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        大型住宅小區(qū)供配電設計分析

        2021-01-28 03:36:36黃子龍
        中國新技術新產品 2020年23期
        關鍵詞:變配電供配電住宅小區(qū)

        黃子龍

        (福建億興電力設計院有限公司,福建 泉州 362000)

        隨著高層建筑體量與套數(shù)持續(xù)增加,電梯與空調設備對人們日常生活的影響較大[1]。所以大型住宅小區(qū)運行必須確保供電可靠性與安全性。優(yōu)質的供配電設計可以維護小區(qū)安全用電。然而部分設計人員接觸新技術工藝比較少,極易出現(xiàn)設計缺陷。因此,必須制定科學有效的供配電設計方案,以此建立完整的供電系統(tǒng),維護供電性能穩(wěn)定性[2]。該文主要深入探究了大型住宅小區(qū)供配電設計的相關問題,以保證電力供應的穩(wěn)定性,確保大型住宅小區(qū)的正常運營。

        1 項目概況

        某大型住宅小區(qū)位于城市新建城區(qū),項目總占地面積為15 000.73 m2,景觀道路將基地劃分為3個地塊,住宅建筑面積為40萬 m2,商業(yè)建筑面積為3萬 m2,其他建筑面積為3 000 m2。大型住宅小區(qū)中為3層別墅,建筑高度為12 m。該項目為大型建筑工程結構類型,主要為框剪結構和框架結構。供配電設計必須按照小區(qū)建筑設計標準執(zhí)行。在住宅項目中,供配電設計內容如下:安全聯(lián)動與控制、照明、火災自動報警,防雷接地、弱電系統(tǒng)以及變配電。供配電設計嚴格遵循民用建筑設計標準與規(guī)范。

        2 大型住宅小區(qū)供配電設計分析

        2.1 負荷性質與負荷計算

        遵循標準要求可知,在一類高層建筑中,用電負荷必須應用一級標準。不同設備的負荷等級如下:一級負荷包括消防水泵、消防風機、噴淋泵、防火卷簾、火災自動滅火系統(tǒng)與消防電梯等消防設備。安防系統(tǒng)、排污泵、客梯、應急照明系統(tǒng)和生活水泵采用三級負荷設計標準。

        按照項目所在地區(qū)供配電設施建設規(guī)范,對居住區(qū)住宅用電負荷做出如下規(guī)定,表1為項目復合配置表。

        表1 住宅項目用電負荷配置表

        在確定客戶用電負荷后,通過終端統(tǒng)計整個小區(qū)的總負荷,例如A區(qū)共包括340戶60 m2~90 m2戶型,17戶220 m2戶型,通過計算結果顯示,住戶總負荷等于2 481 kW。在計算配變容量時,遵循單臺供電范圍,配電需用系數(shù)見表2。按照A區(qū)總戶數(shù)357戶,將配置系數(shù)設定為0.5。

        表2 配備安裝容量配置系數(shù)表

        按照民用建筑規(guī)范,負載率設定為85%,按照如下公式計算總容量。

        式中:Q為每戶用電總和;kx為配置系數(shù);M為負載率;cosΦ為功率因數(shù)。

        按照計算結果擬選擇2臺變壓器(800 kVA),理論計算值正確。然而該負荷標準超過66 W/m2,不滿足設計標準。針對住宅項目,晚上為用電高峰期,其余時間段為低負載運行狀態(tài)。按照此種選型方式會增加設備運行損耗,還會增加投資成本,所以在設計供配電時,必須降低變壓器的總機容量。

        2.2 住宅區(qū)供電

        大型住宅小區(qū)具有多個一級負荷,采用雙回路電源供電模式。當一路電源運行異常時,另一電源正常供電。遵循供電電壓標準:變壓器容量在50 kVA以內,則選擇交流220 V/380 V供電。當容量大于50 kVA,則選擇10 kV供電。對于大型住宅小區(qū),由于供電負荷比較大,需要選擇10 kV電源進線。供電方案如下:1)方案一為雙回路、10 kV電源進線,互為備用。2)方案二為雙回路,10 kV電源進線,一用一備。3)方案三為單回路、10 kV電源進線,備用電源為柴油發(fā)電機組。在上述方案中,雙回路10 kV電源,是從2個不同變電站引出電源,在主網(wǎng)電壓上,地區(qū)電力網(wǎng)呈并網(wǎng)狀態(tài),因此不能獲得2個獨立電源。

        分析工程投資,將10 kV電源引入不同變電站,在選用YJV22-8.7/15 kV電纜時,會增加供電投資成本,且安裝施工費用較高。因此針對非保供電用戶,如果裝機容量大于10 000 kV時,才能夠獲得雙回路10 kV電源進線。然而開發(fā)商因經濟因素,會選擇單回路、10 kV電源,備用電源選用柴油發(fā)電機,該種供電方式屬于住宅小區(qū)供配電設計的首選方案,也是優(yōu)選的供電方案。

        2.3 變配電所位置選擇

        對于低壓配電系統(tǒng),低壓供電半徑在250 m以內。在選擇變配電所地址時,應該和負荷中心接近,以此降低線路損耗。聯(lián)合建筑綜布局,合理地明確變配電所位置。通過分析建筑電氣設計規(guī)范,在住戶正上方、正下方、地下最底層位置,嚴禁設置配電所。當住宅小區(qū)僅有一層地下建筑時,不能將變配電所設置在地下層。當住宅建筑物架空層,一層為住宅層,在住宅區(qū)正下方,嚴禁設置變電所。電力部門必須嚴格監(jiān)管變配電所位置選擇。設計人員在變配電所選址時,應當考慮多項因素。例如在此次住宅項目設計中,10號樓位于8號樓和9號樓之間,10號樓1層為架空層,聯(lián)合A區(qū)地下室建筑結構,將變配電所設置在10號樓地下1層位置。采用此種設置方式,變配電所到達各樓宇的終端線路均小于150 m,優(yōu)化低壓線路敷設。

        地區(qū)供電部門管理期間,對住宅電氣設計提出較多要求,由不同變壓器提供住宅電力、公共電力[3];由公共變電所提供公共照明、公共電力的供電;由專用變電所,提供住宅用電。對于部分特殊區(qū)域,必須分開設置2個變電所置,基于電源位置,將住宅、非住宅建筑用電分離開[4]。

        在大型住宅小區(qū)中,變配電所是重要的負荷中心,因此,做好交通路線設計。在安裝和維修變壓器和高壓柜與低壓柜時,必須確保交通通道便捷性,全面考慮設備安全性與便捷性。在選擇變配電所位置時,設計人員的考慮多種因素,權衡利弊。住宅小區(qū)臨街時,地面1層和2層會設置商鋪,地下室為停車場,上述位置均屬于開發(fā)商獲得高利潤的場所,在設計過程中經常出現(xiàn)業(yè)主不配合配電所設計,或者設備用房占用車位和商鋪等情況。然而在規(guī)劃配電所位置時,如果和負荷中心距離較遠,必須分析線路消耗、加降等問題,相應地增加低壓供電電纜規(guī)格。采用遠距離供電模式,會增加電纜數(shù)量。

        綜合計算可知,這種方式的花費會高于占用商用面積的花費。因此,在供配電設計過程中,應當和業(yè)主做好溝通,避免業(yè)主過度關注眼前利益,從而降低配電系統(tǒng)運行安全性。在此次住宅小區(qū)項目供配電設計中,配電所只靠近負荷中心,不僅可以減少線路輻射成本,而且可以充分利用地下室未知空間,提高經濟效益。

        2.4 變壓器選擇

        2.4.1 變壓器選擇原則

        在電所內,變壓器屬于重要一次設備,可以提升、降低電力系統(tǒng)電壓,確保電能分配、輸送、使用的可靠性。按照小區(qū)用戶用電負荷特定,科學地選擇變壓器。充分考慮到變壓器臺數(shù)、容量選擇。當變壓器數(shù)量多、容量比較大時,將會加劇資源浪費。當發(fā)展空間不足時,將會導致變壓器過載,無法確保供電安全性與可靠性。

        在選擇變壓器時,應當遵守國家標準,聯(lián)合實際情況,選擇先進技術、節(jié)能技術水平高,便于檢修與維護的產品。針對防腐、防塵、封閉型變壓器,可以應用到惡劣環(huán)境中。干式電力變壓器,可以應用到醫(yī)院、學校等要求比較高的區(qū)域。一級與二級用電負荷多,集中用電負荷比較大,可以設置多臺變壓器。按照變壓器的容量與臺數(shù),全面滿足設計系統(tǒng)要求,優(yōu)化變電所主接線方案,同時設計多個備用方案,聯(lián)合實際情況選擇方案。

        2.4.2 主變壓器容量選擇

        在選擇主變壓器容量時,應當分情況考慮。例如不同數(shù)量變壓器裝設情況,同時要考慮到未來負荷設計,確保滿足住宅小區(qū)的供電需求,具體選擇要求如下:1)裝設一臺變壓器,ST小于S30。2)裝設2臺變壓器,其中一臺變壓器處于獨立運行狀態(tài)時,ST等于(0.6~0.7)S30;單一變壓器運行時,必須滿足一級、二級負荷S30需求;ST大于S30。3)小區(qū)變電所主變壓器單臺容量小,變壓器與負荷中心接近,降低低壓配電系統(tǒng)電能損耗。同時滿足低壓側開關設備的斷流要求。4)在設計過程中,注重考慮未來負荷發(fā)展,保留充足的空間,由于變壓器在運行時,需要承擔大量的負荷,此時ST大于S30,約為1 268.1 kVA。根據(jù)未來的用電需求,可以將ST值確定為1 600 VA。小區(qū)供電選擇1 600 kVA變壓器。

        2.4.3 主變壓器臺數(shù)的選擇

        主變壓器臺數(shù)對住宅小區(qū)供配電的影響較大。所以在確定主變壓器臺數(shù)時,必須考慮以下4個問題。1)供電系統(tǒng)對于常規(guī)用電負荷,必須確保可靠性。2)變電所負荷由于受到晝夜溫度差的影響,適合應用經濟運行方式,可以連接雙臺變壓器。3)通常情況下,變壓器數(shù)量中,1臺為最適宜配置。在變電所負荷集中,容量比較大時,可以使用2臺以上的變壓器。4)選擇主變壓器臺數(shù)時,應當考慮到未來負荷變化,確??臻g充足性。

        2.4.4 變壓器型號的選擇

        由于小區(qū)住宅建筑物負荷多為單相負荷,極易出現(xiàn)三相不平衡問題。因此變壓器通常選擇Dyn11聯(lián)結方式。按照上述變壓器分析可知,型號可選擇為SC9-1600/10。

        2.5 計量與補償

        針對變壓器高壓側、低壓側的總計量裝置,供電部門提出了嚴格的要求:針對低壓側,則采用成本核算分區(qū)計量,對商業(yè)用電量進行單獨核算。當前,多數(shù)住宅供電電表納入醫(yī)護儀表系統(tǒng)中,特別是新建建筑電表,則必須由供電局實行統(tǒng)一化管理、遠程計量。所以,在設計電表箱時,必須滿足標準要求。針對戶內小于12 kW的用電量,采用單向供電計量方式;大于12 kW的用電量,采用三相供電計量方式。由于生活質量提升,電氣化水平也不斷提升,在供配電設計中,必須預留裕量,針對樓中樓和大戶型來說,由于戶型面積比較大,如果單戶用電量大于12 kW,則采用三相供電計量方式。由于電力部門具有“一戶一表”規(guī)定,普通商住樓戶內,幾乎不使用三相電表計量法,主要是由于申請、報裝過程復雜且通過率低,因此在供配電設計計算時,應當減少相關系數(shù),以此滿足單相計量標準。電表箱安裝選址時,保證小區(qū)安裝位置的一致性。采用集中計量方式時,12層以下電表箱設置在1樓,12層以上電表箱設置在3~6層。在同一單元中,當每層戶數(shù)超過18戶時,應該將電表箱設置在樓梯間,確保每層設置。在小區(qū)項目中,電表箱設置方式為3層集中法,針對部分層數(shù)小于12層的樓宇,主要為“1梯2戶”大戶型,所以電井面積限制較多。在同一單元中,如果包括24戶,則設置2個電表箱,設置位置為1層配電房。

        在此次住宅項目中,無功補償裝置采用低壓、集中補償法,。在變壓器低壓側,設置電容器無功補償、屏裝,同時根據(jù)變壓器容量30%配置,以此確保功率頁數(shù)大于0.9,滿足設計規(guī)范標準。

        2.6 高低壓系統(tǒng)與線路敷設

        在住宅小區(qū)電氣設計中,變配電所選址、高低壓開關柜的選擇,對配電所面積影響較大。當前,常用高壓開關柜主要包括高壓環(huán)網(wǎng)式,金屬鎧裝中置式與固定式。由于固定是高壓柜的造價比較高,因此多應用于工業(yè)建筑和電廠中。選用中置柜高壓系統(tǒng)能夠發(fā)揮出較強分段能力,且可靠性與穩(wěn)定性高,然而高壓柜體積大,柜體結構為3層,上部位主要為母線和儀表,中間為斷路器,下方為電纜出線,厚度比較大。該類柜體的造價比較高,多應用于變配電所的空間,小區(qū)總配電系統(tǒng)。在該次小區(qū)項目中,共設置了10座10/0.4 kV變配電房,別墅區(qū)采用箱式變電站,按照不同地塊,引入回路變供電,并且實行放射式供電方式,引至變電所。由于單臺中置柜價格成本較高,因此多應用于中高檔住宅小區(qū)供配電設計中。

        高壓環(huán)網(wǎng)柜也屬于常用高壓配電柜,可以集合中壓功能單元,連接開放式環(huán)網(wǎng)與輻射式電網(wǎng)的變壓器,實現(xiàn)供電與保護功能??諝饨^緣柜體尺寸小,占地面積比較小。如果高壓柜為SF6氣體絕緣型時,地段價格昂貴,則采用此種配電設計方式的商業(yè)價值顯著。環(huán)網(wǎng)柜的接線方式比較簡單,造價成本低廉,單臺負荷開關熔斷器柜約為2萬元。然而此種配電方案適用于單路電源進線設計,不能應用于雙電源進線、互為備用的情況,所以在小型系統(tǒng)中得以廣泛應用。在變壓器母線端,引出400 V電源,通過三相四線、PE線配電方式。電纜線路,采用穿管埋設方式,埋設深度為室外地坪下方80 cm,中途位置、進線位置均必須設置人孔井。剩余部分就可以在地下車庫內敷設,選用電纜橋架敷設法,同時引入至終端用電點。

        2.7 應急電源

        民用建筑應急電源多為柴油發(fā)電機,經濟性價值顯著。發(fā)電機和試電采用電氣連鎖和機械連鎖方式,避免出現(xiàn)并列運行。設計人員在規(guī)劃設計時,應該分析柴油發(fā)電機房選址問題,確保其與配電所靠近。在運行過程中,發(fā)電機通風、排煙量比較大,運行噪聲大??赡軙I(yè)主的生活造成影響,因此必須注重減震與消聲處理。由于柴油發(fā)電機煙氣內含有毒害物質,因此將排煙道設計在屋頂,以此減少污染。在設計時,應當考慮到通風、排煙問題,如果設備用房面積狹窄,不能兼顧排煙處理問題,則選用集中蓄電池方式,將其作為應急照明。

        3 住宅小區(qū)供配電設計的注意事項

        住宅小區(qū)供配電設計的注意事項有2個:1)住宅小區(qū)供電設計方案和地區(qū)標準規(guī)定相關,純住戶用電必須和其他用電分離。在設計和選擇樓層電表箱時,不僅要滿足國家標準,還應當考慮地區(qū)供電要求。2)住宅小區(qū)供配電設計期間,必須充分考慮二次裝修問題,減少浪費。住戶戶內、商鋪等部位的電氣設計簡單,部分小區(qū)不再進行該部位電氣設計,在室內預留電氣總配電箱。此種方式可以減少成本投入,也能夠縮短供配電設計時間。然而此種設計方式會違反設計深度要求,所以在具體設計中應當權衡利弊。

        4 結語

        綜上所述,在住宅小區(qū)供配電設計中,必須基于業(yè)主實際需求,注重變壓器和備用電源選型問題,優(yōu)化設計變配電所,減少供電線路浪費。在供配電設計過程中,應當嚴格遵循地區(qū)設計規(guī)范與要求,同時考慮到地區(qū)消防部門、供電部門、規(guī)劃部門與防雷機構的設計要求,全面提升住宅小區(qū)供配電設計效率與質量,維護小區(qū)供電的安全性與可靠性。

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