住宅小区供电若干问题讨论.doc

住宅小区供电若干问题讨论1概 述居住条件一直以来都是人民生活的一个重要组成部分，也是人民群众十分关心的一个话题，而供电部门作为一个担负很重要社会责任同时也要保证经济效益的社会形企业，所提供服务质量的好坏直接影响着居民对居住条件的满意程度。近几年来，随着居民生活水平的不断提高，居民住宅建设日趋现代化，居住环境标准日益提高，随之而来对供电质量、供电可靠性及环保的要求也进一步提高，这些都给我们供电部门带来了新的需要解决的课题。长期以来，我国的住宅建设与商用办公楼、宾馆和公共建筑相比，始终处于一种相对滞后的状态。由于历史原因和行业局限性，规划（或建筑）专业的设计师在考虑住宅小区的原始框架时，主要考虑的是小区的住宅建筑面积、容积率、绿化率、道路交通流程及配套的公用建筑等。而对于小区电气专业往往考虑不够充分，如小区负荷水平的增长趋势如何预计，供电半径、供电模式是否合理，是否能够真正满足用户对可靠性的要求等一些深层次的问题。本文主要针对住宅小区供电中的这些问题进行了探讨。2民用住宅小区建筑布局的几种方式1多层型民用住宅区多层住宅是指6层（可跃层至7层）以下的住宅楼，多层住宅基本上无地下层或半地下层。此类小区或是结合老城区改造或利用新建住宅再配以公建设施进行配套建设。这类住宅一般占地面积不大，房屋排列有序，整个小区多成矩形或方形且房屋间距、层高划一。对于此类小区，按我国对负荷性质的划分，一般属三级负荷地区。2高层型民用住宅区高层住宅是指12层及12层以上的住宅楼，高层住宅通常有一定层高的地下层或半地下层。这一类住宅区往往和多层型住宅并列建造，再辅以各类公建配套设施。此类小区占地面积较大，房屋及公建配套排列格局多变，房屋间距、高低不一。对于这类小区，因涉及高层住宅楼，消防泵等设施属一级负荷3开发区住宅群（别墅住宅群）为适应对外开放的需要，在一些城市，建造别墅式住宅区、庭院独立式住宅区、开发区商品房住宅（多层及高层）等多种形式。此类小区对环境及配套设施要求较高，总用电量较大，一般适应高层次住房及外事开放需要。以上三种住宅小区在湖州市城区内都有分布，城区内以多层型民用小区住宅为主，一般层数有45层，最多不超过6层，如中心城区，西南工业区均为这种情况。还有部分地区，例如凤凰东区、凤凰西区，多以开发区住宅群为主，存在面积较大的成片的开发区商品房住宅（多层或中层），一般层数为67层，而且存在一些高层型住宅和多层型商品房住宅并列建造的情况。形式2在临安城区内分布较少，一般楼层也不太高。3住宅小区负荷估算规划住宅小区的配电网络，应该认真进行负荷计算，因为所采用的负荷计算数值是以后设计的基础，同时，配电网络的运行表明，负荷计算的正确与否也会影响到电网的安全和可靠程度。所以，对住宅小区的配电网络规划，必须全面分析国民经济的发展趋势以及充分考虑公用事业、居民文化和生活要求的发展可能性。3.1住宅小区负荷估算方法1单位面积功率法、单位指标法。利用建筑物的单位负荷指标（W/m2）进行估算，将该指标乘以相应的建筑面积即可求得该建筑物的总负荷。此方法在占地、容积率、住宅类型比较确定的情况下适用于规划及方案设计，利用各类不同的民用建筑物（如各种不同等级的住宅、商店、菜场、餐厅等）的单位负荷指标进行估算，然后再综合计算出小区的总估算负荷。2需要系数法用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。这种方法比较简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。此方法适用于一般民用负荷的估算，算法也较简便，尤其对各类定型的民用住宅楼相应的用户数，只要取得适当的需要系数即可方便的算出每幢楼的负荷数值。方法2比较适用于在调查的基础上，对住宅小区现状负荷进行估算，便于对住宅小区近期的供电方案进行指导。3.2湖州市几个住宅小区现状用电情况分析在有关部门的大力协助下，我们得到了临安居民的一些用电的调查情况。下面我们给出这些原始数据，并对这些原始数据进行一下分析。表1 湖州市居民生活用电情况调查表单位：kW家庭住址家庭人口住房面积（mm）家用空调器家用电热水器其它高能耗家用电器预计新增家用电器台数合计功率台数合计功率台数合计功率台数合计功率吉山191幢202室35911.1/2111华丰26幢306室37012.211.531.511翠苑25幢105室37021.1/3111翠苑24幢404室37011.111.541.511翠苑25幢306室37022.2/3121翠苑24幢202室37021.5/2111墙壕里24幢202室36523.311.542/港湖1幢104室312622.211.5/港湖13幢403室420042.423.5/吉北240-1幢612室37021.510.8/友谊西区8幢101室38834.12222.223金泉33幢101室37023.7112211东白鱼潭10幢201室39910.741142.523金泉24幢204室35721.311.5/金泉37幢602室37021.8/劳动路42幢501室35721.8/仪风桥小区2幢301室314646.622/墙壕里35幢201室37922.92132/凤凰一村4幢301室36010.74/31/友谊新村12幢202室26111.7/小计6016573943.981618.83518.71213从表1中可以看到，湖州市居民家庭一般以三口之家为主，平均每户住房面积在83平方米左右，人均住房面积为27.6平方米。平均每户拥有家用电器的总功率为4kW，人均占有家用电器功率为1.36kW。根据小康住宅设计导则，基本型小康型住宅的家用电器功率为46kW，普及型小康住宅的家用电器功率为68kW，理想型小康住宅的家用电器功率为810kW。这说明湖州市居民生活水平比较高，家用电器的普及已经逐步趋于饱和，居民用电负荷增长已远不如90年代初期那么迅速，相对而言进入了一个较为稳定的状态。表2 湖州市每百户居民家用电器拥有量调查表单位：台1990199219951996199819992000洗衣机65.0 65.0 88.3 91.7 92.0 96.0 90.0 电冰箱78.3 85.0 91.7 91.7 98.0 99.0 94.0 彩色电视机60.0 75.0 95.0 96.7 124.0 135.0 134.0 影碟机/20.0 26.0 43.0 录放相机3.3 16.7 23.3 30.0 49.0 49.0 34.0 家用电脑/2.0 2.0 11.0 组合音响/3.3 3.3 11.7 18.0 18.0 21.0 微波炉/16.0 22.0 34.0 空调器/25.0 26.7 62.0 66.0 72.0 淋浴热水器/18.3 50.0 55.0 72.0 72.0 70.0 历年人均可支配收入（元）1988280563797131765278628684表2是湖州市每百户居民家用电器拥有量调查表，从表中可以看到90年代初是湖州市居民家用电器拥有量增长比较快的一个时期，不论是数量还是种类的增长都比较快。而近两年，除个别家用电器（如电脑和微波炉）每百户拥有量增长比较快，基本增长的都比较慢，呈现出一种趋于饱和的态势。表3 其他地区每百户居民家用电器拥有量调查表单位：台人均可支配收入（元）彩色电视机淋浴热水器家用电冰箱空调电脑深圳21625.68160104.5101207/广州13966.53154.8/100.6/54.2上海1325016076/11851厦门10812.99141/1049227北京12463.9148.483.5101.6106.555.5珠海/17611010918746全国平均水平/116.6/80.130.8/表3是其他地区每百户居民家用电器拥有量调查表，参照表2和表3可以发现，湖州市每百户居民家用电器拥有量与其他地方相较，还有一定差距，主要表现在彩电、热水器和电脑的拥有水平上。这与人均可支配收入的差距有一定的关系。所以随着湖州市经济的发展，湖州市居民人均可支配收入的增加，湖州市居民家用电器拥有水平还是有一定的发展空间的。表4 典型居民小区负荷实测表单位：kW，kVA小区名称最大负荷配变容量配变负载率居民户数户均最大负荷人口人均最大负荷（翠苑385）小区50.403150.16800.632500.20（凤凰374）小区63.303150.20800.792600.24（文苑423）小区111.503150.351500.744000.28（文苑248）小区81.603150.26801.022480.33（文苑249）小区57.003150.18800.712450.23（湖东82）小区132.005000.261600.836000.22（织里东安公变4#）小区147.005000.291600.926500.23（南浔泰安公变80#）小区143.403150.461001.434500.32从表4中可以看到，湖州城区内配变容量配置有些偏高，所调查的几个住宅小区中，配变容量负载率没有超过0.5的，一般都在0.20.3左右。配电变压器作为小区电力投资规划中的一个可更换部分（其它可更换部分例如有电能表、进户线、电源干线等，因为这些都可根据用电负荷的增长分期投入，所以称为可更换部分），在初期运行的时候负载率水平比较低，可以认为设备利用率比较低，投资存在着一定的浪费。从表中还可以看到，湖州市本地人均最大负荷比户均最大负荷的规律性更强，波动较小，一般都在0.2kW0.3kW左右，在对住宅小区现状最大负荷进行估算的时候，如果有小区人口总量的数据时，用人均负荷进行估算比较准确。再把表1和表4放在一起进行一下分析，湖州市居民家庭以三口之家为主，每户拥有家用电器功率一般在4kW左右，而人均最大负荷为0.2kW0.3kW，即户均最大负荷1kW左右，也就是说当我们采用需用系数法对住宅小区现状负荷进行估算时，需用系数和小区内部同时率的乘积在0.25左右，我们认为这个数据是比较符合实际情况的。 图1是通过调查得到的湖州市几个典型的居民小区典型日的整点负荷曲线图，在和中国其它地区居民生活日负荷曲线比较分析后，我们发现湖州市居民生活的日负荷曲线与中国其它地区的普遍情况比较一致的，最大负荷一般发生在20:00到23:00之间，峰值负荷一般可以达到谷值的5倍左右。但峰值负荷持续时间较短，图1 湖州市居民生活典型日负荷曲线一般不超过2小时。中午11:00到13:00左右，也是一个用电高峰期，一般可以达到最大负荷的60%到70%，而且负荷值相对晚间的高峰负荷较平稳，但持续时间也不太长。同时，从图中也可以看出，各住宅小区的负荷曲线形状都比较相似，也即负荷之间的同时率的取值应该比较高，推荐值为0.80.9。3.3临安不同规模住宅小区近远期负荷估算为了使分析结果更具有普遍性，也为了对以后湖州市住宅小区规划工作提出更多的建设性意见，在具体分析当中，我们依据如下原则。估算原则：（1）根据临安现状用电情况分析中得出的结果，认为临安普通居民家庭现状家用电器安装容量为4kW左右。小康住宅设计导则规定，基本型小康住宅用电负荷为46kW，普及型小康住宅用电负荷为68kW，理想型小康住宅用电负荷为810kW。根据此导则并结合湖州现状情况，我们认为一般居民住宅、面积较大装修较高档的商品房住宅和面积很大装修很豪华的商品房住宅（含别墅型住宅）可分别参照基本型小康住宅、普及型小康住宅和理想型小康住宅的标准，近期取下限，远期取上限。（2）需用系数的选取。根据前面分析所得到的结果，临安住宅小区的需要系数和同时率的乘积应该在0.25左右，而同时率的推荐值为0.80.9，所以需用系数值应该在0.270.3左右。小康住宅设计导则中对住宅用电负荷的需用系数的推荐值如表5所示。表5 住宅用电负荷需用系数推荐值户数361014182225101200系数K1.000.730.580.470.440.420.400.330.26由于实际调查所得到的数据中，居民住宅小区的户数一般在100户到200户之间，所以可以认为计算所得到的数据还是比较符合实际的。在实际计算中，可以根据表3中所推荐的值进行估算。（3）由于变压器允许短时过载，所以估算中所用到的的最大负荷至少可持续30分钟。对远期负荷进行估算时，所设定的户均最大负荷或人均最大负荷也是符合这个标准的。（4）夏日昼间用电负荷的需用系数和负荷同时率的乘积可以取0.150.20（根据昼间负荷大约为夜间最大负荷的60%70%）。根据上面的估算原则，我们可以得到规模不等、等级不同的住宅小区的各种负荷的计算值，具体结果如表6、表7和表8所示。表6 临安住宅负荷估算值（一般居民住宅）单位：kW小区户数近期夜间最大负荷近期昼间最大负荷远期负荷10025010025080200150375250500250500200400375750500100050010004008007501500表7 临安住宅负荷估算值（面积较大装修较高档的商品房住宅）单位：kW小区户数近期夜间最大负荷近期昼间最大负荷远期负荷100250150375120300200500250500375750300600500100050010007501500600120010002000表8 临安住宅负荷估算值（别墅型住宅）单位：kW小区户数近期夜间最大负荷近期昼间最大负荷远期负荷100250200500160400250625250500500100040080062512505001000100020008001600125025004主要设备的选用根据住宅小区的规模确定供电电压等级。建筑面积在1020万平方米的小区，一般采用10kV供电，此方式主要采用由10kV开关站（开闭所）、环网柜和箱式变电站通过电缆联络形成环网。（1）箱式变电站这是配电自动化的最主要设备，它将高压开关设备、配电变压器和低压配电装置按一定的接线方案有机的组合在一起。箱式变的采用，可达到将10kV线路深入到负荷中心，降低线损的目的，同时少占用土地资源，是最经济、方便、有效的设备之一。箱变的主要种类有组合式变电站（即欧式箱变）和预装式变电站（美式箱变），在住宅小区中主要采用组合式变电站。为满足环境的要求，住宅小区的配变一般选用干式变压器。（2）10kV环网柜环网柜一般以负荷开关与熔断器相配合，当一路电源发生故障后，可切换到另一路电源供电。其主要特点是运行环境较好，外界影响因素较少，是住宅小区开关设备的首选方案。（3）10kV开关站（开闭所）住宅小区的供电一般采用以电缆作为配电主干线的方案，以环网开关柜为主，负荷开关柜根据所在小区负荷大小的要求设定出线回路数的多少。当进出线较多，规模更大时设置10kV开关站（开闭所），开关站中设进线柜、出线柜、计量柜和联络柜。（4）电力电缆为了满足小区环境的需要，一般采用电缆环网供电。电力电缆作为电能的通道，其规格、型号、截面的选择对电网的可靠供电和经济运行至关重要，也是影响项目工程造价的最重要因素之一。结合新建住宅小区土壤尚未稳定，容易产生沉降引起电缆损坏的特点以及环网供电的特性，一般选用带钢带型的交联电力电缆，截面的选择应以全环网的最大供电负荷为计算依据，进行经济技术比较，在确保安全、可靠供电的前提下选用，同时兼顾项目工程的投资。5住宅小区供电模式新建住宅小区采用的供电方式，主要有如下几种方案：（1）高压开关站（室外单建）+干式变压器、低压开关柜（设在住宅楼内的底层、地下层或半地下层）。（2）高压开关站（室外单建）+单项干式变压器、低压熔丝（在住宅楼内）。（3）高压开关站（室外单建）+小型化箱式变电站（美式箱变，室外放置）供电。（4）设备齐全的箱式变电站（欧式箱变，室外放置）供电。（5）三型变电站（室外单建变电站，双台或三台变压器）供电（改进型）。（6）高压开关站、干式变压器、低压开关柜均建在室内（住宅楼内底层或半地下层）。方案评价：方案1）与方案6）较适用于高层住宅；方案2）只用在多层住宅建筑中，且必须另外单建高压开关站；方案3）和方案4）较适合多层或小高层为主的住宅小区；方案5）（三型变电站）即可用于多层，又可用于高层住宅为主的住宅小区，但用于高层住宅时，不是一个很好的方案，不如方案1）和方案6）。图2 方案4供电方式一次接线图例图3 方案3、5、6供电方式一次接线图例图4 方案1、2供电方式一次接线图例6住宅小区供电模式的分析6.1高层或以高层住宅为主的住宅小区当住宅是高层住宅或主要为高层住宅时，首选方案应为方案6）或方案1）；当住宅小区高层楼数较少，条件许可时，可优先选用方案6）。由于高层建筑的特点，在垂直方向上负荷较为集中，故在住宅的底层或半地下层，选择适当的平面位置将整个变电站设置其中是合理的。它与三型站供电方式相比有如下特点（设两者容量相同，主接线方式相同）：（1）因小区内没有额外的供电建筑，美化了小区环境，节省了土地，特别是在一些用地紧张的住宅小区，其优点更为突出。（2）由于变电站设在底层或半地下室中，更加接近负荷中心，供电质量得以提高并节省了大量低压电缆，而且减少了施工费用，日后运行维护费用亦可大大降低。（3）由于变压器设在住宅楼内，按消防要求只能采用干式变压器，相对于三型站的油浸式变压器而言，变压器成本有所上升。以1000kVA变压器为例，每台干式变压器比油浸式变压器（S9）单价要贵5万元左右，500kVA变压器，两者的差价在34万元左右。但变压器成本的增加可从节省的土建费用和低压电缆费用中得到补偿。（4）节约的土地费用约为68万元/500kVA，总体上方案6）的总投资要比三型站供电方案低14%25%。（5）设在住宅楼底层的变电站，可选择底层房型差、朝向不好难以销售的部位安置。（6）当变电站设在半地下室中时，需采取防水、防潮、防霉等措施。采用方案6）供电的高层住宅，供电容量最好不大于21000kVA（通常一般在2800kVA左右）。当由于客观条件限制，如高层住宅楼数较多，或半地下室平面位置难以布置而不能采用方案6）时，可改用方案1）。这时，在小区内需建一座高压开关站，将变压器和低压开关柜仍设置在住宅楼内。以供电容量为4500kVA为例，方案1）仍比两座三型站（每座2500kVA）用地要少的多，其综合投资成本也低于两座三型站。此外，在高层住宅为主的小区中，采用方案3）或方案4）将受到一定的限制，这是因为：一、当单幢高层住宅容量超过500kVA时，方案方案4）因单台容量可作到1000kVA尚有考虑的余地，而方案3）目前很难实现。二、虽然箱式变单台可以比三型站更靠近住宅楼，低压线损较低，但效果仍不如方案1）或6）好。三、当每幢高层所需容量不超过630kVA，且继电保护允许高压侧采用环网节点柜+熔断器保护变压器时，显然方案4）优于方案3）。四、当高层住宅的层高或其他因素不允许采用方案1）或6）时，在同等容量下(小于等于2500kVA)，若允许10kV系统用环网节点柜+熔断器方式时，则方案3），4）方案优于三型站方案。6.2多层与小高层的住宅小区由于多层，小高层建筑结构的特点，多数无地下与半地下层或半地下层高不够，则方案1）和6）无法实现，只能考虑方案2）5）。而多层或小高层多为一梯二户，或一梯三户的形式，以6层为例，每楼梯单元为12户或18户。因此对于最常见的多层，小高层住宅小区，目前多是采用室外单建三型站的方式供电，一座三型站占地约80160m，安装容量为2500kVA21000 kVA，这样一座三型站的供电户数可达到170户(6层有电梯)360户(6层有电梯)。由于多层住宅容积率低，住户在平面上分布较广，造成供电半径过大(有的线路长度达300m)，供电质量下降，仅靠增加电缆截面的方法来减少线路压降会导致投资过大。由于客观条件限制(主要是三型站占地较大)，平面布局上调整较困难，很难克服上述缺点。在住宅小区内推广使用箱型变电站是解决上述困难的一个好办法。箱型变电站体积小，占地少，仅为三型站的1/101/15，施工便捷迅速，只要在它的外形，颜色上做适当选择，完全可以与小区内的环境协调一致，甚至成为一种独特的景观。(我国北方有些厂家生产的欧式箱变，外观像一座小别墅 ，十分漂亮)。此外，把一座三型站”分裂”成24座箱式变后，不仅占地面积减少，而且使得站点布置十分灵活；4座500kVA的箱式变电站在供电能力上相当于一座21000kVA的三型站。而箱式变易于深入负荷中心，使得供电半径得以缩短。通常一座变电站的低压供电半径应在150180m以内，才能保证其末端的电压降小于5%。单台箱式变的容量应不大于500kVA， 一般来说，200kVA的容量应该就能够满足近期居民负荷的要求了。在夏日夜间变压器可能会有过载的情况，不过从前面分析的结果中，我们也可以看到，由于夜间最大负荷持续时间较短，一般不会超过两小时，所以这种过载应该在变压器的承受范围之内。这样，单台箱式变的供电户数在8090户左右(按每户1kW计算)，平面上分布不会太广，供电半径可控制在130m以内，这样可减少电压损失，使用户电压稳定，同时也降低了线路损耗，此外，在小区内采用箱式变供电时，因能够深入负荷中心，使得低压供电线路大大缩短，故减少了大量低压电缆的购置和施工安装费用，日常维护也较方便。相对于三型站的方案而言，箱式变的安装周期短，土建投资少，价格合理，且由于箱式变是工厂化安装，产品的一致性好，质量较有保证。当箱式变采用环网供电时，也有利于实现住宅小区内的配电自动化。因此，在多层或小高层为住的住宅小区中，大力推广应用符合国家标准的箱式变的供电方案，具有十分积极的意义。6.3多层，高层混布的住宅小区供电方案这种住宅小区实际上是前两种住宅小区的组合形式，其供电模式易优先采用方案1）+4）或方案1）+3），即在小区内单建高压开关站，而高层住宅仍采取将变压器、低压柜入柜入室的方法(方案1）)。在读层建筑的区域采用箱式变供电，其特点均如前所述，不再重复。当每幢高层用电量在630 kVA以下时，也可单独使用方案4）。6.4多层住宅采用单相变压器供电方式该方案在供电模式上比较新颖，但也存在一些不足：如变压器利用率低，单相变压器是非标产品需特殊加工，其每kVA成本高于同容量的三相变压器。此外，由于低压侧为单相230V，故低压电流可能较大。此外，当某台变压器检修或出现故障时，接在同一个电缆上的其他两台变压器也无法运行。由于住户对变压器的噪声问题比较敏感，而且小区内必须单建一座高压开站与之配套，综合投资未必能较少，故该供电方案有待于进一步探索改进，目前尚不宜大面积推广。6.5在高层或多层住宅小区采用三型站的供电方案安装有2台变压器的三型变电站方案，在它诞生后的相当长的一段历史时期内，曾对统一住宅小区的供电方式，规范管理起到了十分积极的作用。三型变电站占地及体积一般都比较大。如占地一般在9m15m左右，高度可达6m。最小的占地面积尺寸也在6.9m9m，高度为9.7m(2层)。如再考虑四周0.61m的散水坡占地，总的占地面积可达10.5m10m。由于三型站占地太大，造型也不够美观，在住宅小区中布局受到较多限制，很难深入负荷中心合理布局。不过，随着国内外电器产品的技术发展，在选用先进、经济的高、低压电器产品的基础上，合理地缩小变电站的体积，并采取适当措施，改善变压器的通风条件，将变电站的高度降低12 m是完全可能的。加之，目前居民用电已趋于稳定，像80年代初期那样预留过多的空间余量，已无必要。合理缩小变电站体积，加强造型设计与小区氛围的协调一致，是未来三型站的发展方向。另外，由于居民用电水平的提高，相对而言，三型站的供电半径将大为缩小，又因为小高层住宅的出现(710层，一梯两户，有电梯无地下室)，160250户居民在平面上的分布则更为集中了。如果改进后的三型站体积缩小，站点的布置将更为灵活，特别对一些以高层为主的住宅小区，这将是十分有利的。因此，在以多层和小高层为主的住宅小区中，经过改进后的三型站与箱式变供电方案4），3）相比，仍有一定的特长，而不失为一种可选的技术方案。我们再结合临安的实际情况来看看这个问题。前面说过，临安的住宅小区以多层型民用住宅为主。在前面介绍的集中供电模式当中，方案3）和方案4）是比较合适的。当住宅小区的规模比较小，可以采用电缆直接进入小区设置箱式变，箱变类型可采用美式预装型箱变；当住宅小区规模比较大的时候，可采用方案3）。当住宅小