大型住宅小區(qū)供配電設(shè)計分析

黃子龍

（福建億興電力設(shè)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(diào)設(shè)備對人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊戄^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(zhì)的供配電設(shè)計可以維護小區(qū)安全用電。然而部分設(shè)計人員接觸新技術(shù)工藝比較少，極易出現(xiàn)設(shè)計缺陷。因此，必須制定科學有效的供配電設(shè)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(shè)計的相關(guān)問題，以保證電力供應(yīng)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(jié)構(gòu)類型，主要為框剪結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)。供配電設(shè)計必須按照小區(qū)建筑設(shè)計標準執(zhí)行。在住宅項目中，供配電設(shè)計內(nèi)容如下：安全聯(lián)動與控制、照明、火災(zāi)自動報警，防雷接地、弱電系統(tǒng)以及變配電。供配電設(shè)計嚴格遵循民用建筑設(shè)計標準與規(guī)范。

2 大型住宅小區(qū)供配電設(shè)計分析

2.1 負荷性質(zhì)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(yīng)用一級標準。不同設(shè)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(zāi)自動滅火系統(tǒng)與消防電梯等消防設(shè)備。安防系統(tǒng)、排污泵、客梯、應(yīng)急照明系統(tǒng)和生活水泵采用三級負荷設(shè)計標準。

按照項目所在地區(qū)供配電設(shè)施建設(shè)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(fù)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(jié)果顯示，住戶總負荷等于2 481 kW。在計算配變?nèi)萘繒r，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(shè)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(shè)定為85%，按照如下公式計算總?cè)萘俊?/p>

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(jié)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(shè)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(shè)備運行損耗，還會增加投資成本，所以在設(shè)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(nèi)，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(jīng)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(shè)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(nèi)。在選擇變配電所地址時，應(yīng)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(shè)計規(guī)范，在住戶正上方、正下方、地下最底層位置，嚴禁設(shè)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(shè)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(shè)置變電所。電力部門必須嚴格監(jiān)管變配電所位置選擇。設(shè)計人員在變配電所選址時，應(yīng)當考慮多項因素。例如在此次住宅項目設(shè)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(jié)構(gòu)，將變配電所設(shè)置在10號樓地下1層位置。采用此種設(shè)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(shè)。

地區(qū)供電部門管理期間，對住宅電氣設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)備安全性與便捷性。在選擇變配電所位置時，設(shè)計人員的考慮多種因素，權(quán)衡利弊。住宅小區(qū)臨街時，地面1層和2層會設(shè)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(shè)計過程中經(jīng)常出現(xiàn)業(yè)主不配合配電所設(shè)計，或者設(shè)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(yīng)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(shè)計過程中，應(yīng)當和業(yè)主做好溝通，避免業(yè)主過度關(guān)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(shè)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(jīng)濟效益。

2.4 變壓器選擇

2.4.1 變壓器選擇原則

在電所內(nèi)，變壓器屬于重要一次設(shè)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(dǎo)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(yīng)當遵守國家標準，聯(lián)合實際情況，選擇先進技術(shù)、節(jié)能技術(shù)水平高，便于檢修與維護的產(chǎn)品。針對防腐、防塵、封閉型變壓器，可以應(yīng)用到惡劣環(huán)境中。干式電力變壓器，可以應(yīng)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(shè)置多臺變壓器。按照變壓器的容量與臺數(shù)，全面滿足設(shè)計系統(tǒng)要求，優(yōu)化變電所主接線方案，同時設(shè)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(yīng)當分情況考慮。例如不同數(shù)量變壓器裝設(shè)情況，同時要考慮到未來負荷設(shè)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(shè)一臺變壓器，ST小于S30。2）裝設(shè)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(cè)開關(guān)設(shè)備的斷流要求。4）在設(shè)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?？煽啃浴?）變電所負荷由于受到晝夜溫度差的影響，適合應(yīng)用經(jīng)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(yīng)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(jié)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(cè)、低壓側(cè)的總計量裝置，供電部門提出了嚴格的要求：針對低壓側(cè)，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(shè)計電表箱時，必須滿足標準要求。針對戶內(nèi)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(zhì)量提升，電氣化水平也不斷提升，在供配電設(shè)計中，必須預(yù)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(nèi)，幾乎不使用三相電表計量法，主要是由于申請、報裝過程復(fù)雜且通過率低，因此在供配電設(shè)計計算時，應(yīng)當減少相關(guān)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(shè)置在1樓，12層以上電表箱設(shè)置在3～6層。在同一單元中，當每層戶數(shù)超過18戶時，應(yīng)該將電表箱設(shè)置在樓梯間，確保每層設(shè)置。在小區(qū)項目中，電表箱設(shè)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(shè)置2個電表箱，設(shè)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(cè)，設(shè)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(shè)計規(guī)范標準。

2.6 高低壓系統(tǒng)與線路敷設(shè)

在住宅小區(qū)電氣設(shè)計中，變配電所選址、高低壓開關(guān)柜的選擇，對配電所面積影響較大。當前，常用高壓開關(guān)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(shè)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(yīng)用于中高檔住宅小區(qū)供配電設(shè)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(shè)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(guān)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(shè)計，不能應(yīng)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(yīng)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(shè)方式，埋設(shè)深度為室外地坪下方80 cm，中途位置、進線位置均必須設(shè)置人孔井。剩余部分就可以在地下車庫內(nèi)敷設(shè)，選用電纜橋架敷設(shè)法，同時引入至終端用電點。

2.7 應(yīng)急電源

民用建筑應(yīng)急電源多為柴油發(fā)電機，經(jīng)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(shè)計人員在規(guī)劃設(shè)計時，應(yīng)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(nèi)含有毒害物質(zhì)，因此將排煙道設(shè)計在屋頂，以此減少污染。在設(shè)計時，應(yīng)當考慮到通風、排煙問題，如果設(shè)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(yīng)急照明。

3 住宅小區(qū)供配電設(shè)計的注意事項

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

4 結(jié)語

綜上所述，在住宅小區(qū)供配電設(shè)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(shè)計變配電所，減少供電線路浪費。在供配電設(shè)計過程中，應(yīng)當嚴格遵循地區(qū)設(shè)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(gòu)的設(shè)計要求，全面提升住宅小區(qū)供配電設(shè)計效率與質(zhì)量，維護小區(qū)供電的安全性與可靠性。