住宅配電負荷計算探討

文／李永明 舒城遠大東城房地產(chǎn)有限公司 安徽六安 237000

引言：

隨著國家城鎮(zhèn)化的發(fā)展，大型住宅小區(qū)相繼投入建設。為了這些項目順利交付，其供電的安全可靠和經(jīng)濟適用是其重要條件。然而全國各地存在著經(jīng)濟水平差異、電網(wǎng)供電政策不同等情況，使得配電工程的建設出現(xiàn)了地域性特點，尤其各地的電網(wǎng)供電政策，對項目配電工程影響最大。筆者對上海地區(qū)、東北地區(qū)及安徽省部分市區(qū)的電網(wǎng)供電政策也有所了解。這些政策包括住宅配電負荷標準、負荷計算方法、住宅公共建筑配電要求及外線電源取電等規(guī)定。目前住宅配電負荷標準及其配電負荷計算方法大多參照國家標準（JGJ242-2011）《住宅建筑電氣設計規(guī)范》，這是住宅小區(qū)配電工程設計的基礎，本文就住宅配電負荷計算問題展開論述。

目前，住宅供電設計的負荷計算方法均采用需要系數(shù)法，具體公式：計算負荷Pjs=每戶負荷標準p×戶數(shù)n×需要系數(shù)Kx。

每戶負荷標準p和需要系數(shù)Kx依據(jù)國家標準和地方規(guī)定取值。

不過與工廠配電設計的需要系數(shù)法不同，住宅配電的需要系數(shù)是隨著住戶數(shù)量增加而非線性減少，這就存在局限性，如戶數(shù)恰好處于分界點，需要系數(shù)就不好準確選取，同時各級配電負荷的統(tǒng)計不能逐級匯總。

住宅配電采用需要系數(shù)法計算負荷時是按每戶的配電負荷標準作為計算負荷進行計算的，即將每戶負荷假想成一臺連續(xù)工作制的設備額定功率進行計算的，這種假設雖然方便了計算，但與現(xiàn)實情況不符，因為住宅里的所有用電設備不可能在0.5h內(nèi)全部滿負荷運行的。

1、住宅配電負荷標準分析計算

（JGJ242-2011）《住宅建筑電氣設計規(guī)范》規(guī)定的每戶配電負荷標準見表1：

表1 每套住宅用電負荷和電能表的選擇

各地供電部門也出臺了住宅用電負荷標準，比如安徽省就出臺了（DB34T1469-2021）《居住區(qū)供配電系統(tǒng)技術標準》，其對住戶用電負荷標準規(guī)定見表2：

表2 住宅建筑用電指標

從上表可以看出，地方標準是高于國家標準，另外這些標準對面積的定義也不明確，即每戶的建筑面積是包含了公攤面積的。針對以上標準，電氣設計人員一般遵從地方供電規(guī)定進行設計。

以一套125m的住宅為例，說明一下用電設備配置，這種面積的房子一般有3個臥室、2個衛(wèi)生間、1個客廳，1個廚房和1個餐廳，家用電器一般配有3個掛壁空調(diào)、1個柜式空調(diào)、1個電飯煲、1個電水壺、1個洗衣機、1個冰箱、2個電視機及照明等主要的基本型用電設備。這些設備運行時間及運行方式均不同，采用利用系數(shù)法計算一下125m住宅的配電計算負荷，由于利用系數(shù)法基本在工廠配電計算時采用，在住宅配電計算時無利用系數(shù)可查詢，因此先進行實際測算，測算時間段為1h，家用電器在此時間段內(nèi)運行時間分別為：空調(diào)器21min，電飯鍋51min，電水壺12min，洗衣機12min，照明、電視、電表箱均按60min。以此測算數(shù)據(jù)可計算出各家用電器在1h內(nèi)的利用系數(shù)。其配電計算負荷見表3：

表3 利用系數(shù)計算表

由此可見：每戶的計算負荷為5.89kw，平均利用系數(shù)為0.44，最大系數(shù)為1.40，每平方米的計算負荷指標約為：5890/125=47w。

再從統(tǒng)計的電費分析一下每戶的配電負荷，還是以上面的住宅為例，從安徽省某市供電公司查詢電費，看到一般三居室的房子一個月的電費大約在300～500元，我們?nèi)∽畲笾?00元來分析，每度電價0.6元，那么每個月大約用電: 500/0.6=833°，每天用電：833/31=27°，經(jīng)了解供電局用電負荷監(jiān)控時間圖，可知道一天內(nèi)負荷高峰期一般出現(xiàn)兩個時間段：中午10：00-12：00和晚上5:00-7：00，假設每天的用電量有80%均集中在高峰期的時間段內(nèi)，則高峰期的每小時平均負荷為：27×0.80/4=5.4（kw）

對比以上的計算和分析，可以判斷：125m住宅的配電計算負荷約為6KW，折算到每平方的指標約為50w。如果按地方的負荷標準10KW來計算125m的住宅配電負荷，計算結(jié)果肯定偏大。

2、住宅配電負荷計算方法探討

（JGJ242-2011）《住宅建筑電氣設計規(guī)范》明確的方法是需要系數(shù)法，需要系數(shù)見表4：

表4 住宅建筑用電負荷需要系數(shù)

安徽省出臺的（DB34T1469-2021）《居住區(qū)供配電系統(tǒng)技術標準》，見表5：

表5 住宅建筑用電負荷需要系數(shù)

對比以上幾個規(guī)定，安徽省供電部門規(guī)定的需要系數(shù)明顯偏大。

安徽省六安市供電部門也出臺了《2012年六安市區(qū)配網(wǎng)小區(qū)典型設計及驗收技術規(guī)范》，其中規(guī)定了每戶用電負荷標準及需要系數(shù)，同時還列出負荷計算模板，計算模板規(guī)定：不論住宅戶數(shù)多少，需要系數(shù)全部取0.66。

從以上規(guī)范和規(guī)定可以看出，住宅配電負荷計算的需要系數(shù)均不同，國家標準更符合實際情況，但設計院均按地方供電部門的規(guī)定進行設計。

以下分別按國家規(guī)范、安徽省和六安市供電規(guī)定進行配電負荷計算，假定計算條件相同，即按一個小區(qū)有1000戶住宅，每戶住宅面積均是125m。具體見表6：

表6 三種依據(jù)計算配電負荷

從上表的計算結(jié)果來看，不同的規(guī)定，計算結(jié)果相差4.4倍，這很不合理。如果按照地方規(guī)定進行配電，勢必造成供用電的矛盾，變壓器也不能在經(jīng)濟負載率下運行，會造成損耗增加，同時也造成投資的巨大浪費。

要想盡可能準確計算住宅的配電負荷，就要先熟悉住宅用電設備的特點和規(guī)律。

特點1：住宅用電設備的多樣性，每個住戶根據(jù)自己的愛好和經(jīng)濟情況，會配置不同的用電設備，比如年輕人喜歡配置各種廚房炊具（洗碗機、電炸鍋、電磁爐、切肉機），而老年人就喜歡配置電燉鍋、微波爐等。但這些設備的配置，基本上是“多配少用”。如果不考慮家用集中空調(diào)和電采暖，那么每戶的用電負荷基本是平穩(wěn)的，再增加的幅度已經(jīng)不大。

特點2：住宅用電設備智能化，比如電冰箱、空調(diào)機、電飯鍋、電熱水器等在達到設定溫度后即轉(zhuǎn)為低功率運行或斷開電源，并表現(xiàn)為短時周期運行模式。

特點3：住宅用電設備運行不同時性，比如每戶的電飯鍋運行時，洗碗機、電熱水器一般不會使用。同時一棟樓里的各住戶因習慣和經(jīng)濟原因會在不同時間段開啟空調(diào)和其他家用電器。

特點4：住宅用電設備分為基本性和擴展性，比如電視機、電飯鍋、電冰箱、空調(diào)、電水壺、洗衣機、照明燈具等屬于基本性用電設備，這些設備是保證住宅的基本使用功能的，其他屬于擴展性用電設備。

針對以上特點，我摸索總結(jié)了一種算法，論文中暫稱為非同步使用系數(shù)法。該算法是基于工廠配電計算的利用系數(shù)法原理，結(jié)合住宅用電的非同步性而構建的。對住宅配電負荷計算的思路和算法：根據(jù)基本用電設備和擴展用電設備的運行特點，只要對一個時間段（1h內(nèi)）運行的基本性用電設備進行負荷計算，然后對擴展性用電設備的負荷進行補充添加及修正。如此，計算出一戶的平均計算負荷，然后匯總求和再修正，就能得出一棟樓的配電計算負荷，各樓負荷再次匯總，再乘以非同步系數(shù)，就能計算出小區(qū)的住宅配電負荷了。

第1步，計算每戶的配電計算負荷：具體見公式（1）

式中，P為住宅戶內(nèi)電氣設備的額定功率匯總，這些電氣設備一般包括空調(diào)、電飯鍋、電水壺、洗衣機、冰箱、照明燈等基本用電設備。若有家用中央空調(diào)或電采暖系統(tǒng)，也要作為基本用電設備。

K為平均使用系數(shù)，根據(jù)表3典型戶型的測算數(shù)據(jù)，一般計算時取0.45。

K為最大系數(shù)，根據(jù)表3典型戶型的測算數(shù)據(jù)，一般計算時取1.5。

第2步，計算每個配電支路的配電負荷，具體見公式（2）：

式中，∑Pjs＂為配電支路所帶住宅的計算負荷匯總。

Pjs 為配電支路計算負荷。

FTB1為支路非同步使用系數(shù),根據(jù)表3典型戶型的測算數(shù)據(jù)，一般計算時取0.9。

K為修正系數(shù)，根據(jù)住宅擴展性用電設備的多少確定，根據(jù)表3典型戶型的測算數(shù)據(jù)，一般計算時取1.05。

第3步，計算變電站的配電負荷，具體見公式（3）：

式中，∑Pjs為配電支路計算負荷匯總。

Pjs！為住宅配電總計算負荷。

K！為變電站非同步使用系數(shù)。

由于住宅配電不同于工廠配電，在工廠里，各車間為了生產(chǎn)產(chǎn)品，基本上在工作時間內(nèi)，設備都在運行，是同步運行的，其配電計算的變電站同時系數(shù)一般在0.85～0.95區(qū)間內(nèi)取值，而住宅配電運行卻不同，由于每個住戶的用電習慣、經(jīng)濟情況均不同，使得用電時間不同步，進而影響配電負荷的累積。另外還有部分住宅的業(yè)主因出差旅游而使得房屋空置，基本上不增加任何配電負荷的累積。在對住宅負荷計算時，變電站非同步使用系數(shù)K一般在0.55～0.75區(qū)間內(nèi)取值。

如圖1所示，分別用國家規(guī)范的需要系數(shù)法和本文的非同步使用系數(shù)法來計算配電負荷。

圖1 配電系統(tǒng)的簡化示意圖

（1）非同步使用系數(shù)法計算如下：

Pjs1=9×10×0.45×1.5×0.9×1.05=57.4（KW）

Pjs2=9×8×0.45×1.5×0.9×1.05=45.93（KW）

Pjs3=9×6×0.45×1.5×0.9×1.05=34.44（KW）

Pjs=57.4+45.93+34.44=137.77（KW）

（2）需要系數(shù)法計算如下：

Pjs1=9×10×0.95=85.5（KW）

Pjs2=9×8×0.95=68.4（KW）

Pjs3=9×6×0.95=51.3（KW）

Pjs=(9×10+9×8+9×6)×0.6=129.6（KW）

從需要系數(shù)法的計算結(jié)果來看，Pjs≠Pjs1+ Pjs2+ Pjs3 ，即需要系數(shù)法不能逐級計算負荷，顯然，這是不符合電路原理的。

對比以上2種算法的結(jié)果，按非同步使用系數(shù)法計算的配電負荷稍大，但避免了需要系數(shù)法的局限，雖然計算結(jié)果偏大一點，這點誤差是可以接受的，因增大的負荷是可以作為備用負荷的。

對于表6的用電負荷情況，采用非同步使用系數(shù)法計算如下：

配電計算負荷

Pjs=1000×6×0.45×1.5×0.9×0.7= 2551.5 （KW）

該結(jié)果比按國家規(guī)范計算的結(jié)果1800KW多了41%，但明顯低于地方規(guī)定的計算結(jié)果，多出的計算負荷可以作為預留容量，以滿足住宅用電設備不斷增加的需要，還是有一定的實用價值，同時增加的投資也不多。

3、住宅配電負荷計算方法創(chuàng)新的目的

論文的寫作并不是推翻和否定需要系數(shù)法在配電設計中的應用，只是從另外的角度探尋計算方法。尤其在民用配電設計領域，基本上都是需要系數(shù)法計算，有必要另辟蹊徑，探尋其他計算方法，來指導配電工程建設。需要系數(shù)法有其局限性，而且不符合電路原理。為此，可以先研究典型住宅用電設備的運行規(guī)律，利用典型的研究結(jié)果和已經(jīng)成熟的統(tǒng)計理論及負荷計算方法，去歸納總結(jié)住宅配電負荷變化規(guī)律，即由典型個體到廣泛全局，這才率先提出了非同步使用系數(shù)法計算住宅配電負荷，這是論文的出發(fā)點和目的。

結(jié)語：

作為配電設計的工程師，要靈活地掌握規(guī)范要求，同時要考慮實際情況，合理而準確地計算配電負荷，并留有一定的備用功率，這是選擇配電設備前提條件，也是保證配電設備安全運行的基礎。要做到這一點，必須理論和實踐相結(jié)合，規(guī)范和實踐也要相結(jié)合，同時要深入研究各種電氣設備的運行規(guī)律。只有這樣，才能設計出好的配電系統(tǒng)。