住宅小区用电负荷分析

一、住宅小区用电负荷分析 1、住宅小区用电负荷种类

住宅小区用电负荷一般有三种，即：住宅用电、商业负荷、地下车库用电、公共设施（如物业用房、社区配套设备用房、小区环境照明、住宅公共照明、住宅的电梯、风机、水泵等）负荷；对于小区内由消防要求的建筑，还应配备消防备用电源。

一般情况下，住宅小区中住宅的建筑面积约占总建筑面积的60～80%。 2、用电负荷的计算与变压器的选择

住宅小区用电负荷的计算通常采用两种方法：一是需要系数Kx法，二是单位面积计算法。

（1）需要系数Kx法 视在功率 = （kVA）

其中，PC为有功功率（Kw），QC为无功功率（kvar），Pe为用电负荷设备功率（kW），tgф为用电设备功率因数对应的正切值。对住宅，Pe=每户用电指标（如6kW/户）。

变压器的计算容量 = （kVA）

其中，Pjs为计算总有功功率（kW），Qjs为计算总无功功率（kvar），KΣP 和KΣq为同时使用系数，一般住宅小区分别取0.85～1和0.95～1，Q为无功功率补偿容量（kvar）。

变压器安装容量不小于Sjs （kVA） （2）单位面积S法

变压器的计算容量 Sjs=A Pe’ （kVA）

其中，A为建筑面积（m2），Pe’为单位建筑面积用电指标（VA/m2）。我国各地供电部门对用电负荷指标要求有较大的差异，如：住宅30～50 VA/m2，

商业70～200 VA/m2，小区公建40～120 VA/m2，地下建筑10～30 VA/m2。由于取值幅度大，不便于计算选择。

（3）几个住宅小区对比分析

在上述小区中，需要系数法计算时，住宅每户安装容量按照国家规范规定的标准，变压器负荷率均小于75%。单位面积计算法按照2012年11月以前该省电力公司文件相关规定计算：住宅38 VA/m2，商业100 VA/m2，小区公建70VA/m2，地下建筑20 VA/m2。

两种计算方法结果可以看出，单位面积计算法总计算容量明显高于需要系数法。由于地方规定的效力，实际采用的变压器容量选择是按照该省电力部门规定的单位面积计算法结果。是否国家标准要求容量低，不符合住宅小区实际用电负荷要求？经过对上述每一个小区用电情况的观测和了解，各个变压器的负荷率（已考虑小区入住率因素）均不会超过60%，表1所列小区中，有3个小区变压器的负荷率不到30%。

根据国家权威机构统计公布的数据，我国城镇新建住宅面积从2006年的约6.1亿平米，已经发展到2012年的11亿多平米，7年累计超过65.6亿平米。如果平均单位面积安装负荷指标减少5VA/ m2，将减少变压器安装容量328亿伏安，相当于减少65600台容量为500 kVA的变压器，既能节约大量投资，又节省可观的电能损耗。

二、住宅小区供电方式探讨

在上述小区中，有三种供电模式，一是住宅、商业、公建等用电负荷完全分开；二是住宅、商业等其他用电负荷分开；三是综合变电所，即允许同一变压器给不同类型的用电设备供电。

1、模式一：住宅、商业、公建等完全分开

这是一些地方电力部门的规定，理由是为了管理的方便、计量简单、变压器故障检修时对其他负荷没用影响。但是，不考虑消防备用负荷因素，小区至少需要设置三种变电所即住宅变电所、商业变电所和公建变电所。对于占地规整或便于将变电所设置在负荷中心的小区而言，实现这种模式不难；但对于低压供电半径超出150m的小区，为了节省低压线路投资和后期线路损耗，必须增设变电所，变压器数量人为增加，当负荷不平衡时，变压器安装容量相应增大。以龙翔嘉苑小区为例，该小区占地狭长，除设置2个住宅变电所外，同时必须设置2个商业

变电所和2个公建变电所；尽管商业负荷小，总安装容量400kVA，只能变成2台容量400kVA变压器。

另一方面，电力部门为了计量简单化，要求住宅走廊/走道照明、电梯配电、风机配电、水泵配电以及小区环境照明等独立变压器供电，也增加了小区电力配置的负担，这在建筑面积小于5万平米的小区尤为明显。

2、模式二：住宅、商業等其他用电负荷分开

它与模式一的区别是将除了住宅外的负荷合并一种变电所中，解决了住宅部分与其他用电负荷相互影响的矛盾，管理方便，目前许多地方电力部门推行这一模式。但仍需要设置两种种变电所即住宅变电所、商业公建变电所，同样存在上述变电所多、变压器安装容量会增大、计量表计数量增加等问题。

3、模式三：小区设置

综合变电所是90年代以前我国电力行业通用的供配电方式。同一变压器给不同类型的用电设备供电，其主要缺点是：1、计量不方便，2、变压器检修对所有使用其供电的用电设备有影响，3、管理上电力部门与小区物业交叉。由于制造业和电力新技术的快速发展，这些缺点已经能够很好地避免和改进：1、计量完全可以针对不同用电回路加装自动计量表与变电所微机保护系统结合解决（现阶段变电所微机保护系统已经是必须配置的）；2、变压器的产品质量越来越好，可靠性很高，故障率极低，即使检修，也可在非用电高峰时段完成；3、管理上电力部门与小区物业由交叉完全可以以制度方式解决，现在有的城市正在探索统一管理模式。

小区设置综合变电所，不仅能够减少变电所的数量和变压器安装容量，而且能够更加合理的选择变压器，充分有效发挥其利用率，降低安装成本、运营成本和能源损耗。

4、某市溪景桂圆小区示例

按照模式一，住宅、商业、公建（含地下）计算容量（见表1）分别为3318.67kVA、1179.81kVA、1125.78VA（补偿后），根据小区的具体布局和变电所设计要求，需要设置2个住宅变电所（分别内设5台和4台630 kVA干式变压器）， 2个商业变电所（各内设1台800 kVA干式变压器）和2个公建变电所（各内设1台630 kVA干式变压器），见表1续，变压器负荷率分别为60%、64%和67%，变压器总安装容量为8530 kVA。

按照模式二，住宅、商業公建（含地下）计算容量分别为3318.67kVA和1684.41VA，需要设置2个住宅变电所（分别内设5台和4台630 kVA干式变压器）， 2个商业公建变电所（各内设2台630 kVA干式变压器），变压器负荷率分别为60%和73%，变压器总安装容量为8190 kVA。

按照模式三，计算容量分别为5042.95kVA，整个小区只设置两个综合变电所，分别设置6台和5台630 kVA干式变压器，变压器负荷率为73%，变压器总安装容量为6930 kVA。此模式拔牙安装容量比上述两种模式至少减少1250 kVA。

三、住宅小区变压器损耗分析和规格的选择 1、变压器损耗分析

变压器的综合功率损耗ΔPZ，其计算公式如下： ΔPZ=（P0+KTβ2PK）+KQ（I0%SN+KTβ2QK）

其中，P0为空载损耗（kW），PK为额定负载损耗（kW），I0为变压器空载电流百分比，SN为变压器额定容量（kVA），β为平均负载系数（负荷率），KT为负载波动损耗系数（一般KT=1.05），QK为额定负载漏磁功率（QK≈UK%SN kvar），UK为短路电压百分比，KQ为无功经济当量（KQ=0.1kW/kvar）。

变压器年耗电 ΔS=tΔPZ （kWh） 其中，t为变压器平均运行时间，t=5500h 2、变压器规格的选择

计算出：单台干式变压器，容量每提高1个数量等级，功率损耗增加16.1%～18.6%，年损耗耗电量增加17.2%～19.7%。而同一容量的变压器，负荷率每增加10～15%，功率损耗增加4～6.7%。变压器容量选择时，1台500 kVA、负荷率为75%（可带负荷为375kVA），与1台630 kVA、负荷率为60%（可带负荷378kVA）相差不大；同样，1台630 kVA、负荷率为75%（可带负荷472.5kVA），与1台8000 kVA、负荷率为60%（可带负荷480kVA）可带负荷相同。因此，在确保运行时负荷率在经济合理的50%～75%区间前提下，相同计算负荷选择低1数量规格的变压器更加经济、合理。

由于住宅小区的多样化特点，变电所一般有地面上设置的预装式箱式变（可用油浸和干式变压器、变压器容量为400～630kVA）、、地上独立变电所和高

层住宅小区大量采用的地下变电所（采用干式变压器、容量为400～1250kVA），由于1台超过800 kVA的变压器所带负荷覆盖区域大，小于400 kVA的变压器仍需投资不低的变配电所其他设备且使用效率低，一般用于超过1万平米的小区变压器容量限制在400～800 kVA区间内，对于采用柱上油浸变压器（变压器容量为200～ 400kVA）的面积小的住宅小区除外。

四、结论

1、住宅小区用电负荷采用国家标准《住宅建筑电气设计规范》JGJ242-2011的最低要求设计，是符合现阶段实际情况和未来相当长时期需求的，也符合国家倡导的节能减排政策。盲目加大用电负荷配置指标是不可取的。

2、在变压器的具体选择时，确保其运行经济合理负荷率在的50%～75%区间时，选择低1数量规格的变压器更加经济、合理。

3、在住宅小区中提倡和推行综合变电所模式，达到提高变压器使用效率、节省投资、减少运行费用和能源损耗。

【参考文献】

1、任元会，《工业与民用配电设计手册》（第三版）北京：中国电力出版社，2005

3、《全国民用建筑工程设计技术措施-电气》（2009），北京，中国计划出版社，2009