住宅小區供配電設計問題及對策

黃堅福

（福建億興電力設計院，福建 泉州 362000）

住宅小區是人們生活和居住的重要場所，為滿足人們日益增長的居住需求，我國陸續開啟棚戶區改造項目和老舊小區改造項目。同時，由于小區內各種電器的大量使用（例如空調、家用電器、電梯等各種大功率電器），對供配電設計提出了更高的要求。在設計過程中，設計單位的布局不僅要科學合理，還需要選擇符合規范的供配電設備，嚴格按照相關部門的要求配備合理的線路和輔助設備，避免在用電過程中出現跳閘、停電等故障，為小區居民提供可靠安全的用電保障。

1 項目概況

該工程為南益清源春曉小區配電工程項目，位于萬安街道塘西段西側，項目總用地面積67752m2，共16 棟住宅，1 棟商務辦公樓，1 棟住宅管理中心及相關配套幼兒園，其中1#樓27 層、2#樓31 層、3～9#樓46 層，10～18#樓6層，項目共兩期，供配電設計內容為所有住宅、地下車庫和社區配套建筑，設計有4 座變配電室（見圖1）。

圖1 變配電室位置（變配電室3）

根據小區用戶的用電需求進行一戶一表負荷測算，擬配置配變容量12000kVA，專變部分擬配置400kVA，總容量12400kVA。根據《10kV 及以下電力用戶業擴工程技術規范》DB35/1036—2016 以及《福建省電動汽車充電基礎設施建設技術規范》DBJ 13—278—2017、J 14078—2017相關規定進行負荷預算，其中一類住宅按4kW/套，二類住宅按6kW/套，三類住宅按8kW/套，四類住宅建筑面積140m2以上的，每增加40m2增配4kW。

2 住宅小區負荷計算及分級設計分析

2.1 小區負荷計算分析

根據現行民用建筑電氣設計標準及相關政策規范，在設計一類住宅高層建筑的用電負荷時，應該對當地經濟情況、居民消費水平及習慣等進行詳細調查，嚴格遵循一級標準，精心計算供配電負荷，使設計滿足住宅小區居民用電需求，并為后續增容留有余量[1]。不同設備的負荷等級要求需要遵循以下原則：1）一級負荷包括消防用電設備，如火災自動滅火系統、水泵風機、防火卷簾等，設計規范明確，消防水泵房、控制室及消防電梯等供電，必須設計在最末級配電箱，以確保消防供電可靠性；2）設計小區應急照明系統、公共照明系統等應采用分層供電的方式；3）新規中住宅小區生活用水、供暖鍋爐房、換熱站等供配電負荷設計不低于二級，在舊規中則遵循三級負荷設計標準[2]。

該住宅小區供配電設計需要同時滿足建筑標準、電氣設計標準、小區用電需求及住宅小區類型等的要求，對該項目中居住住宅的用電負荷進行以下配置，如表1 所示。

表1 住宅項目用電負荷配置表

該項目在確定客戶用電負荷后，再對小區的總負荷需求進行計算， 一期總共有620 戶60m2～120m2戶型，96 戶220m2戶型；二期總共有780 戶60m2～120m2戶型，108 戶220m2戶型，兩期共計住戶1604 戶，另有商業用戶82 戶，汽車車位1619 個（根據測給報告），按照戶數1604 戶，將配置系數設定為0.4。以此為依據，在計算負荷時，將用電量精確至每棟建筑、每個單元樓，并考慮戶型、套數等參數，最終計算出該小區住戶用電總負荷為8850.5kW。值得注意的是，在計算配變容量時，必須明確配電需用系數、單臺配變所供電區域[3]，見表2。

表2 配備安裝容量配置系數表

根據相關設計規范可設定負載率為85%，結合公式（1）計算總容量。

式中：Q—每戶用電總和；kx—配置系數；M—負載率；cosΦ—功率因數。

根據計算結果，項目設計時設置的4 座配電室與理論計算值吻合，但在實際運行中，已經超過了66W/m2的負荷標準，與設計標準存在偏差，也沒有考慮住宅小區供配電特征，即過于集中化、季節化、存在單一線路模式等，尤其沒有考慮夏季及夜晚用電高峰這一特征。因此，在確定住宅小區設計方案時，要在保證供電安全、穩定、節能的基礎上，參考小區實際用電需求，如除了用電高峰期外，多數時間處于低負載運行狀態，選擇更加經濟、合理的設計方案，盡可能減少設備運行損耗，延長設備使用壽命，降低投資成本。

2.2 住宅小區供電回路設計

根據現行建筑電氣設計標準，住宅小區在進行供配電設計時，需要設計多個一級負荷，且采用雙重電源供電模式，當其中一個電源出現故障或者需要檢修時，另一路電源可保持正常供電。而在設計供電電壓時，須按照相關原則選擇對應變壓器和電源進線，當變壓器功率≤50kVA時， 應選用適用于220/380V 交流電的電源進線；當變壓器功率大于50kVA 時，應選用適用于10kV 電壓等級的電源進線。

該工程屬于大型住宅小區，在進行供電回路設計時，須考慮目前日益增多的住宅人數、家用電器及大功率電器等因素導致的用電荷量跨越式增長情況以及供電、跳閘、短路等故障問題。因此，在選擇電源進線時一般選擇10kV的電源進線，可選擇的供電方案主要有以下幾種：1）設計兩個10kV 電源進線互為備用，被稱為雙回路；2）另一個雙回路是將10kV 電源進線設計為一個主供電所用，一個作為備用回路；3）單回路，以一組10kV 電源進線為主，并將柴油發電機組作為備用電源進行供電。分析考量這3個設計方案可知，10kV 電源進線雙回路設計，需要從兩個不同變電站將電源引出，但這種情況下，主網電壓設計將和地區電力網呈現為并網狀態，若想獲得兩個獨立電源，將面臨較大的挑戰。

為確保工程保質保量完成，且不會產生較大投資成本，重新思考設計電源進線和供電方式。如果選用YJV22-8.7/15kV 型號電纜用于雙回路10kV 電源進線，就會不可避免地增加電纜施工安裝費用，增加供電項目建設投資。因此，可以對回路設計進行優化，除特殊供電區域外，針對裝機容量大于10000kV 的電源進線，設計雙回路的10kV電源進線方式，一般情況下選擇單回路，將10kV 電源與柴油發電機組作為備用電源是目前住宅小區供配電設計的首選方案，而該項目的總配變容量達12000 kVA，因此可選用回路的供電方式，按兩路電源雙環網四進線設計。

2.3 配變電所位置選擇

低壓配電系統中低壓的供電半徑一般設置為250m 以內，在選擇配、變電所的位置時，應盡量接近負荷的中心位置，以減少線路運行所帶來的損耗，因此須根據建筑群體的整體布局，合理選擇配、變電所的位置[4]。

按照建筑電氣設計規范要求，配電站房的設置應符合政府管理部門相關規定，供配電設施設計和選址要兼具降噪、消防、安全等功能。從變壓器室選址看，須與居民住宅保持一定距離，至少隔一層高，嚴禁將其設計在居民住宅正下方。還要使用各種隔音、降噪材料和工藝，確保變壓器室滿足環保標準對噪聲的要求，獨立建筑最佳，也可結合主體建筑建設，原則上設在地面一層及以上位置。從配電站房選址看，要避免將其建設在與衛生間、浴室或其他經常積水場所相鄰位置，或者正下方，還要避開排水管道及消防管道。住宅小區的配變電房和發電機房也不得單獨建在地下[5]。

在設計公用配電裝置的其他設備時，可采用獨立門戶設計模式，無法實現獨立門戶設計的用防火墻進行隔離，還要做好防水、排水、防潮等施工措施，保障設備運行安全，避免因外界因素影響出現故障及供電不穩情況。設計人員還需考慮后續施工和檢修施工便利與否，設置相應的消防和應急搶修通道，配電房梁下凈高宜不少于3.9m。以該住宅項目設計為例，2#樓1 層為架空層，參考該棟樓地下室建筑結構將1 號配變電所設置在地下1 層位置，將2號設置配變電所在此處，使其線路與需要供電的樓棟最終距離不超過150m，達到優化低壓線路敷設、保證供電質量的目的。2 號配變電所設置在7#樓地下1 層位置，采用二進四出設計。設計時應充分考慮施工、送電、搶修維護、轉電時的便利性，杜絕倒送電問題的出現。此外，針對住宅小區臨街商鋪和地下停車場，綜合考慮設備用房、車位及商鋪等因素，科學計算用電負荷、選定配電所位置，若與負荷中心存在一定距離，還需將線損和加降等因素加入設計考量，選擇適宜低壓供電電纜規格。

3 變壓器的選擇原則與容量設計

3.1 選擇原則

變壓器是配、變電所內重要一次電氣設備，起到控制電力系統電壓、保障電能輸送安全與輸送質量的作用。因此，在選擇變壓器時，須根據小區用戶的全部用電負荷情況選擇合適的變壓器型號，并根據住宅小區的用電負荷情況合理設置變壓器的數量與容量，避免變壓器數量多、容量大時出現資源浪費的問題。隨著小區發展電能需求增加，變壓器處于高負荷和超載狀態，該措施可以保障供電安全。

為確保該住宅小區電力運行安全穩定，避免變壓器選配不合理導致的很多問題，需要結合項目實際情況，在遵循相關標準和選用原則的基礎上，盡可能選擇新型、節能、科技的變壓器類型，便于后期檢修，滿足節能需求，保證供電質量。例如在現階段的市場供應中，變壓器主要有封閉型以及干式兩種，其中，在惡劣的使用環境中宜選用具有防腐、防塵效果的封閉型變壓器，而針對醫院、學校等特殊場所，因其對保供電要求相對較高，宜選用干式電力變壓器。

3.2 主變壓器容量選擇

在選擇主變壓器時，充分考慮該住宅小區一級和二級用電負荷多、集中用電負荷大的情況，參考8850.5kW 總負荷、供配電建筑和設備選址、供電回路設計等因素，設計相應數量的變壓器。該項目配電電氣設施設置15 臺800kVA總容量達12000kVA 的變壓器，以滿足項目設計的要求，同時按照相關要求，對變電所主接線方案進行優化，設計多個備用方案，結合項目的實際情況來選擇具體方案。

4 供電方案設計

4.1 供電方案的設計

該項目供電電壓設計為10kV，頻率為50Hz，相數為三相，雙回路電源供電方案。其中，第一路電源將220kV城東變的923 陽江線1#環網柜至2#環網柜間的電纜開斷設為該項目1#開關站I 段母線和2#開關站I 母線供電。第二路電源220kV 城東變915 東宅線16#桿引接電纜至新建1#配變電所1#開關站II 段母線，并從1#開關站II 段母線引接電纜至新建2#開關站II 段母線，2#開關站II 段母線引接電纜到220kV 城東變I 段915 東宅線19#桿，將220kV 城東變I 段915 東宅線16#桿至19 桿架空線開斷。

為了保證線路的穩定運行，在設計繼電保護系統時，要確保繼電保護和自動裝置的設置符合GB/50062、GB/14285 及DB35/T1036-2016 等相關國家、行業的技術規范和標準，10kV 進線柜須裝設速斷、過電流保護，變壓器的主保護和后備保護分別采用電流速斷保護和過電流保護，同時裝設非電量保護。10kV 進線開關處裝設備自投裝置，投切時間應滿足負荷允許停電時間的要求，具體投切時間由保護定值人員提供，兩臺進線柜中斷路器進行電氣閉鎖，10kV 斷路器宜采用數字型繼電保護裝置，確保高低壓開關設備在投運后“故障不自復”。

4.2 電纜選型及設計要求

根據DB/T1036-2016 對電纜、橋架、豎井的相關規定，該項目采用阻燃低煙無鹵交聯聚乙烯絕緣電力電纜、電線或采用無鹵電力電纜、電線；消防設備供電及控制線路選擇應符合相關規定；地下室水平敷設電纜時應使用防火阻燃型電纜橋架，且電纜總面積與橋架橫斷面面積之比應小于49%，橋架離地面的高度通道處應不低于2.5m。此外，公共和用房配電站房的電纜通道應進行區分，并進行明確標示。豎井凈深應不小于60mm，設備箱前應保留800mm 距離，以確保箱門能在不小于90°的范圍內自由開啟關閉[6]。

5 結語

總之，在對住宅小區進行供配電設計時，應當對項目進行全面深入的調研，并充分了解當地供電部門的技術要求以及周邊區域用電情況，并重視供配電設計中普遍存在的問題，科學合理地設置電力設備，選擇適宜低壓斷路器，科學設計供配電線路，確保設計的供配電方案合理有效。