教育建筑電力規(guī)劃思考

翟青霞

（太原理工大學(xué)建筑設(shè)計研究院，山西太原 030024）

1 概述

近年來，筆者參與了兩個校區(qū)的設(shè)計與后期調(diào)研，分別為太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院、垣曲縣高級職業(yè)中學(xué)新校區(qū)。太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院為高等教育院校。垣曲縣高級職業(yè)中學(xué)新校區(qū)為職業(yè)高中，參考中等職業(yè)學(xué)校設(shè)計。

目前垣曲縣高級職業(yè)中學(xué)新校區(qū)已基本建設(shè)完成并投入使用，太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院（一期工程）已建成并投入使用，目前二期工程在建。

2 垣曲職校供電系統(tǒng)運行情況分析

2.1 用電概況

根據(jù)建設(shè)方提供的資料，垣曲縣高級職業(yè)中學(xué)新校區(qū)（以下簡稱“垣曲職?！保┙ㄔO(shè)面積共計46164.13m2。

1# 變電所為實驗區(qū)（1～5# 實訓(xùn)樓）供電，裝機(jī)容量2×400kVA，負(fù)載率77.2%；2#變電所為學(xué)校生活區(qū)（包括宿舍樓、食堂及換熱站等），裝機(jī)容量2×800kVA，負(fù)載率82.3%；3#變電所為教學(xué)區(qū)（包括主教樓、科技樓、綜合樓等）供電，裝機(jī)容量2×500kVA，負(fù)載率85.8%。

該校區(qū)總裝機(jī)容量為3400kVA，總建筑面積約為46164.13m2，變壓器容量計算指標(biāo)為52VA/m2。而《教育建筑電氣設(shè)計規(guī)范》(JGJ 310—2013）中的表3.2.5，中等職業(yè)學(xué)校（含有實驗室、實習(xí)車間等）“校園的總配變電站變壓器容量指標(biāo)”相對應(yīng)值為30～45VA/m2，本校區(qū)的變壓器容量指標(biāo)大于標(biāo)準(zhǔn)值。

該校區(qū)目前已基本建設(shè)完成，據(jù)甲方反饋，目前除綜合排練廳、藝術(shù)樓、6#實訓(xùn)樓未投入使用外，其他建筑均已投用。

2.2 用電分析

我們對該校區(qū)內(nèi)各變電所內(nèi)變壓器二次側(cè)電流進(jìn)行為期兩周的監(jiān)測，每天早、午、晚各查看一次計量表。根據(jù)甲方提供的監(jiān)測數(shù)據(jù)，設(shè)于1#變電所內(nèi)的1、2#變壓器出線最大電流、最小電流的時間不固定，但是最大值均出現(xiàn)在上課期間，即實訓(xùn)車間使用期間；3、4 號變壓器最大電流輸出時間均為 10：00—13：00、15：00—18：00 期間；5、6# 變壓器的用電高峰時間段則是 8：00左右開始，19：00 左右結(jié)束。從時間段來看，基本與建筑性質(zhì)及使用時間相吻合。

與變壓器額定電流比較，目前各變壓器最大負(fù)載率見表1。

表1 變壓器最大負(fù)載率

經(jīng)與建設(shè)方了解，1#變壓器供電的1、2 號實訓(xùn)樓中，2 號實訓(xùn)樓目前實訓(xùn)設(shè)備尚未全部購置，因此，此變壓器最大負(fù)載率明顯偏低；5#、6#變壓器供電的排練廳、藝術(shù)樓、6#實訓(xùn)樓目前未投入使用，所以這兩臺變壓器負(fù)載率也偏低。3#、4#變壓器所供電的建筑，目前已均投入使用，但是最大負(fù)載率仍低于一般規(guī)范建議的經(jīng)濟(jì)運行負(fù)載率75%。這又是什么原因呢？

經(jīng)過現(xiàn)場查看，校方為了安全起見，對所有的學(xué)生宿舍進(jìn)行限電，宿舍里預(yù)留的插座均不允許使用，每間宿舍僅允許最大電流4A。因此，目前宿舍的用電量比設(shè)計中預(yù)留的小很多。同時，因為食堂、宿舍均主要為學(xué)生課余服務(wù)，這兩種建筑在一定時間段存在用電錯峰，比如白天宿舍基本沒有用電，食堂的用電設(shè)備主要在白天運行；當(dāng)宿舍照明啟用的時候，食堂的大量烹飪用電設(shè)備已基本停用。而在設(shè)計階段選擇變壓器的時候并未考慮此問題。

目前，校區(qū)內(nèi)所有的變壓器均在深夜人員活動較少的時間段出于用電谷期。這是所有民用建筑中普遍存在的問題，我們不予討論。

校方認(rèn)為，在建設(shè)初期，預(yù)計招生人數(shù)為4600 人左右，目前招生人數(shù)約為3000 人。待招生達(dá)到設(shè)計人數(shù)后，目前未投用的建筑、設(shè)備均應(yīng)購置到位，預(yù)計五年左右將會達(dá)到招生高峰期，屆時用電量會有進(jìn)一步提升，變壓器負(fù)載率也會相應(yīng)提高。

但是，關(guān)于食堂和宿舍區(qū)變壓器的選擇未考慮建筑用電設(shè)備錯峰運行，是明顯的失誤。

3 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院供電系統(tǒng)運行情況分析

3.1 用電概況

太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院2001 年8 月首期招生，一期建設(shè)已完成并投用，總建筑面積為186186.6m2，招生人數(shù)也已達(dá)到設(shè)計值。一期工程集中建設(shè)了一座變電所，位于圖書館內(nèi)。變電所內(nèi)工作電源容量為10000kVA，備用電源容量為1260kVA。計算得：變壓容量指標(biāo)為60.5VA/m2，該校區(qū)為理工類大學(xué)，較標(biāo)準(zhǔn)值 30～60VA/m2[1]偏大。

3.2 用電分析

查看校方提供的兩周電力變壓器運行值，發(fā)現(xiàn)備用電源母線段兩臺變壓器（均為630kVA）電流最大值為123A，負(fù)載率最大的時候接近5%；工作電源側(cè)變壓器的最大電流疊加值約為7230A，則推算負(fù)載約為4282.6kW，變壓器負(fù)載率約為47.6%。

經(jīng)過比較上述數(shù)據(jù)，我們可以看到該校區(qū)變壓器的裝機(jī)密度僅稍大于標(biāo)準(zhǔn)值，但是實際運行過程中，變壓器的負(fù)載率遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏小于經(jīng)濟(jì)運行指標(biāo)，也遠(yuǎn)小于設(shè)計值。尤其是備用電源母線段變壓器負(fù)載率基本為零，這是個比較嚴(yán)重的問題。經(jīng)查看設(shè)計圖紙、供電方提供的竣工資料，該變電所引入兩路10kV 電源，一路為工作電源（即1#10kV 進(jìn)線），其主接線如圖1 所示。

圖1 10kV 電源主接線

另一路引入的10kV 電源為備用電源，根據(jù)呂梁市供電部門要求，該路電源只允許為二級及以上負(fù)荷提供電源。其主接線同上，但是它為每個建筑的第二路進(jìn)線（即2#進(jìn)線）提供電源。

圖中圖書館1、2#電源所列負(fù)載均為平時運行負(fù)載，每臺變壓器均負(fù)擔(dān)部分一、二、三級負(fù)載；其他建筑的1#電源進(jìn)線，平時為本建筑提供所有用電；2#進(jìn)線為備用電源，為本建筑中的二級及以上負(fù)荷提供備用電源，平時負(fù)載為零。

對比圖1 的圖紙和各單體施工圖發(fā)現(xiàn)，圖1 的10kV 備用電源低壓側(cè)用電負(fù)荷僅有圖書館部分用電負(fù)荷608.2kW，而根據(jù)計算數(shù)據(jù)，因為備用電源裝機(jī)容量需要考慮消防負(fù)荷、平時需要使用的一、二級負(fù)荷，計算負(fù)荷為備用1123.8kW，目前現(xiàn)狀變壓器為一臺1600kVA 變壓器，則根據(jù)圖書館608.2kW 負(fù)荷全部運行來計算，它的負(fù)載率也僅為42.2%。

形成上述情況的原因更值得深思。因為供電行業(yè)的壟斷原因，山西省內(nèi)所有的建筑工程電氣設(shè)計都僅限于低壓側(cè)。這就造成了高壓側(cè)的最終實施方案與低壓側(cè)設(shè)計方的最初設(shè)想不一致的情況，那么很容易就會造成高低壓側(cè)因運行方案不一致導(dǎo)致的變壓器裝機(jī)容量不合理，甚至造成保障性負(fù)荷無法獲得保障電源的情況。

但是如果在單體設(shè)計時，所有建筑的2#進(jìn)線平時均改為承擔(dān)本建筑內(nèi)一、二級負(fù)荷的工作電源，1#進(jìn)線承擔(dān)建筑內(nèi)一、二級負(fù)荷的備用電源和三級負(fù)荷，在變壓器容量計算時，10kV 工作電源側(cè)變壓器平時負(fù)載因為不含一、二級負(fù)荷，較現(xiàn)行方案減少很多，因此，裝機(jī)容量可以大幅減少。10kV 備用電源側(cè)的變壓器容量與現(xiàn)方案相同，但是因為平時承擔(dān)所有建筑內(nèi)一、二級負(fù)荷，根據(jù)教育建筑用電負(fù)荷級別劃分，一般學(xué)校內(nèi)二級及以上平時運行負(fù)荷較消防負(fù)荷大，則選擇變壓器按照平時運行負(fù)載選擇。此方案可以保障備用電源側(cè)變壓器平時負(fù)載率持續(xù)在較高水平，又減小了10kV 工作電源側(cè)的裝機(jī)容量。

4 結(jié)語

綜上所述，個人認(rèn)為，在教育建筑群設(shè)計初期，供電電力規(guī)劃應(yīng)注意以下方面：

（1）在校區(qū)開始設(shè)計以前，應(yīng)與各用電單位（如各教學(xué)學(xué)院）、后期維護(hù)單位（如學(xué)校后勤部門）進(jìn)行深入溝通，對各建筑的用電性質(zhì)、用電設(shè)備運行情況進(jìn)行深入了解，確定電氣整體規(guī)劃。這樣可以有效避免建成投入使用后，因為不符合使用方要求，再進(jìn)行大規(guī)模調(diào)整，造成不必要的浪費。而且可能有些變壓器因為已經(jīng)安裝，不便進(jìn)行調(diào)整，就會造成變壓器負(fù)載率過低。

（2）設(shè)計前期應(yīng)著重了解當(dāng)?shù)毓╇娬撸私猱?dāng)?shù)毓╇姴块T的高壓推薦方案，低壓側(cè)選擇合理的、與供電方選取的高壓一致的供電方案。

（3）供電部門在后期介入供電設(shè)計時，應(yīng)充分了解建設(shè)方使用需求，并了解各單體建筑低壓側(cè)供電方案，確保一致。

（4）后期使用過程中，建設(shè)方如需增加、減少用電負(fù)荷，應(yīng)及時與相關(guān)設(shè)計單位進(jìn)行協(xié)商，由專業(yè)人士進(jìn)行合理處理。