引言

某高校位于夏熱冬暖地區(qū),學校近年來不斷擴大招生規(guī)模,為滿足學生的住宿、實訓等需求,需建設(shè)一批新項目,并擴建供配電系統(tǒng)。

為了使擴建的電力系統(tǒng)既能滿足使用要求,又不造成浪費,電力增容適量,對現(xiàn)有的建筑用電情況、變壓器配置、負載率等進行了相應(yīng)的研究。

1用電情況與氣溫的相關(guān)性

某高校從化校區(qū)建筑分為A、B、C、D四個區(qū),A區(qū)主要為教學實訓樓、圖書館、辦公樓:B區(qū)主要為學生宿舍、食堂、體育館:C區(qū)為教工宿舍樓:D區(qū)為未建區(qū)域,主要有學生宿舍、綜合實訓樓、學生活動中心。已建成建筑共計273565.5m2,報裝容量9490kVA,在教學樓設(shè)專用開關(guān)房(總高壓室),教學樓專用開關(guān)房連接至各專變房或綜合房:行政辦公樓綜合房(1/800kVA)、教學樓專用綜合房(1×800kVA)、圖書館專變房(1×630＋1×500kVA)、系樓綜合房(1×1000kVA)、實訓樓專變房(1×1000kVA)、教工宿舍專變房(1×630＋1×630kVA)、學生宿舍專變房(1×1250＋1×1250＋1×1000kVA):設(shè)有高壓計量母表1套(CT變比為750/5、0.2s,PT變比為10kV/100V、0.2),綜合倍率15000。供電情況如表1所示,總用電量如表2所示。

從化校區(qū)2018、2019年各月份用電情況如圖1所示。

從表中可以看出,2018、2019年在每年2月、8月的學生假期,學校用電量明顯減少。5月和6月對比3月和4月、9月和10月對比11月和12月,用電量明顯較高,說明在5、6、9、10這四個月空調(diào)使用率高,空調(diào)用電占總用電量比值較大,用電量與氣溫相關(guān)。新建校園建筑計算負荷時,要充分考慮空調(diào)負荷。

2變壓器負載率情況

2018、2019年每天用電情況如圖2、圖3所示,每年6月、9月的某些天用電達到高峰。2018年,單日用電峰值有6月20日50400kW·h、9月20日50100kW·h:2019年,單日用電峰值有6月20日55350kW·h、9月17日57000kw·h。另外,從單日用電量也可以看出,寒暑假時用電特別少。

為研究變壓器的負載情況,選取2019年3、6、9、12這四個月用電量最大的一天數(shù)據(jù)進行分析,每小時讀取一次數(shù)據(jù),00:00至24:00每小時用電量情況如圖4所示(倍率1500)。

研究6月20日、9月17日用電情況,每15min讀取一次數(shù)據(jù),如圖5所示(倍率15000)。

9月17日12:30一13:30達用電高峰,每15min用電900kw·h。根據(jù)總高壓室數(shù)據(jù),正向有功總3600kw·h,正向無功總450kvar·h:視在功率3628kVA:總供電容量為9490kVA。

計算變壓器的負載率情況:

式中:s為負荷容量(kVA):se為變壓器額定容量(kVA):8為負荷率。

代入數(shù)據(jù),可得各變壓器平均負載率最大值為38.23%,負載率低。

3低負載率原因分析

3.1參數(shù)取值偏大

高校建筑用電負荷指標參考《民用建筑電氣設(shè)計標準》(GB51348一2019),但目前仍存在以下問題:

(1)指標范圍較大,設(shè)計參考模糊[1],如高等院校的變壓器容量指標在30~60VA/m2:

(2)未區(qū)分不同類型建筑(如教學樓、實驗樓、宿舍、食堂等)的負荷指標。

《教育建筑電氣設(shè)計規(guī)范》(JGJ310一2013)給出了不設(shè)空調(diào)的教育建筑的單位面積用電指標,但也是一個范圍較大的指標,需要系數(shù)憑經(jīng)驗取值。在實際設(shè)計時,系數(shù)取值往往偏大,以某建筑為例,該建筑的用電負荷情況如表3所示,年電耗估算情況如表4所示,計算視在功率767.8kVA,配置一臺1000kVA的變壓器。

讀取該建筑用電數(shù)據(jù)如圖6所示。

據(jù)統(tǒng)計,實訓樓在設(shè)計階段估算的年用電量為124.56萬kw)h,而實際用電2018年為42.67萬kw)h,是估算值的34.26%:2019年用電為52.1萬kw)h,為估算值的41.83%。

為合理計算高校建筑負荷,應(yīng)注意以下幾點:

(1)間歇性短時工作制的用電設(shè)備功率可以換算為以25%容量持續(xù)運行的用電設(shè)備功率:

(2)以非消防用電設(shè)備需求選擇變壓器容量時,應(yīng)將消防負荷中平時使用的部分考慮在內(nèi):

(3)變壓器在為不同性質(zhì)建筑供電時,應(yīng)基于負荷的錯峰使用,仔細計算分時負荷狀態(tài),結(jié)合照明負荷、空調(diào)負荷的分項需要系數(shù)等,最大限度考量需要系數(shù)的合理性。

根據(jù)文獻[2]的研究結(jié)論,選擇變壓器容量時,變壓器的視在功率大于所帶全部負荷的計算負荷視在功率即可,稱之為"計算負荷峰值選擇法"。

式中:sB為變壓器容量(kVA):szjs為準確計算負荷(kw)。

3.2供電配置不合理

以學生宿舍為例,學生宿舍配置1臺1000kVA、2臺1250kVA變壓器,如表5所示。

3號專變僅負載912臺1.5匹空調(diào),空調(diào)一般在5月一10月使用,其他月份3號專變空載,1號變壓器負載較大,1號和3號變壓器的負載配置不合理。

4結(jié)論和建議

在設(shè)計高校供配電系統(tǒng)時,《教育建筑電氣設(shè)計規(guī)范》僅做參考,計算空調(diào)負荷要充分考慮氣候特點,辦公樓、教學樓、學生宿舍、實訓樓等負荷的計算,要充分考察相同類型、相同功能建筑的用電情況,使負荷密度、需要系數(shù)的取值更加合理。