黃堅福
(福建億興電力設(shè)計院,福建 泉州 362000)
住宅小區(qū)是人們生活和居住的重要場所,為滿足人們?nèi)找嬖鲩L的居住需求,我國陸續(xù)開啟棚戶區(qū)改造項目和老舊小區(qū)改造項目。同時,由于小區(qū)內(nèi)各種電器的大量使用(例如空調(diào)、家用電器、電梯等各種大功率電器),對供配電設(shè)計提出了更高的要求。在設(shè)計過程中,設(shè)計單位的布局不僅要科學(xué)合理,還需要選擇符合規(guī)范的供配電設(shè)備,嚴(yán)格按照相關(guān)部門的要求配備合理的線路和輔助設(shè)備,避免在用電過程中出現(xiàn)跳閘、停電等故障,為小區(qū)居民提供可靠安全的用電保障。
該工程為南益清源春曉小區(qū)配電工程項目,位于萬安街道塘西段西側(cè),項目總用地面積67752m2,共16 棟住宅,1 棟商務(wù)辦公樓,1 棟住宅管理中心及相關(guān)配套幼兒園,其中1#樓27 層、2#樓31 層、3~9#樓46 層,10~18#樓6層,項目共兩期,供配電設(shè)計內(nèi)容為所有住宅、地下車庫和社區(qū)配套建筑,設(shè)計有4 座變配電室(見圖1)。
圖1 變配電室位置(變配電室3)
根據(jù)小區(qū)用戶的用電需求進(jìn)行一戶一表負(fù)荷測算,擬配置配變?nèi)萘?2000kVA,專變部分?jǐn)M配置400kVA,總?cè)萘?2400kVA。根據(jù)《10kV 及以下電力用戶業(yè)擴工程技術(shù)規(guī)范》DB35/1036—2016 以及《福建省電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)范》DBJ 13—278—2017、J 14078—2017相關(guān)規(guī)定進(jìn)行負(fù)荷預(yù)算,其中一類住宅按4kW/套,二類住宅按6kW/套,三類住宅按8kW/套,四類住宅建筑面積140m2以上的,每增加40m2增配4kW。
根據(jù)現(xiàn)行民用建筑電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)政策規(guī)范,在設(shè)計一類住宅高層建筑的用電負(fù)荷時,應(yīng)該對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟情況、居民消費水平及習(xí)慣等進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查,嚴(yán)格遵循一級標(biāo)準(zhǔn),精心計算供配電負(fù)荷,使設(shè)計滿足住宅小區(qū)居民用電需求,并為后續(xù)增容留有余量[1]。不同設(shè)備的負(fù)荷等級要求需要遵循以下原則:1)一級負(fù)荷包括消防用電設(shè)備,如火災(zāi)自動滅火系統(tǒng)、水泵風(fēng)機、防火卷簾等,設(shè)計規(guī)范明確,消防水泵房、控制室及消防電梯等供電,必須設(shè)計在最末級配電箱,以確保消防供電可靠性;2)設(shè)計小區(qū)應(yīng)急照明系統(tǒng)、公共照明系統(tǒng)等應(yīng)采用分層供電的方式;3)新規(guī)中住宅小區(qū)生活用水、供暖鍋爐房、換熱站等供配電負(fù)荷設(shè)計不低于二級,在舊規(guī)中則遵循三級負(fù)荷設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[2]。
該住宅小區(qū)供配電設(shè)計需要同時滿足建筑標(biāo)準(zhǔn)、電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、小區(qū)用電需求及住宅小區(qū)類型等的要求,對該項目中居住住宅的用電負(fù)荷進(jìn)行以下配置,如表1 所示。
表1 住宅項目用電負(fù)荷配置表
該項目在確定客戶用電負(fù)荷后,再對小區(qū)的總負(fù)荷需求進(jìn)行計算, 一期總共有620 戶60m2~120m2戶型,96 戶220m2戶型;二期總共有780 戶60m2~120m2戶型,108 戶220m2戶型,兩期共計住戶1604 戶,另有商業(yè)用戶82 戶,汽車車位1619 個(根據(jù)測給報告),按照戶數(shù)1604 戶,將配置系數(shù)設(shè)定為0.4。以此為依據(jù),在計算負(fù)荷時,將用電量精確至每棟建筑、每個單元樓,并考慮戶型、套數(shù)等參數(shù),最終計算出該小區(qū)住戶用電總負(fù)荷為8850.5kW。值得注意的是,在計算配變?nèi)萘繒r,必須明確配電需用系數(shù)、單臺配變所供電區(qū)域[3],見表2。
表2 配備安裝容量配置系數(shù)表
根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范可設(shè)定負(fù)載率為85%,結(jié)合公式(1)計算總?cè)萘俊?/p>
式中:Q—每戶用電總和;kx—配置系數(shù);M—負(fù)載率;cosΦ—功率因數(shù)。
根據(jù)計算結(jié)果,項目設(shè)計時設(shè)置的4 座配電室與理論計算值吻合,但在實際運行中,已經(jīng)超過了66W/m2的負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn),與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)存在偏差,也沒有考慮住宅小區(qū)供配電特征,即過于集中化、季節(jié)化、存在單一線路模式等,尤其沒有考慮夏季及夜晚用電高峰這一特征。因此,在確定住宅小區(qū)設(shè)計方案時,要在保證供電安全、穩(wěn)定、節(jié)能的基礎(chǔ)上,參考小區(qū)實際用電需求,如除了用電高峰期外,多數(shù)時間處于低負(fù)載運行狀態(tài),選擇更加經(jīng)濟、合理的設(shè)計方案,盡可能減少設(shè)備運行損耗,延長設(shè)備使用壽命,降低投資成本。
根據(jù)現(xiàn)行建筑電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),住宅小區(qū)在進(jìn)行供配電設(shè)計時,需要設(shè)計多個一級負(fù)荷,且采用雙重電源供電模式,當(dāng)其中一個電源出現(xiàn)故障或者需要檢修時,另一路電源可保持正常供電。而在設(shè)計供電電壓時,須按照相關(guān)原則選擇對應(yīng)變壓器和電源進(jìn)線,當(dāng)變壓器功率≤50kVA時, 應(yīng)選用適用于220/380V 交流電的電源進(jìn)線;當(dāng)變壓器功率大于50kVA 時,應(yīng)選用適用于10kV 電壓等級的電源進(jìn)線。
該工程屬于大型住宅小區(qū),在進(jìn)行供電回路設(shè)計時,須考慮目前日益增多的住宅人數(shù)、家用電器及大功率電器等因素導(dǎo)致的用電荷量跨越式增長情況以及供電、跳閘、短路等故障問題。因此,在選擇電源進(jìn)線時一般選擇10kV的電源進(jìn)線,可選擇的供電方案主要有以下幾種:1)設(shè)計兩個10kV 電源進(jìn)線互為備用,被稱為雙回路;2)另一個雙回路是將10kV 電源進(jìn)線設(shè)計為一個主供電所用,一個作為備用回路;3)單回路,以一組10kV 電源進(jìn)線為主,并將柴油發(fā)電機組作為備用電源進(jìn)行供電。分析考量這3個設(shè)計方案可知,10kV 電源進(jìn)線雙回路設(shè)計,需要從兩個不同變電站將電源引出,但這種情況下,主網(wǎng)電壓設(shè)計將和地區(qū)電力網(wǎng)呈現(xiàn)為并網(wǎng)狀態(tài),若想獲得兩個獨立電源,將面臨較大的挑戰(zhàn)。
為確保工程保質(zhì)保量完成,且不會產(chǎn)生較大投資成本,重新思考設(shè)計電源進(jìn)線和供電方式。如果選用YJV22-8.7/15kV 型號電纜用于雙回路10kV 電源進(jìn)線,就會不可避免地增加電纜施工安裝費用,增加供電項目建設(shè)投資。因此,可以對回路設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化,除特殊供電區(qū)域外,針對裝機容量大于10000kV 的電源進(jìn)線,設(shè)計雙回路的10kV電源進(jìn)線方式,一般情況下選擇單回路,將10kV 電源與柴油發(fā)電機組作為備用電源是目前住宅小區(qū)供配電設(shè)計的首選方案,而該項目的總配變?nèi)萘窟_(dá)12000 kVA,因此可選用回路的供電方式,按兩路電源雙環(huán)網(wǎng)四進(jìn)線設(shè)計。
低壓配電系統(tǒng)中低壓的供電半徑一般設(shè)置為250m 以內(nèi),在選擇配、變電所的位置時,應(yīng)盡量接近負(fù)荷的中心位置,以減少線路運行所帶來的損耗,因此須根據(jù)建筑群體的整體布局,合理選擇配、變電所的位置[4]。
按照建筑電氣設(shè)計規(guī)范要求,配電站房的設(shè)置應(yīng)符合政府管理部門相關(guān)規(guī)定,供配電設(shè)施設(shè)計和選址要兼具降噪、消防、安全等功能。從變壓器室選址看,須與居民住宅保持一定距離,至少隔一層高,嚴(yán)禁將其設(shè)計在居民住宅正下方。還要使用各種隔音、降噪材料和工藝,確保變壓器室滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)對噪聲的要求,獨立建筑最佳,也可結(jié)合主體建筑建設(shè),原則上設(shè)在地面一層及以上位置。從配電站房選址看,要避免將其建設(shè)在與衛(wèi)生間、浴室或其他經(jīng)常積水場所相鄰位置,或者正下方,還要避開排水管道及消防管道。住宅小區(qū)的配變電房和發(fā)電機房也不得單獨建在地下[5]。
在設(shè)計公用配電裝置的其他設(shè)備時,可采用獨立門戶設(shè)計模式,無法實現(xiàn)獨立門戶設(shè)計的用防火墻進(jìn)行隔離,還要做好防水、排水、防潮等施工措施,保障設(shè)備運行安全,避免因外界因素影響出現(xiàn)故障及供電不穩(wěn)情況。設(shè)計人員還需考慮后續(xù)施工和檢修施工便利與否,設(shè)置相應(yīng)的消防和應(yīng)急搶修通道,配電房梁下凈高宜不少于3.9m。以該住宅項目設(shè)計為例,2#樓1 層為架空層,參考該棟樓地下室建筑結(jié)構(gòu)將1 號配變電所設(shè)置在地下1 層位置,將2號設(shè)置配變電所在此處,使其線路與需要供電的樓棟最終距離不超過150m,達(dá)到優(yōu)化低壓線路敷設(shè)、保證供電質(zhì)量的目的。2 號配變電所設(shè)置在7#樓地下1 層位置,采用二進(jìn)四出設(shè)計。設(shè)計時應(yīng)充分考慮施工、送電、搶修維護(hù)、轉(zhuǎn)電時的便利性,杜絕倒送電問題的出現(xiàn)。此外,針對住宅小區(qū)臨街商鋪和地下停車場,綜合考慮設(shè)備用房、車位及商鋪等因素,科學(xué)計算用電負(fù)荷、選定配電所位置,若與負(fù)荷中心存在一定距離,還需將線損和加降等因素加入設(shè)計考量,選擇適宜低壓供電電纜規(guī)格。
變壓器是配、變電所內(nèi)重要一次電氣設(shè)備,起到控制電力系統(tǒng)電壓、保障電能輸送安全與輸送質(zhì)量的作用。因此,在選擇變壓器時,須根據(jù)小區(qū)用戶的全部用電負(fù)荷情況選擇合適的變壓器型號,并根據(jù)住宅小區(qū)的用電負(fù)荷情況合理設(shè)置變壓器的數(shù)量與容量,避免變壓器數(shù)量多、容量大時出現(xiàn)資源浪費的問題。隨著小區(qū)發(fā)展電能需求增加,變壓器處于高負(fù)荷和超載狀態(tài),該措施可以保障供電安全。
為確保該住宅小區(qū)電力運行安全穩(wěn)定,避免變壓器選配不合理導(dǎo)致的很多問題,需要結(jié)合項目實際情況,在遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和選用原則的基礎(chǔ)上,盡可能選擇新型、節(jié)能、科技的變壓器類型,便于后期檢修,滿足節(jié)能需求,保證供電質(zhì)量。例如在現(xiàn)階段的市場供應(yīng)中,變壓器主要有封閉型以及干式兩種,其中,在惡劣的使用環(huán)境中宜選用具有防腐、防塵效果的封閉型變壓器,而針對醫(yī)院、學(xué)校等特殊場所,因其對保供電要求相對較高,宜選用干式電力變壓器。
在選擇主變壓器時,充分考慮該住宅小區(qū)一級和二級用電負(fù)荷多、集中用電負(fù)荷大的情況,參考8850.5kW 總負(fù)荷、供配電建筑和設(shè)備選址、供電回路設(shè)計等因素,設(shè)計相應(yīng)數(shù)量的變壓器。該項目配電電氣設(shè)施設(shè)置15 臺800kVA總?cè)萘窟_(dá)12000kVA 的變壓器,以滿足項目設(shè)計的要求,同時按照相關(guān)要求,對變電所主接線方案進(jìn)行優(yōu)化,設(shè)計多個備用方案,結(jié)合項目的實際情況來選擇具體方案。
該項目供電電壓設(shè)計為10kV,頻率為50Hz,相數(shù)為三相,雙回路電源供電方案。其中,第一路電源將220kV城東變的923 陽江線1#環(huán)網(wǎng)柜至2#環(huán)網(wǎng)柜間的電纜開斷設(shè)為該項目1#開關(guān)站I 段母線和2#開關(guān)站I 母線供電。第二路電源220kV 城東變915 東宅線16#桿引接電纜至新建1#配變電所1#開關(guān)站II 段母線,并從1#開關(guān)站II 段母線引接電纜至新建2#開關(guān)站II 段母線,2#開關(guān)站II 段母線引接電纜到220kV 城東變I 段915 東宅線19#桿,將220kV 城東變I 段915 東宅線16#桿至19 桿架空線開斷。
為了保證線路的穩(wěn)定運行,在設(shè)計繼電保護(hù)系統(tǒng)時,要確保繼電保護(hù)和自動裝置的設(shè)置符合GB/50062、GB/14285 及DB35/T1036-2016 等相關(guān)國家、行業(yè)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),10kV 進(jìn)線柜須裝設(shè)速斷、過電流保護(hù),變壓器的主保護(hù)和后備保護(hù)分別采用電流速斷保護(hù)和過電流保護(hù),同時裝設(shè)非電量保護(hù)。10kV 進(jìn)線開關(guān)處裝設(shè)備自投裝置,投切時間應(yīng)滿足負(fù)荷允許停電時間的要求,具體投切時間由保護(hù)定值人員提供,兩臺進(jìn)線柜中斷路器進(jìn)行電氣閉鎖,10kV 斷路器宜采用數(shù)字型繼電保護(hù)裝置,確保高低壓開關(guān)設(shè)備在投運后“故障不自復(fù)”。
根據(jù)DB/T1036-2016 對電纜、橋架、豎井的相關(guān)規(guī)定,該項目采用阻燃低煙無鹵交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜、電線或采用無鹵電力電纜、電線;消防設(shè)備供電及控制線路選擇應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定;地下室水平敷設(shè)電纜時應(yīng)使用防火阻燃型電纜橋架,且電纜總面積與橋架橫斷面面積之比應(yīng)小于49%,橋架離地面的高度通道處應(yīng)不低于2.5m。此外,公共和用房配電站房的電纜通道應(yīng)進(jìn)行區(qū)分,并進(jìn)行明確標(biāo)示。豎井凈深應(yīng)不小于60mm,設(shè)備箱前應(yīng)保留800mm 距離,以確保箱門能在不小于90°的范圍內(nèi)自由開啟關(guān)閉[6]。
總之,在對住宅小區(qū)進(jìn)行供配電設(shè)計時,應(yīng)當(dāng)對項目進(jìn)行全面深入的調(diào)研,并充分了解當(dāng)?shù)毓╇姴块T的技術(shù)要求以及周邊區(qū)域用電情況,并重視供配電設(shè)計中普遍存在的問題,科學(xué)合理地設(shè)置電力設(shè)備,選擇適宜低壓斷路器,科學(xué)設(shè)計供配電線路,確保設(shè)計的供配電方案合理有效。