夏熱冬暖地區(qū)高校建筑用電負(fù)荷特點(diǎn)分析

引言

某高校位于夏熱冬暖地區(qū),學(xué)校近年來(lái)不斷擴(kuò)大招生規(guī)模,為滿足學(xué)生的住宿、實(shí)訓(xùn)等需求,需建設(shè)一批新項(xiàng)目,并擴(kuò)建供配電系統(tǒng)。

為了使擴(kuò)建的電力系統(tǒng)既能滿足使用要求,又不造成浪費(fèi),電力增容適量,對(duì)現(xiàn)有的建筑用電情況、變壓器配置、負(fù)載率等進(jìn)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(gè)區(qū),A區(qū)主要為教學(xué)實(shí)訓(xùn)樓、圖書館、辦公樓:B區(qū)主要為學(xué)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(xué)生宿舍、綜合實(shí)訓(xùn)樓、學(xué)生活動(dòng)中心。已建成建筑共計(jì)273565.5m2,報(bào)裝容量9490kVA,在教學(xué)樓設(shè)專用開(kāi)關(guān)房(總高壓室),教學(xué)樓專用開(kāi)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(xué)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(shí)訓(xùn)樓專變房(1×1000kVA)、教工宿舍專變房(1×630＋1×630kVA)、學(xué)生宿舍專變房(1×1250＋1×1250＋1×1000kVA):設(shè)有高壓計(jì)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(xué)生假期,學(xué)校用電量明顯減少。5月和6月對(duì)比3月和4月、9月和10月對(duì)比11月和12月,用電量明顯較高,說(shuō)明在5、6、9、10這四個(gè)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(jì)算負(fù)荷時(shí),要充分考慮空調(diào)負(fù)荷。

2變壓器負(fù)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(dá)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(shí)用電特別少。

為研究變壓器的負(fù)載情況,選取2019年3、6、9、12這四個(gè)月用電量最大的一天數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,每小時(shí)讀取一次數(shù)據(jù),00:00至24:00每小時(shí)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(dá)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(wú)功總450kvar·h:視在功率3628kVA:總供電容量為9490kVA。

計(jì)算變壓器的負(fù)載率情況:

式中:s為負(fù)荷容量(kVA):se為變壓器額定容量(kVA):8為負(fù)荷率。

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

3低負(fù)載率原因分析

3.1參數(shù)取值偏大

高校建筑用電負(fù)荷指標(biāo)參考《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB51348一2019),但目前仍存在以下問(wèn)題:

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

(2)未區(qū)分不同類型建筑(如教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、宿舍、食堂等)的負(fù)荷指標(biāo)。

《教育建筑電氣設(shè)計(jì)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(biāo),但也是一個(gè)范圍較大的指標(biāo),需要系數(shù)憑經(jīng)驗(yàn)取值。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí),系數(shù)取值往往偏大,以某建筑為例,該建筑的用電負(fù)荷情況如表3所示,年電耗估算情況如表4所示,計(jì)算視在功率767.8kVA,配置一臺(tái)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(jì),實(shí)訓(xùn)樓在設(shè)計(jì)階段估算的年用電量為124.56萬(wàn)kw)h,而實(shí)際用電2018年為42.67萬(wàn)kw)h,是估算值的34.26%:2019年用電為52.1萬(wàn)kw)h,為估算值的41.83%。

為合理計(jì)算高校建筑負(fù)荷,應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

(1)間歇性短時(shí)工作制的用電設(shè)備功率可以換算為以25%容量持續(xù)運(yùn)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(shí),應(yīng)將消防負(fù)荷中平時(shí)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(shí),應(yīng)基于負(fù)荷的錯(cuò)峰使用,仔細(xì)計(jì)算分時(shí)負(fù)荷狀態(tài),結(jié)合照明負(fù)荷、空調(diào)負(fù)荷的分項(xiàng)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(xiàn)[2]的研究結(jié)論,選擇變壓器容量時(shí),變壓器的視在功率大于所帶全部負(fù)荷的計(jì)算負(fù)荷視在功率即可,稱之為"計(jì)算負(fù)荷峰值選擇法"。

式中:sB為變壓器容量(kVA):szjs為準(zhǔn)確計(jì)算負(fù)荷(kw)。

3.2供電配置不合理

以學(xué)生宿舍為例,學(xué)生宿舍配置1臺(tái)1000kVA、2臺(tái)1250kVA變壓器,如表5所示。

3號(hào)專變僅負(fù)載912臺(tái)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(hào)專變空載,1號(hào)變壓器負(fù)載較大,1號(hào)和3號(hào)變壓器的負(fù)載配置不合理。

4結(jié)論和建議

在設(shè)計(jì)高校供配電系統(tǒng)時(shí),《教育建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》僅做參考,計(jì)算空調(diào)負(fù)荷要充分考慮氣候特點(diǎn),辦公樓、教學(xué)樓、學(xué)生宿舍、實(shí)訓(xùn)樓等負(fù)荷的計(jì)算,要充分考察相同類型、相同功能建筑的用電情況,使負(fù)荷密度、需要系數(shù)的取值更加合理。