基于雙電源供電的高校電力增容方案研究

摘 要：隨著高?？蒲泻徒虒W(xué)的不斷發(fā)展，對電力的需求日益增長，原來的供電容量逐漸無法滿足校園的電力需求，基于此，校園電力增容勢在必行。通過分析供配電系統(tǒng)的負(fù)荷等級、負(fù)載要求、10 kV供電系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)等，在相關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上，通過確定新建樓宇用電負(fù)荷等級，設(shè)定合理的系數(shù)，進(jìn)行增容測算、變壓器型號選擇和臺數(shù)確定，科學(xué)布局，確定供電方式。在學(xué)校雙電源供電模式下確定電力增容方案，分析其可行性、經(jīng)濟(jì)性以及對高校電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的提升效果，可知新建建筑電力增容改造申請負(fù)荷滿足新大樓用電要求，變壓器日常運(yùn)行穩(wěn)定可靠，為高校電力系統(tǒng)的增容建設(shè)提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：電力增容；容量；雙電源供電；電力系統(tǒng)

中圖分類號：TM744" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）07-0001-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.07.001

0" " 引言

近年來，隨著高等院校招生人數(shù)和科研業(yè)務(wù)規(guī)模不斷增加，原有建筑逐漸無法滿足師生日益增長的教學(xué)科研、學(xué)習(xí)、生活的要求，新建樓宇以期增加教學(xué)科研面積迫在眉睫。而建設(shè)新樓宇，樓宇供電系統(tǒng)建設(shè)的問題也隨之而來。本文以某高校新增建筑供電增容為例，分析基于雙電源供電的高校電力增容方案，探究新增建筑電力增容規(guī)劃需要考慮的問題及可行性。

1" " 項(xiàng)目基本情況

1.1" " 雙電源10 kV開閉所現(xiàn)狀

目前，該新建樓宇規(guī)劃區(qū)域由校內(nèi)03#開閉所供電，03#開閉所為10 kV開閉所，現(xiàn)狀：屬地供電公司兩路不同的110 kV上級變電站10 kV出線為主供電源，開閉所規(guī)劃裝機(jī)容量25 000 kVA，出線柜24臺，現(xiàn)供電容量為7 290 kVA，如表1所示。根據(jù)該高校與當(dāng)?shù)毓╇姽竞炗喌摹陡邏汗╇姾贤罚瑢W(xué)校用電性質(zhì)為普通高等教育的學(xué)校教學(xué)用電，其負(fù)荷性質(zhì)為二類負(fù)荷、三類負(fù)荷；負(fù)荷時間特性為不可間斷負(fù)荷、可間斷性負(fù)荷；供電方式為雙電源三相交流50 Hz電源；多路供電電源聯(lián)絡(luò)方式：高壓聯(lián)絡(luò)，機(jī)械+電氣閉鎖。

1.2" " 新建項(xiàng)目情況

新建建筑總占地面積約50 000 m2，有地下1層，地下建筑面積5 404.25 m2，為停車及設(shè)備用房；地上12層，消防建筑高度49.55 m，為二類高層建筑；地下建筑、地上建筑耐火等級均為一級。總建筑面積約5.43萬m2，該樓宇主要用于理工科院系教學(xué)、科研和辦公。

建筑內(nèi)設(shè)低壓電房一座，位于一層裙樓內(nèi)，計(jì)劃主供電源由既有中心電房向兩路10 kV高壓電源供電，配電房的低壓出線放射式向相應(yīng)區(qū)域內(nèi)建筑的照明動力配電箱或電表箱供電，采用低壓電力電纜橋架敷設(shè)。

2" " 電力增容方案

電力增容是指在生產(chǎn)經(jīng)營過程中，由于產(chǎn)能需求擴(kuò)大，原申請使用的電力容量（通常按變壓器容量計(jì)算，以kVA為單位）已不能滿足生產(chǎn)經(jīng)營需要，用電單位申請?jiān)谠A(chǔ)上進(jìn)行增容。需增加容量的用電單位須書面向合法供電主體（供電部門）提出申請，并經(jīng)供電單位審核同意后，方可進(jìn)行電力增容[1]。

電力增容方案最重要的是確定所需增加的容量，明確新建配電房的位置，新建樓宇的負(fù)荷要求、負(fù)荷等級等問題；及時向?qū)俚毓╇姽旧暾堅(jiān)鋈?，待增容申請答?fù)后，進(jìn)行電力設(shè)計(jì)并報審[1]。

2.1" " 負(fù)荷等級

根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，一般來說，負(fù)荷等級分為一級、二級和三級。一級負(fù)荷是最重要的負(fù)荷，包括消防、應(yīng)急照明、生命安全等重要設(shè)施的用電；二級負(fù)荷是較為重要的負(fù)荷，如商場、醫(yī)院、車站等公共設(shè)施的用電；三級負(fù)荷是一般性負(fù)荷，如居民用電等。根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》負(fù)荷分級及供電要求，該新建建筑的消防電梯、客梯、正壓風(fēng)機(jī)、應(yīng)急照明、消防水泵等消防用電設(shè)備及客梯用電、走道照明、生活用水為二級負(fù)荷，其他用電為三級負(fù)荷。該新建建筑用電負(fù)荷類別可依據(jù)表2劃分。

2.2" " 負(fù)荷計(jì)算

2.2.1" " 計(jì)算依據(jù)

根據(jù)該樓宇建設(shè)目的及使用單位未來規(guī)劃和目前在使用中的其他實(shí)驗(yàn)樓用電負(fù)荷情況，對新建實(shí)驗(yàn)樓宇的容量進(jìn)行推斷，建議在負(fù)荷計(jì)算時采用較為寬裕的系數(shù)指標(biāo)，以確保未來樓宇新增設(shè)備時電力供應(yīng)的充足、可靠、安全。

在上述測算要求的基礎(chǔ)上，采用需要系數(shù)法，對樓宇內(nèi)的設(shè)備用電負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算。

式中：Pjs為有功功率；Kx為需用系數(shù)；Pe為用電設(shè)備組的運(yùn)行功率；Qjs為無功功率；tan φ為對應(yīng)于用電設(shè)備組cos φ的正切值；Sjs為視在功率；cos φ為用電設(shè)備組的平均功率因數(shù)；Ijs為計(jì)算電流；UN為用電設(shè)備組的額定電壓[3]。

需用系數(shù)Kx及功率因數(shù)cos φ可參考表3、表4[4]。

2.2.2" " 功率測算

根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的指導(dǎo)原則，各房間或場所依照《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的照明標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)計(jì)。各房間或場所照明功率密度值小于《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，如表5所示。本新建樓宇走道、樓梯間照度為75 lx，電梯機(jī)房照度為200 lx，辦公室、實(shí)驗(yàn)室、會議室照度為300 lx。

據(jù)此及使用單位對各房間規(guī)劃用途，核算各房間用電總功率，各輔助用房和公共區(qū)域按照設(shè)計(jì)規(guī)范取值計(jì)算，得出各層總功率。消防配電系統(tǒng)、生活水泵供電及人防配電系統(tǒng)如無特殊要求，根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范正常取值，計(jì)算供電容量。

功率測算根據(jù)學(xué)校現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)樓宇的容量配置以及理科院系用電負(fù)荷監(jiān)測情況進(jìn)行，同時應(yīng)適當(dāng)考慮未來5～10年電力負(fù)荷的增長，為確保該建筑電力系統(tǒng)的可靠性和以后發(fā)展的可擴(kuò)展性，合理預(yù)留電力儲備容量，以應(yīng)對未來可能的新增設(shè)備或電力升級需求。遵循《教育建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》的指導(dǎo)原則，高等學(xué)校理工類科研實(shí)驗(yàn)樓的單位面積用電指標(biāo)需按具體實(shí)驗(yàn)工藝要求確定，具體負(fù)荷如表6所示。

2.3" " 變壓器選型及電源分配

電力變壓器是供電系統(tǒng)中的重要設(shè)備，其主要功能是對電壓進(jìn)行升壓或降壓，用于電能的合理輸送、分配和使用，對變電所主接線的方式及其可靠性與經(jīng)濟(jì)性有著重要影響。所以，正確合理地選擇變壓器的類型、容量和臺數(shù)，是電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要問題。

在選擇變壓器容量及數(shù)量時，需綜合考慮負(fù)載容量、負(fù)載等級以及變壓器負(fù)載率，確保變壓器既可承受工作負(fù)載又不產(chǎn)生過多冗余供電能力，既要工作效率又要經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)新建建筑負(fù)荷測算表及預(yù)留系數(shù)要求，計(jì)算樓宇負(fù)荷如表7所示，變壓器同時系數(shù)計(jì)劃取值（0.9，0.95）。

根據(jù)現(xiàn)有情況，該樓宇有二級負(fù)荷，至少需要兩臺變壓器。

假設(shè)1：使用兩臺變壓器進(jìn)行供電，每臺變壓器的容量SN.T應(yīng)同時滿足以下條件：

1）任一臺變壓器單獨(dú)運(yùn)行，宜滿足總計(jì)算負(fù)荷在（0.6～0.7）Sjs的需要：

若有無功功率補(bǔ)償裝置，可使供電系統(tǒng)的電能損耗和電壓損耗降低，從而可選較小容量的電力變壓器。上述假設(shè)情況，均是在沒有功率補(bǔ)償裝置時，功率因數(shù)為0.833，達(dá)不到國家標(biāo)準(zhǔn)，造成電能浪費(fèi)，無功補(bǔ)償?shù)闹饕康氖歉纳乒β室驍?shù)，使其接近1。通常工業(yè)和商業(yè)用戶的目標(biāo)功率因數(shù)應(yīng)保持在0.9以上。通過合理的無功補(bǔ)償，可以提高電力系統(tǒng)的效率，降低能耗和電費(fèi)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和供電質(zhì)量。

根據(jù)目前校內(nèi)設(shè)備運(yùn)行情況，假設(shè)要使功率因數(shù)提高到0.98，無功補(bǔ)償容量QC應(yīng)為：

補(bǔ)償后，根據(jù)假設(shè)1、2，兩臺變壓器時，每臺變壓器容量選擇2 500 kVA；四臺變壓器時，每臺變壓器負(fù)荷為1 250 kVA。

根據(jù)室內(nèi)變配電房要求及負(fù)荷測算表，考慮運(yùn)行維護(hù)成本，室內(nèi)變壓器建議選擇四臺SCB14-1250/10節(jié)能型干式變壓器，負(fù)荷均勻分配的情況下，考慮變壓器功率損耗，補(bǔ)償后的功率因數(shù)約為0.96，各變壓器負(fù)荷率約為0.8，較為經(jīng)濟(jì)且符合要求。

2.4" " 增容方案

供電采用雙電源供電，申請?jiān)鋈? 000 kVA，四臺SCB14-1250/10節(jié)能型干式變壓器，10 kV兩路電源各帶兩臺變壓器同時運(yùn)行，0.4 kV為單母分段運(yùn)行，消防等雙電源負(fù)荷末端切換。兩路10 kV電源分別取自03# 10 kV開閉所Ⅰ、Ⅱ段出線，開閉所增容后情況如表8所示。10 kV開關(guān)柜選用KYN型，高壓采用直流微機(jī)保護(hù)，配直流屏10 kV開關(guān)柜進(jìn)出線為電纜，經(jīng)電纜溝內(nèi)敷設(shè)。高壓電纜兩端應(yīng)加裝電纜故障顯示器。

3" " 新建建筑低壓變配電

3.1" " 專用電房設(shè)備布局

如圖1所示，根據(jù)電力增容方案，低壓電房電源點(diǎn)1由1G1引至03#開閉所G05配電柜，電源點(diǎn)2由2G1引至03#開閉所G30配電柜；1G3接3#變壓器，1G4接1#變壓器，2G3接2#變壓器，2G4接4#變壓器。

每兩臺變壓器低壓側(cè)采用單母線分段方式運(yùn)行，設(shè)置母聯(lián)開關(guān)，兩臺主進(jìn)開關(guān)與聯(lián)絡(luò)開關(guān)設(shè)電氣聯(lián)鎖及“三鎖一鑰匙”機(jī)械聯(lián)鎖，任何情況下只能合其中的兩個開關(guān)。各變壓器供電范圍：1#、2#變壓器供主樓部分常備用負(fù)荷及地下室負(fù)荷，3#、4#變壓器供主樓剩余部分、裙房常備用負(fù)荷及地下室負(fù)荷。

3.2" " 配電房要求

配電房設(shè)置在新建樓宇一層建筑內(nèi)，電房內(nèi)電氣設(shè)備的安裝應(yīng)與土建緊密配合，電房門洞應(yīng)滿足電氣設(shè)備的進(jìn)入要求。電房應(yīng)裝有通風(fēng)機(jī)、空調(diào)等，以保證良好的通風(fēng)、除濕；門窗應(yīng)帶鋼紗并安裝鋼百葉窗，門應(yīng)采用防火門。

建筑中的消防設(shè)施配電采用耐火型電纜，配電箱至用電負(fù)荷線路采用導(dǎo)線穿金屬管敷設(shè)。二級負(fù)荷均采用雙電源（或雙回路）供電，常備用電源分別由變配電房內(nèi)兩臺變壓器不同的低壓母線段采用低壓電纜引進(jìn)；二級用電負(fù)荷所需常備用電源均設(shè)雙電源自動切換裝置。

4" " 結(jié)論及建議

上述電力增容方案實(shí)際應(yīng)用后，經(jīng)過一年多時間的運(yùn)行，得出以下結(jié)論：

1）增容改造申請負(fù)荷滿足新大樓用電要求，變壓器日常運(yùn)行穩(wěn)定可靠；

2）低壓電房布局合理，配電方式可靠程度高。

電力增容后電力供應(yīng)能力大幅提升，不僅為新建樓宇提供了更加安全穩(wěn)定的電力保障，也為后續(xù)學(xué)院科研、教學(xué)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的電力支撐。

關(guān)于新建設(shè)施電力增容實(shí)施的一點(diǎn)建議：電力增容申請容量應(yīng)盡量準(zhǔn)確；供配電設(shè)計(jì)應(yīng)從安全、經(jīng)濟(jì)、合理和便于管理的角度出發(fā)，依據(jù)國家的有關(guān)政策和規(guī)定、電網(wǎng)規(guī)劃、用電需求以及自身的供電條件等因素綜合考慮[6]。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 鄭孝寅，侯成國.電力增容改造方案設(shè)計(jì)[J].礦山機(jī)械，2008，36（2）：83-85.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：GB 51348—2019[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2019.

[3] 田灝.持續(xù)供電下的醫(yī)院配電增容方案研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2024（23）：93-96.

[4] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊[M].北京：中國電力出版社，2005.

[5] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：GB 50034—2013[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[6] 楊華龍，張璋.高校電力增容與總配電室遷移改造方案分析[J].設(shè)備管理與維修，2022（11）：92-94.

收稿日期：2024-12-27

作者簡介：邵長金（1992—），男，安徽碭山人，碩士，工程師，研究方向：電氣工程施工管理。