教育建筑電力規劃思考

翟青霞

（太原理工大學建筑設計研究院，山西太原 030024）

1 概述

近年來，筆者參與了兩個校區的設計與后期調研，分別為太原理工大學現代科技學院、垣曲縣高級職業中學新校區。太原理工大學現代科技學院為高等教育院校。垣曲縣高級職業中學新校區為職業高中，參考中等職業學校設計。

目前垣曲縣高級職業中學新校區已基本建設完成并投入使用，太原理工大學現代科技學院（一期工程）已建成并投入使用，目前二期工程在建。

2 垣曲職校供電系統運行情況分析

2.1 用電概況

根據建設方提供的資料，垣曲縣高級職業中學新校區（以下簡稱“垣曲職校”）建設面積共計46164.13m2。

1# 變電所為實驗區（1～5# 實訓樓）供電，裝機容量2×400kVA，負載率77.2%；2#變電所為學校生活區（包括宿舍樓、食堂及換熱站等），裝機容量2×800kVA，負載率82.3%；3#變電所為教學區（包括主教樓、科技樓、綜合樓等）供電，裝機容量2×500kVA，負載率85.8%。

該校區總裝機容量為3400kVA，總建筑面積約為46164.13m2，變壓器容量計算指標為52VA/m2。而《教育建筑電氣設計規范》(JGJ 310—2013）中的表3.2.5，中等職業學校（含有實驗室、實習車間等）“校園的總配變電站變壓器容量指標”相對應值為30～45VA/m2，本校區的變壓器容量指標大于標準值。

該校區目前已基本建設完成，據甲方反饋，目前除綜合排練廳、藝術樓、6#實訓樓未投入使用外，其他建筑均已投用。

2.2 用電分析

我們對該校區內各變電所內變壓器二次側電流進行為期兩周的監測，每天早、午、晚各查看一次計量表。根據甲方提供的監測數據，設于1#變電所內的1、2#變壓器出線最大電流、最小電流的時間不固定，但是最大值均出現在上課期間，即實訓車間使用期間；3、4 號變壓器最大電流輸出時間均為 10：00—13：00、15：00—18：00 期間；5、6# 變壓器的用電高峰時間段則是 8：00左右開始，19：00 左右結束。從時間段來看，基本與建筑性質及使用時間相吻合。

與變壓器額定電流比較，目前各變壓器最大負載率見表1。

表1 變壓器最大負載率

經與建設方了解，1#變壓器供電的1、2 號實訓樓中，2 號實訓樓目前實訓設備尚未全部購置，因此，此變壓器最大負載率明顯偏低；5#、6#變壓器供電的排練廳、藝術樓、6#實訓樓目前未投入使用，所以這兩臺變壓器負載率也偏低。3#、4#變壓器所供電的建筑，目前已均投入使用，但是最大負載率仍低于一般規范建議的經濟運行負載率75%。這又是什么原因呢？

經過現場查看，校方為了安全起見，對所有的學生宿舍進行限電，宿舍里預留的插座均不允許使用，每間宿舍僅允許最大電流4A。因此，目前宿舍的用電量比設計中預留的小很多。同時，因為食堂、宿舍均主要為學生課余服務，這兩種建筑在一定時間段存在用電錯峰，比如白天宿舍基本沒有用電，食堂的用電設備主要在白天運行；當宿舍照明啟用的時候，食堂的大量烹飪用電設備已基本停用。而在設計階段選擇變壓器的時候并未考慮此問題。

目前，校區內所有的變壓器均在深夜人員活動較少的時間段出于用電谷期。這是所有民用建筑中普遍存在的問題，我們不予討論。

校方認為，在建設初期，預計招生人數為4600 人左右，目前招生人數約為3000 人。待招生達到設計人數后，目前未投用的建筑、設備均應購置到位，預計五年左右將會達到招生高峰期，屆時用電量會有進一步提升，變壓器負載率也會相應提高。

但是，關于食堂和宿舍區變壓器的選擇未考慮建筑用電設備錯峰運行，是明顯的失誤。

3 太原理工大學現代科技學院供電系統運行情況分析

3.1 用電概況

太原理工大學現代科技學院2001 年8 月首期招生，一期建設已完成并投用，總建筑面積為186186.6m2，招生人數也已達到設計值。一期工程集中建設了一座變電所，位于圖書館內。變電所內工作電源容量為10000kVA，備用電源容量為1260kVA。計算得：變壓容量指標為60.5VA/m2，該校區為理工類大學，較標準值 30～60VA/m2[1]偏大。

3.2 用電分析

查看校方提供的兩周電力變壓器運行值，發現備用電源母線段兩臺變壓器（均為630kVA）電流最大值為123A，負載率最大的時候接近5%；工作電源側變壓器的最大電流疊加值約為7230A，則推算負載約為4282.6kW，變壓器負載率約為47.6%。

經過比較上述數據，我們可以看到該校區變壓器的裝機密度僅稍大于標準值，但是實際運行過程中，變壓器的負載率遠遠偏小于經濟運行指標，也遠小于設計值。尤其是備用電源母線段變壓器負載率基本為零，這是個比較嚴重的問題。經查看設計圖紙、供電方提供的竣工資料，該變電所引入兩路10kV 電源，一路為工作電源（即1#10kV 進線），其主接線如圖1 所示。

圖1 10kV 電源主接線

另一路引入的10kV 電源為備用電源，根據呂梁市供電部門要求，該路電源只允許為二級及以上負荷提供電源。其主接線同上，但是它為每個建筑的第二路進線（即2#進線）提供電源。

圖中圖書館1、2#電源所列負載均為平時運行負載，每臺變壓器均負擔部分一、二、三級負載；其他建筑的1#電源進線，平時為本建筑提供所有用電；2#進線為備用電源，為本建筑中的二級及以上負荷提供備用電源，平時負載為零。

對比圖1 的圖紙和各單體施工圖發現，圖1 的10kV 備用電源低壓側用電負荷僅有圖書館部分用電負荷608.2kW，而根據計算數據，因為備用電源裝機容量需要考慮消防負荷、平時需要使用的一、二級負荷，計算負荷為備用1123.8kW，目前現狀變壓器為一臺1600kVA 變壓器，則根據圖書館608.2kW 負荷全部運行來計算，它的負載率也僅為42.2%。

形成上述情況的原因更值得深思。因為供電行業的壟斷原因，山西省內所有的建筑工程電氣設計都僅限于低壓側。這就造成了高壓側的最終實施方案與低壓側設計方的最初設想不一致的情況，那么很容易就會造成高低壓側因運行方案不一致導致的變壓器裝機容量不合理，甚至造成保障性負荷無法獲得保障電源的情況。

但是如果在單體設計時，所有建筑的2#進線平時均改為承擔本建筑內一、二級負荷的工作電源，1#進線承擔建筑內一、二級負荷的備用電源和三級負荷，在變壓器容量計算時，10kV 工作電源側變壓器平時負載因為不含一、二級負荷，較現行方案減少很多，因此，裝機容量可以大幅減少。10kV 備用電源側的變壓器容量與現方案相同，但是因為平時承擔所有建筑內一、二級負荷，根據教育建筑用電負荷級別劃分，一般學校內二級及以上平時運行負荷較消防負荷大，則選擇變壓器按照平時運行負載選擇。此方案可以保障備用電源側變壓器平時負載率持續在較高水平，又減小了10kV 工作電源側的裝機容量。

4 結語

綜上所述，個人認為，在教育建筑群設計初期，供電電力規劃應注意以下方面：

（1）在校區開始設計以前，應與各用電單位（如各教學學院）、后期維護單位（如學校后勤部門）進行深入溝通，對各建筑的用電性質、用電設備運行情況進行深入了解，確定電氣整體規劃。這樣可以有效避免建成投入使用后，因為不符合使用方要求，再進行大規模調整，造成不必要的浪費。而且可能有些變壓器因為已經安裝，不便進行調整，就會造成變壓器負載率過低。

（2）設計前期應著重了解當地供電政策，了解當地供電部門的高壓推薦方案，低壓側選擇合理的、與供電方選取的高壓一致的供電方案。

（3）供電部門在后期介入供電設計時，應充分了解建設方使用需求，并了解各單體建筑低壓側供電方案，確保一致。

（4）后期使用過程中，建設方如需增加、減少用電負荷，應及時與相關設計單位進行協商，由專業人士進行合理處理。