新建通信生產樓低壓供電系統需要系數的取定

肖峻波，葉正寧

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

1 前言

隨著通信、計算機網絡及云計算等領域技術的飛速發展和企業信息化建設需求的快速增長，出現了大量新建通信生產樓，主要應用于大量數據運算、存儲管理。由于通信生產樓的設計與一般民用建筑有著諸多不同之處，對新建通信生產樓低壓供電系統需要系數的研究，可以使得通信生產樓在方案設計時的需要系數取值盡可能合理，計算負荷更接近于投產后的實際運行情況。

2 需要系數法及需要系數

建筑用電負荷計算的目的是為了合理選擇供電系統的變壓器、發電機、饋電電纜和開關設備等，也是計算電壓水平和確定電能消耗的重要依據。電力負荷的計算正確與否，對選擇高低壓供電系統的元件、有色金屬的消耗及經濟核算有著極其重要的影響。

用電負荷的計算方法有“需要系數法”、“利用系數法”、“二項式法”和“單位面積功率法”等。由于需要系數法比較便利，因而在工程設計中得到廣泛使用。

需要系數定義為：計算負荷的有功功率與其設備容量的比值，即：

式中 Kx：用電設備的需要系數；

Pe：用電設備的設備容量（kW）；

Pc：用電設備的有功計算負荷（kW）。

根據公式（1），使用需要系數計算負荷的方法為：

（1）同類用電設備組的計算負荷：

（2）多組用電設備（配電干線）的計算負荷：

同類用電設備的實際負荷曲線大致相同，故其需要系數也基本相同。在各類設計手冊中，已有許多用電設備的需要系數可供設計者選用。

影響需要系數的因素很多，一般設計手冊中所列的需要系數是根據一定的條件，采用統計計算的方法得出的，已經綜合考慮到了通常情況下用電設備類型、工作性質、用途、設備效率、設備數量、線路效率等有關因素的影響，但有些影響因素還需要設計人員針對具體情況做進一步分析。

3 通信生產樓需要系數的常用取值

目前隨著較大功率密度的IDC機房建設發展，通信生產樓主要負荷計算的需要系數一般常用取值如表1所示。

表1 通信生產樓需要系數常用取值

4 通信生產樓負荷特點

通信生產樓主要功能是為運營商提供高功耗密度機房及相關配套用房，其負荷分布與民用建筑有著顯著區別，典型IDC機房規劃負荷統計如圖1所示。

圖1 典型通信生產樓負荷統計

由此可知，目前通信機房的主要負荷分為3部分，按其占比大小順序排列分別為：通信設備、空調及排風設備和蓄電池充電功率。其他負荷占比很小，共約在3%～7%左右。

而普通民用住宅的負荷，主要為居民設備用電，占比約為73%左右，其次為電梯設備，占比為17%左右，消防及水泵和公共照明等其他負荷僅占總負荷的10%左右。

因此通信生產樓的空調系統及通信設備的需要系數取值大小會嚴重影響通信生產樓的負荷計算，需要系數的取值偏大將導致變壓器等電氣設備長期處于較低負荷下運行，需要系數的取值偏小，將造成低壓供電設計在技術經濟上的不合理，均造成資源和資金浪費。

5 通信生產樓與民用建筑負荷對比

通信生產樓的負荷特點與民用建筑負荷特點可以通過綜合日負荷曲線來進行分析，各類建筑日負荷曲線詳見圖2所示。

根據圖2可知，一般民用建筑電氣設計手冊中推薦的需要系數參考值若直接套用在通信樓設計中進行負荷計算，可能會導致需要系數取值比實際偏大。因此，通信生產樓的主要設備負荷需要系數，需要根據通信生產樓的負荷特點進行實際測量統計和估算驗證，進行修正后再予以使用。

圖2 各類建筑日負荷曲線圖

6 通信樓負荷統計數據

需要系數是一個建立在概率論和統計學理論之上的計算系數，不可能簡單的采用理論計算來確定，對它的影響因素也不容易定量分析，實踐中可參考采用以下簡化實測計算方法：選取類似已投入運行的通信生產樓；選擇合理的實測實踐；記錄實測數據。

某省移動通信機樓設計階段需求系數和實際投產運行后實際需要系數的對比情況如圖3所示。

本通信機樓設置3臺容量為1600kVA的變壓器，運行方式為2主用1備用的N+1運行方式。該通信機樓于2008年3月份已投入使用，建筑面積約為8000m2，目前裝機率較高，屬于頻繁整改階段。

從圖3可以看出通信設備的實際需用系數比設計階段的需用系數偏小，與設計額定功率比，其實際需用系數大部分均在0.24～0.74之間。

通信機樓負荷主要分為如下幾類。

6.1 通信主設備

通過選取現網實際運行的通信主設備進行負荷測量，再與設備廠家提供的額定功率進行比較，可以得出通信主要設備負荷率。選取設備廠家包括：中興、華為、諾基亞、愛立信、HP、IBM等各大主流設備廠家。選取設備類型包括：數據通信、交換設備、基站設備等20多類。

圖3 某通信機樓設計階段和實際運行階段主要需求系數對比

由實測負荷數據統計計算可知，通信主設備的負荷率絕大部分為設備額定功率的35%～70%之間，如圖4所示。

圖4 通信主設備負荷率分布

6.2 空調設備

由空調設備統計數據可知，空調設備的每日平均負荷為設備廠家額定功率的60%左右，最高負荷率為85%左右，位于下午14:00～16:00的時間段內。

6.3 照明及消防

目前通信生產樓均配置有智能樓宇系統，機房照明和公共照明負荷在正常使用的情況下很小，消防水泵等其他負荷也不大，同時該類設備使用頻率也極低。

6.4 電梯等動力設備

通信生產樓電梯及貨梯等動力設備僅在設備安裝初期，及平時機房例行巡檢時使用，該類設備的使用頻率較低。

6.5 蓄電池組充電功率

蓄電池組充電功率為通信生產樓區別于一般民用建筑的最為顯著特點。早期基于對外市電引入質量的考慮，通常將電池均充功率同時折算在變壓器端和油機端。由于目前通信生產樓的市電引入一般均為2路一類市電，發生同時斷電的情況極少。即使發生斷電情況，固定備用發電機組也會及時檢測并進行自啟動，機房保障負荷切換到發電機組供電。因此蓄電池組處于放電和充電過程的時間基本很少，可考慮在折算變壓器容量時，取消該部分功率，在計算油機容量時按照需求給予一定折算。

7 結論

綜上所述，在通信生產樓低壓供電系統設計的負荷計算中，實際影響需要系數取值的因素很多，單純依靠設計手冊進行計算，有時會與實際情況產生較大偏差。在運用參考手冊典型取值的同時，應深入實際進行調查分析，最好對已投產且負荷分布類似的通信生產樓，選擇合理的運行條件進行實測，掌握設計時所用需要系數的第一手資料。通過總結以往設計方案中的計算經驗，采用經過實踐檢驗證明合理的需要系數建議取值，指導以后類似通信生產樓的負荷計算。本文通過對比測量和分析，建議通信生產樓需要系數的取值范圍如表2所示。

表2 通信生產樓需要系數建議取值

作為通信電源設計人員還需要密切跟蹤通信設備、空調、水泵等用電設備的新特點、新工藝和新技術發展，對特定設備有針對性地進行需要系數的取值實測和計算，使設計計算負荷盡量接近設備投產運行后的實際負荷，從而使整個通信生產樓低壓配電系統的設計在技術和經濟上更為合理。

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