教育建筑电力规划思考

翟青霞

（太原理工大学建筑设计研究院，山西太原 030024）

1 概述

近年来，笔者参与了两个校区的设计与后期调研，分别为太原理工大学现代科技学院、垣曲县高级职业中学新校区。太原理工大学现代科技学院为高等教育院校。垣曲县高级职业中学新校区为职业高中，参考中等职业学校设计。

目前垣曲县高级职业中学新校区已基本建设完成并投入使用，太原理工大学现代科技学院（一期工程）已建成并投入使用，目前二期工程在建。

2 垣曲职校供电系统运行情况分析

2.1 用电概况

根据建设方提供的资料，垣曲县高级职业中学新校区（以下简称“垣曲职校”）建设面积共计46164.13m2。

1# 变电所为实验区（1～5# 实训楼）供电，装机容量2×400kVA，负载率77.2%；2#变电所为学校生活区（包括宿舍楼、食堂及换热站等），装机容量2×800kVA，负载率82.3%；3#变电所为教学区（包括主教楼、科技楼、综合楼等）供电，装机容量2×500kVA，负载率85.8%。

该校区总装机容量为3400kVA，总建筑面积约为46164.13m2，变压器容量计算指标为52VA/m2。而《教育建筑电气设计规范》(JGJ 310—2013）中的表3.2.5，中等职业学校（含有实验室、实习车间等）“校园的总配变电站变压器容量指标”相对应值为30～45VA/m2，本校区的变压器容量指标大于标准值。

该校区目前已基本建设完成，据甲方反馈，目前除综合排练厅、艺术楼、6#实训楼未投入使用外，其他建筑均已投用。

2.2 用电分析

我们对该校区内各变电所内变压器二次侧电流进行为期两周的监测，每天早、午、晚各查看一次计量表。根据甲方提供的监测数据，设于1#变电所内的1、2#变压器出线最大电流、最小电流的时间不固定，但是最大值均出现在上课期间，即实训车间使用期间；3、4 号变压器最大电流输出时间均为 10：00—13：00、15：00—18：00 期间；5、6# 变压器的用电高峰时间段则是 8：00左右开始，19：00 左右结束。从时间段来看，基本与建筑性质及使用时间相吻合。

与变压器额定电流比较，目前各变压器最大负载率见表1。

表1 变压器最大负载率

经与建设方了解，1#变压器供电的1、2 号实训楼中，2 号实训楼目前实训设备尚未全部购置，因此，此变压器最大负载率明显偏低；5#、6#变压器供电的排练厅、艺术楼、6#实训楼目前未投入使用，所以这两台变压器负载率也偏低。3#、4#变压器所供电的建筑，目前已均投入使用，但是最大负载率仍低于一般规范建议的经济运行负载率75%。这又是什么原因呢？

经过现场查看，校方为了安全起见，对所有的学生宿舍进行限电，宿舍里预留的插座均不允许使用，每间宿舍仅允许最大电流4A。因此，目前宿舍的用电量比设计中预留的小很多。同时，因为食堂、宿舍均主要为学生课余服务，这两种建筑在一定时间段存在用电错峰，比如白天宿舍基本没有用电，食堂的用电设备主要在白天运行；当宿舍照明启用的时候，食堂的大量烹饪用电设备已基本停用。而在设计阶段选择变压器的时候并未考虑此问题。

目前，校区内所有的变压器均在深夜人员活动较少的时间段出于用电谷期。这是所有民用建筑中普遍存在的问题，我们不予讨论。

校方认为，在建设初期，预计招生人数为4600 人左右，目前招生人数约为3000 人。待招生达到设计人数后，目前未投用的建筑、设备均应购置到位，预计五年左右将会达到招生高峰期，届时用电量会有进一步提升，变压器负载率也会相应提高。

但是，关于食堂和宿舍区变压器的选择未考虑建筑用电设备错峰运行，是明显的失误。

3 太原理工大学现代科技学院供电系统运行情况分析

3.1 用电概况

太原理工大学现代科技学院2001 年8 月首期招生，一期建设已完成并投用，总建筑面积为186186.6m2，招生人数也已达到设计值。一期工程集中建设了一座变电所，位于图书馆内。变电所内工作电源容量为10000kVA，备用电源容量为1260kVA。计算得：变压容量指标为60.5VA/m2，该校区为理工类大学，较标准值 30～60VA/m2[1]偏大。

3.2 用电分析

查看校方提供的两周电力变压器运行值，发现备用电源母线段两台变压器（均为630kVA）电流最大值为123A，负载率最大的时候接近5%；工作电源侧变压器的最大电流叠加值约为7230A，则推算负载约为4282.6kW，变压器负载率约为47.6%。

经过比较上述数据，我们可以看到该校区变压器的装机密度仅稍大于标准值，但是实际运行过程中，变压器的负载率远远偏小于经济运行指标，也远小于设计值。尤其是备用电源母线段变压器负载率基本为零，这是个比较严重的问题。经查看设计图纸、供电方提供的竣工资料，该变电所引入两路10kV 电源，一路为工作电源（即1#10kV 进线），其主接线如图1 所示。

图1 10kV 电源主接线

另一路引入的10kV 电源为备用电源，根据吕梁市供电部门要求，该路电源只允许为二级及以上负荷提供电源。其主接线同上，但是它为每个建筑的第二路进线（即2#进线）提供电源。

图中图书馆1、2#电源所列负载均为平时运行负载，每台变压器均负担部分一、二、三级负载；其他建筑的1#电源进线，平时为本建筑提供所有用电；2#进线为备用电源，为本建筑中的二级及以上负荷提供备用电源，平时负载为零。

对比图1 的图纸和各单体施工图发现，图1 的10kV 备用电源低压侧用电负荷仅有图书馆部分用电负荷608.2kW，而根据计算数据，因为备用电源装机容量需要考虑消防负荷、平时需要使用的一、二级负荷，计算负荷为备用1123.8kW，目前现状变压器为一台1600kVA 变压器，则根据图书馆608.2kW 负荷全部运行来计算，它的负载率也仅为42.2%。

形成上述情况的原因更值得深思。因为供电行业的垄断原因，山西省内所有的建筑工程电气设计都仅限于低压侧。这就造成了高压侧的最终实施方案与低压侧设计方的最初设想不一致的情况，那么很容易就会造成高低压侧因运行方案不一致导致的变压器装机容量不合理，甚至造成保障性负荷无法获得保障电源的情况。

但是如果在单体设计时，所有建筑的2#进线平时均改为承担本建筑内一、二级负荷的工作电源，1#进线承担建筑内一、二级负荷的备用电源和三级负荷，在变压器容量计算时，10kV 工作电源侧变压器平时负载因为不含一、二级负荷，较现行方案减少很多，因此，装机容量可以大幅减少。10kV 备用电源侧的变压器容量与现方案相同，但是因为平时承担所有建筑内一、二级负荷，根据教育建筑用电负荷级别划分，一般学校内二级及以上平时运行负荷较消防负荷大，则选择变压器按照平时运行负载选择。此方案可以保障备用电源侧变压器平时负载率持续在较高水平，又减小了10kV 工作电源侧的装机容量。

4 结语

综上所述，个人认为，在教育建筑群设计初期，供电电力规划应注意以下方面：

（1）在校区开始设计以前，应与各用电单位（如各教学学院）、后期维护单位（如学校后勤部门）进行深入沟通，对各建筑的用电性质、用电设备运行情况进行深入了解，确定电气整体规划。这样可以有效避免建成投入使用后，因为不符合使用方要求，再进行大规模调整，造成不必要的浪费。而且可能有些变压器因为已经安装，不便进行调整，就会造成变压器负载率过低。

（2）设计前期应着重了解当地供电政策，了解当地供电部门的高压推荐方案，低压侧选择合理的、与供电方选取的高压一致的供电方案。

（3）供电部门在后期介入供电设计时，应充分了解建设方使用需求，并了解各单体建筑低压侧供电方案，确保一致。

（4）后期使用过程中，建设方如需增加、减少用电负荷，应及时与相关设计单位进行协商，由专业人士进行合理处理。