孟浩楊春霞

(1． 太原市筑博建筑設(shè)計(jì)有限公司，山西太原030009; 2． 太原市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山西太原030009)

供電容量計(jì)算不僅關(guān)系到電氣系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)關(guān)系到建設(shè)成本。如何合理計(jì)算小區(qū)供電容量，做到可靠性與經(jīng)濟(jì)性相互平衡，是電氣設(shè)計(jì)中常遇到的問題。

住宅小區(qū)用電負(fù)荷可分為居民用電和公建用電(含商業(yè)用電)。由于計(jì)量、收費(fèi)、產(chǎn)權(quán)歸屬不同，需要分設(shè)居民變配電室(歸供電局管理)與公建變配電室(歸物業(yè)或業(yè)主委員會(huì)管理)。居民用電容量一般由當(dāng)?shù)毓╇姴块T確定。由于篇幅有限，這里不做介紹。

1 公建用電

小區(qū)公建用電設(shè)備一般包括電梯、消防風(fēng)機(jī)、消防水泵、潛污泵、小區(qū)弱電機(jī)房、有線電視機(jī)房、消防控制室等。其中含有大量的消防一、二級(jí)負(fù)荷。公建用電容量在不同運(yùn)行工況下，計(jì)算結(jié)果有所區(qū)別。

為計(jì)算明確，將公建用電負(fù)荷劃分如下：消防負(fù)荷與非消防負(fù)荷；平時(shí)運(yùn)行和平時(shí)不運(yùn)行負(fù)荷。如消防電梯為消防負(fù)荷兼平時(shí)運(yùn)行，消防加壓送風(fēng)機(jī)為消防負(fù)荷，平時(shí)不運(yùn)行。

變配電室內(nèi)公建變壓器包括主用變壓器和備用變壓器。其高壓側(cè)應(yīng)由兩個(gè)區(qū)域電站引來兩路獨(dú)立電源供電以滿足消防負(fù)荷(一級(jí)負(fù)荷或二級(jí)負(fù)荷)供電要求。

變壓器運(yùn)行可分為正常工況，火災(zāi)工況。主供變壓器兩種工況：主供電源正常平時(shí)工況、火災(zāi)工況；備供變壓器兩種工況：主供電源故障平時(shí)工況、火災(zāi)工況。供電容量計(jì)算既要滿足平時(shí)使用，同時(shí)也要滿足火災(zāi)情況的負(fù)荷運(yùn)行。

2 供電范圍及負(fù)荷計(jì)算

變壓器有一定的供電范圍，列出在此范圍內(nèi)的樓座或車庫用電等功率及臺(tái)數(shù)、功率因數(shù)等參數(shù)。利用EXCEL的數(shù)據(jù)“分類匯總”功能，得出各類別總安裝功率，根據(jù)安裝臺(tái)數(shù)確定設(shè)備組需要系數(shù)。由此分別計(jì)算出各類負(fù)荷的計(jì)算有功功率、無功功率。

3 無功功率補(bǔ)償

無功功率補(bǔ)償直接影響著負(fù)荷及變壓器負(fù)荷率計(jì)算。住宅公建設(shè)備包括電動(dòng)機(jī)負(fù)荷，如電梯、風(fēng)機(jī)、水泵等，其功率因數(shù)較低，需要在變壓器低壓側(cè)安裝集中無功補(bǔ)償裝置來提高功率因數(shù)，減少無功損耗。由于各工況或同一設(shè)備組在不同時(shí)間段的運(yùn)行情況不同，無功補(bǔ)償?shù)牧恳搽S之變化。在確定無功補(bǔ)償容量時(shí)，工程經(jīng)驗(yàn)上，一般取變壓器容量的10%～30%。但在變壓器容量未定的情況下如何計(jì)算補(bǔ)償量。

根據(jù)GB 50052—2009供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范第6.0.5條，無功補(bǔ)償容量：

QC=P(tanφ1-tanφ2)

(1)

其中，QC為無功補(bǔ)償容量,kvar；P為設(shè)備組的計(jì)算有功功率，kW；tanφ1為補(bǔ)償前用電設(shè)備自然功率因數(shù)正切值;tanφ2為補(bǔ)償后用電設(shè)備功率因數(shù)正切值。

式中計(jì)算有功功率和補(bǔ)償后功率因數(shù)正切值(按補(bǔ)償后功率因數(shù)0.95確定)都容易確定。補(bǔ)償前功率因數(shù)需要根據(jù)用電設(shè)備組各負(fù)荷的自然功率因數(shù)及運(yùn)行需要系數(shù)計(jì)算確定。在無功補(bǔ)償時(shí)，通常以30 kvar電容器為一個(gè)基本單位，因此計(jì)算值需要以30 kvar為倍數(shù)取整后投入運(yùn)行。如計(jì)算值為312 kvar，向上取整后取值330 kvar，實(shí)際投入11個(gè)30 kvar電容器。

運(yùn)用EXCEL計(jì)算公式：QC′=30×roundup(QC/30,0)可得出取整后的補(bǔ)償量。

roundup為向上取整函數(shù)。

4 變壓器高、低壓側(cè)視在功率

QC′的投入又進(jìn)一步影響變壓器低壓側(cè)無功功率總量，從而影響變壓器低壓側(cè)視在功率。

Q1=0.95Q0-QC′

(2)

(3)

其中，Q0為設(shè)備組補(bǔ)償前無功功率；Q1為設(shè)備組補(bǔ)償后無功功率;QC′為向上取整后的實(shí)際補(bǔ)償功率;S為變壓器低壓側(cè)視在功率。

式中取設(shè)備組有功率同時(shí)系數(shù)0.85，設(shè)備組無功功率同時(shí)系數(shù)為0.95。

根據(jù)運(yùn)行工況不同，S值計(jì)算結(jié)果有所不同。

換算至變壓器高壓側(cè)：

PG=P+0.01S

(4)

QG=Q1+nS

(5)

當(dāng)S≤630 kVA時(shí)，n=0.05；

當(dāng)S≥630 kVA時(shí)，n=0.07。

其中，PG為變壓器高壓側(cè)有功功率,kW；QG為變壓器高壓側(cè)無功功率,kvar。

其中，0.01S和nS分別為變壓器有功功率損耗和無功功率損耗。

由此可以得出變壓器高壓側(cè)視在功率。

5 變壓器容量

通常單臺(tái)變壓器容量不宜大于1 250 kVA。預(yù)裝式變電所變壓器，單臺(tái)容量不宜大于800 kVA。

根據(jù)對(duì)變壓器負(fù)荷率的要求，有以下計(jì)算：

SR=S/0.85

(6)

其中，SR為變壓器額定容量；變壓器負(fù)荷率：85%。

變壓器容量整定后，進(jìn)一步影響負(fù)荷率值，通常小于85%。

6 示例

A小區(qū)有5幢住宅，1座換熱站，1座地下車庫，建筑概況如表1所示。

根據(jù)地塊及供電半徑的要求，A小區(qū)設(shè)4個(gè)變配電室，1號(hào)居民變配電室、1號(hào)公建變配電室、2號(hào)居民變配電室、2號(hào)公建變配電室。其布置及供電范圍如圖1所示。

以2號(hào)變配電室計(jì)算為例，計(jì)算如下：

公建負(fù)荷計(jì)算：

公建用電負(fù)荷包括：A5號(hào)，A6號(hào)住宅樓公建、地下車庫3號(hào)，4號(hào)配電室、生活水泵房。

1)主供正常/平時(shí)工況：

平時(shí)運(yùn)行負(fù)荷包括：正常照明P1、弱電機(jī)房P2、生活水泵P3、

水暖表間潛污泵P4、應(yīng)急照明P5、消防電梯P6、消防控制室P7、車庫潛污泵P8、車庫風(fēng)機(jī)(消防兼平時(shí)使用)P9。其中,P4,P8,P9為非常用負(fù)荷，計(jì)算時(shí)可適當(dāng)降低需要系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算，主供正常平時(shí)工況：P=429.6 kW，Q=288.4 kvar，cosΦ1=0.83，補(bǔ)償至0.95補(bǔ)償量150 kvar，變壓器低壓側(cè)視在功率Sd=385.66 kVA，變壓器高壓側(cè)視在功率Sd=395.9 kVA。

公建變壓器取500 kVA，變壓器負(fù)載率η1=SG/SR=395.9/500=79.18%。

表1 A小區(qū)主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

2)主供正常/火災(zāi)工況：

火災(zāi)時(shí)考慮一幢住宅著火或車庫內(nèi)一個(gè)防火分區(qū)著火，火災(zāi)運(yùn)行負(fù)荷包括：著火樓座應(yīng)急照明、消防電梯、消防風(fēng)機(jī)、電梯潛污泵、弱電機(jī)房。非著火樓座保持正常運(yùn)行。

設(shè)地下車庫某分區(qū)著火，則該分區(qū)與相鄰分區(qū)消防負(fù)荷啟動(dòng)，切除非消防負(fù)荷。樓座保持正常運(yùn)行。

經(jīng)計(jì)算，主供正常火災(zāi)時(shí)工況：P=394.2 kW，Q=285.3 kvar，cosΦ1=0.81，補(bǔ)償至0.95補(bǔ)償量150 kvar，變壓器低壓側(cè)視在功率Sd=356.29 kVA，變壓器高壓側(cè)視在功率Sd=366.0 kVA。

變壓器負(fù)載率：η2=SG/SR=366/500=73.2%。

7 結(jié)語

根據(jù)負(fù)荷分類，無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，合理計(jì)算，可有效降低項(xiàng)目用電申請(qǐng)量，保證供電可靠性，節(jié)約投資成本。限于水平及篇幅，文中有不足之處歡迎同行指正批評(píng)。