅为0.2亿千瓦时，农村电力事业的发展，主要是在1949年以后，大幅度增长是在80年代，年用电量平均增长13.9%，到1990年农村用电量达到1013亿千瓦时。中国代表年度农业用电量如表1所示。

表1 中国代表年度农业用电量

年度	全国总用电量 （亿千瓦时）	农业用电量 （亿千瓦时）	%
1949 1957 1960 1966 1971 1975 1980 1985 1990	34.50 164.07 538.40 699.90 1 012.70 1 569.70 2 516.40 3 484.00 6 127.98	0.20 1.08 7.00 54.58 97.00 211.00 372.50 603.03 1 013.30	0.58 0.66 1.30 7.80 9.60 13.44 14.80 17.31 16.83

农村供电电源 有大电力系统（大电网）、发电厂及各种小型发电装置三类。❶大电网。由许多发电厂经变电所和输电线路连接组成。它利用用户需用电能的不同时性和地理时差调节电力负荷峰值，扩大备用电源容量，充分利用水能、劣质煤等一次能源，具有供电可靠性高、电能质量好、电价低廉、管理方便和调度灵活等特点，是现代较完善的二次能源。
❷发电厂。是将载能质的能量转化为可利用能量的工厂。根据所利用的载能质的不同，分为火电厂、水电厂、潮汐电站、地热电站，还有核电站等。发电站除并入大电网运行外，也单独向用户供电。
❸小型发电站。对远离大电网的农村，各类小型发电站是其重要电源。有小水电站，及利用风能、太阳能发电装置。一些偏僻农村，也有用柴油、沼气发电装置作为电源的。图1所示为发电厂供电系统。

(a)孤立发电厂供电系统

(b) 中小型及农村发电厂供电系统

图1 发电厂供电系统

农村电力网主要由农村电力线路和农村变电站组成，其结线方式多为单电源辐射状。为了提高供电可靠性，实现不间断供电，可采用有备用的双电源环状结线（开环或闭环）或其他有备用的结线方式(图2)。

图2 农村电力网结线方式

农村电力线路担任着输送和分配电能的任务。输送电能的称送电线路，分配电能并同用户受电器或配电变压器直接联结的称配电线路。农村电力线路的电压等级有： 220千伏、110千伏、35千伏(60千伏)、10千伏(6千伏)及低压380伏等。35千伏及以上为送电线路电压，10千伏及以下为配电线路电压。有时35千伏(60千伏)作为配电线路电压，1千伏以上为高压配电线路，1千伏以下为低压配电线路。
电力线路由结构上分为架空线路及电缆线路，架空线路造价低，取材容易，施工方便，在农村电力网中得到广泛应用。它由悬挂在杆塔横担上的绝缘子挂住导线，35千伏及以上架空线路在发电厂、变电所的进线段或沿全线架设避雷线，并加装杆塔接地装置。导线用LQJ型钢芯铝绞线或LJ铝绞线，低压配电线路用铝绞线或绝缘铝绞线，有的国家用铜线或钢芯铜绞线。绝缘子有针式、悬式、瓷横担3种，由于瓷横担可以节约钢材，造价低，绝缘强度高，在中国逐渐取代针式绝缘子，用于农村高压配电线路的直线杆。线路杆塔主要为钢筋混凝土单杆或双杆，也可用铁塔或木杆，有的国家大量使用经化学处理的木杆，使用寿命可达30年以上。电缆线路采用有防护层的单芯或双芯绝缘导线，可以直接敷设在地下或水下。70年代中，中国部分井灌区使用了低压直埋式简易铝芯塑料绝缘线（俗称地埋线），具有不占耕地，投资少，不影响田间作业等优点。
农村电力线路的输送能力即能够安全、经济通过输送的功率，它取决于允许电压损失、功率损失及电能损失率。短线路还取决于导线的允许温升。电力输送能力大体上和线路电压的平方成正比，而和输送距离成反比，也和导线材料、截面及调压、调相设备有关。
中国农村电源发展概况如表2所示。
农村变电站 由变压器、高低压配电装置、无功功率补偿设备以及测量、继电保护、自动控制、信号、通讯装置和必要的建筑物等构成。用以汇集电源、升降电压和分配电能，并对出线及电气设备进行操作、控制和运行监视，是农村电力网的枢纽。其电压等级有：110/35(60)千伏、35(60)/3～10千伏、35/0.4千伏和35/10/0.4千伏等多种。站址一般选在靠近负荷中心、有适当的进出线走廊、交通方便、水文地质条件适宜的地方，并尽量不占或少占农田。变电站的供电半径一般不超过其低压侧电力线路的输送距离。
农村变电站安装的变压器一般为一台或两台。其主接线根据该站的重要程度、容量大小、变压器台数、用户对供电可靠性的要求、电压等级和电网的接线方式等因素决定。高压侧常用的接线方式有： 单元式接线、单母线、单母线分段和桥式接线等； 低压侧的接线方式有： 单母线、单母线分段（有时带旁路母线）等。小容量终端变电站，采用高压侧不装断路器，仅装跌落式熔断器或接地刀闸的简易单元式接线。
农村变电站的配电装置有户内式和户外式两类。高压侧一般为户外式，6～10千伏及以下；低压侧多为户内式。选用户外式成套配电装置或建设成套式变电站，可以大大减少土建和安装工作量，缩短施工期，并节约投资。工业发达国家很重视发展简易成套变电站，并实现自动和远动化，不用值班人员；不重要的变电站不装远动装置，仅装设必要的自动装置，也可实现无人值班。中国于1984年通过技术鉴定的小型化35千伏农村变电站，已实现一次设备户外和立体布置，并具有以微处理机为核心的控制系统和以CMOS集成电路为主体的继电保护、中央信号和自动装置系统。

表2 中国农村电源发展概况

年 度	水电装机		送电线路（万千米）				变电设备(106千伏安)
	年末装 机容量 （万千瓦）	平 均 递 增 %	35千伏		3～10千伏		35千伏主变		10千伏配变
			年末拥 有 量	平均年 增加量	年末拥 有 量	平均年 增加量	年末拥 有 量	平均年 增加量	年末拥 有 量	平均年 增加量
1962	24.0		1.0		6.48		1.644		2.81
调整时期 (1963～1965)		11.2		0.28		2.55		0.433		1.055
1965	33.0		1.84		14.15		2.493		6.01
“三五”时期 (1966～1970)		25.3		0.4		4.22		0.528		1.557
1970	102.0		3.84		35.28		5.582		13.97
“四五”时期 (1971～1975)		24.7		0.82		7.18		1.345		4.699
1975	308.0		7.94		71.16		14.80		37 .29
“五五”时期 (1976～1980)		17.6		0.726		6.70		1.695		8.073
1980	693.0		11.57		104.65		23.28		77.65
“六五”时期 (1981～1985)		6.6		0.784		9.06		1.959		5.490
1985	953.0		15.49		149.99		33.07		105.10
“七五”时期 (1986～1990)		6.7		1.126		7.486				9.364
1990	1 318.0		21.12		187.42		—		151.92

农业供电配电方式 低压配电网用三相四线制或三相三线制(Y接线，当仅有三相动力用户时)，高压配电网用三相三线制、两线一地制(图3)和三相单相混合制。两线一地制是用大地作一条导线的对地不对称的三相系统，可省一条导线及相应的器材、投资，并有节能效果，但掉闸率高，工作接地装置长期通过负荷电流，对通信线路干扰严重，使其应用受到一定限制。三相单相混合制是高压主于线为三相四线制或三相三线制，而用户分支线为单相制的配电方式。有的国家广泛采用主干线为三相四线制的混合配电方式。

图3 农村配电网配电方式

(a)高压为三相三线制； (b)高压为两线一地制

1982年美国农村电力合作社建有电网360万千米，1985年农村配电线路为全美的44%，平均每千米用户为2.9，农电系统服务面积为全美的70%，而用户人口仅占10%。
电能在农业生产及居民生活中的应用 农业用电项目约有500多种，遍及农业生产过程和环节。电能具有其他形式能量所无法比拟的特点，在农业的特殊条件下，充分显示其优越性：❶农业生产劳动强度大、占用人力多、劳动条件差，利用电能可有效地改善这种状况。如1千瓦的电动机即可取代约14个人的手工劳动，电动机还可完成其他动力机械难以甚至无法完成的作业，如在高原和严寒条件下的作业，潜水电机的水下作业等。
❷电动机结构牢固，工作可靠，使用方便，操作简单，有很高的技术完好率，可较好地满足农作时间性的要求。
❸电能分配的灵活性和输送的方便性，非常适合于农业区域辽阔、负荷分散等特点。机械能和热能只能在有限的空间传输，而电能传输的范围几乎是无限的。在大型、宽幅和联合田间作业机组上，用电力传动取代机械传动，可以大大减轻机具重量，降低材料消耗和能耗，提高作业质量。
❹电气设备在工作过程中基本不污染环境，这对温室和畜牧场尤为重要。
❺电能可同其他各种形式能量极其方便地、又互为可逆地转换，因而可满足农业生物体对光、热、力、电、磁、声、化学和生物能等各方面的要求，且一切光、热、力、磁、声、化学和生物状态的变化，都可以形成电的信号而显示出来。借助于电磁波空中扫描，可监测整个地区、整个国家以至全球作物的长势及灾情，并据以估计产量； 借助通电的植物生长计，可以测得在数分钟内茎杆直径生长速率的变化，从而观察农业措施或环境因素变化的影响。
❻静电场、交变电场、磁场、直流电流、工频、高频和超高频电流以及红外、紫外、伦琴和电离辐射等电能直接作用于农业生物体和农产品，可以产生特殊效果： 如静电喷药可使有效沉降率增加30～40%; 在高频电场烘干谷物，可杀死害虫而种子不受损伤； 交、直流电作用于植物根部，可使绿色物质产量增加40%; 用电化学方法为农作物施加微量元素，有时可使产量提高2～3倍； 土壤中通以高压脉冲电流可以灭草、杀虫； 不同频率的电磁波可刺激动植物的生长，提高其产品率或产量等。此外，辐射对作物及微生物遗传性的影响，还可被用于选育种、果蔬保鲜和杀菌灭虫等。
农村居民生活、照明电气化， 对改善农民生活条件， 丰富文化生活起着显著作用。尤其是家用电器的普及， 不仅改善农村妇女的家务劳动条件， 且促进农民文化水平的提高。中国农村的生活、照明用电量增长较快， 1976年仅为43.99亿千瓦时， 1984年达100.6亿千瓦时， 1990年达208.44亿千瓦时。

表3 中国农业用电组成(%)

项目 年份	排灌	农业 生产	农副 加工	乡镇 企业	生活 照明	其他
1965 1975	52.5 50.2	— —	29.8 25.0	— —	17.7 24.8
1980 1985	37.6 22.0	— —	22.7 20.3	18.7 32.4	16.9 20.8	4.1 4.5
1990	18.5	5.89	13.5	37.2	20.6	4.31

中国农业用电组成如表3所示。