住宅配电负荷计算探讨

文／李永明 舒城远大东城房地产有限公司 安徽六安 237000

引言：

随着国家城镇化的发展，大型住宅小区相继投入建设。为了这些项目顺利交付，其供电的安全可靠和经济适用是其重要条件。然而全国各地存在着经济水平差异、电网供电政策不同等情况，使得配电工程的建设出现了地域性特点，尤其各地的电网供电政策，对项目配电工程影响最大。笔者对上海地区、东北地区及安徽省部分市区的电网供电政策也有所了解。这些政策包括住宅配电负荷标准、负荷计算方法、住宅公共建筑配电要求及外线电源取电等规定。目前住宅配电负荷标准及其配电负荷计算方法大多参照国家标准（JGJ242-2011）《住宅建筑电气设计规范》，这是住宅小区配电工程设计的基础，本文就住宅配电负荷计算问题展开论述。

目前，住宅供电设计的负荷计算方法均采用需要系数法，具体公式：计算负荷Pjs=每户负荷标准p×户数n×需要系数Kx。

每户负荷标准p和需要系数Kx依据国家标准和地方规定取值。

不过与工厂配电设计的需要系数法不同，住宅配电的需要系数是随着住户数量增加而非线性减少，这就存在局限性，如户数恰好处于分界点，需要系数就不好准确选取，同时各级配电负荷的统计不能逐级汇总。

住宅配电采用需要系数法计算负荷时是按每户的配电负荷标准作为计算负荷进行计算的，即将每户负荷假想成一台连续工作制的设备额定功率进行计算的，这种假设虽然方便了计算，但与现实情况不符，因为住宅里的所有用电设备不可能在0.5h内全部满负荷运行的。

1、住宅配电负荷标准分析计算

（JGJ242-2011）《住宅建筑电气设计规范》规定的每户配电负荷标准见表1：

表1 每套住宅用电负荷和电能表的选择

各地供电部门也出台了住宅用电负荷标准，比如安徽省就出台了（DB34T1469-2021）《居住区供配电系统技术标准》，其对住户用电负荷标准规定见表2：

表2 住宅建筑用电指标

从上表可以看出，地方标准是高于国家标准，另外这些标准对面积的定义也不明确，即每户的建筑面积是包含了公摊面积的。针对以上标准，电气设计人员一般遵从地方供电规定进行设计。

以一套125m的住宅为例，说明一下用电设备配置，这种面积的房子一般有3个卧室、2个卫生间、1个客厅，1个厨房和1个餐厅，家用电器一般配有3个挂壁空调、1个柜式空调、1个电饭煲、1个电水壶、1个洗衣机、1个冰箱、2个电视机及照明等主要的基本型用电设备。这些设备运行时间及运行方式均不同，采用利用系数法计算一下125m住宅的配电计算负荷，由于利用系数法基本在工厂配电计算时采用，在住宅配电计算时无利用系数可查询，因此先进行实际测算，测算时间段为1h，家用电器在此时间段内运行时间分别为：空调器21min，电饭锅51min，电水壶12min，洗衣机12min，照明、电视、电表箱均按60min。以此测算数据可计算出各家用电器在1h内的利用系数。其配电计算负荷见表3：

表3 利用系数计算表

由此可见：每户的计算负荷为5.89kw，平均利用系数为0.44，最大系数为1.40，每平方米的计算负荷指标约为：5890/125=47w。

再从统计的电费分析一下每户的配电负荷，还是以上面的住宅为例，从安徽省某市供电公司查询电费，看到一般三居室的房子一个月的电费大约在300～500元，我们取最大值500元来分析，每度电价0.6元，那么每个月大约用电: 500/0.6=833°，每天用电：833/31=27°，经了解供电局用电负荷监控时间图，可知道一天内负荷高峰期一般出现两个时间段：中午10：00-12：00和晚上5:00-7：00，假设每天的用电量有80%均集中在高峰期的时间段内，则高峰期的每小时平均负荷为：27×0.80/4=5.4（kw）

对比以上的计算和分析，可以判断：125m住宅的配电计算负荷约为6KW，折算到每平方的指标约为50w。如果按地方的负荷标准10KW来计算125m的住宅配电负荷，计算结果肯定偏大。

2、住宅配电负荷计算方法探讨

（JGJ242-2011）《住宅建筑电气设计规范》明确的方法是需要系数法，需要系数见表4：

表4 住宅建筑用电负荷需要系数

安徽省出台的（DB34T1469-2021）《居住区供配电系统技术标准》，见表5：

表5 住宅建筑用电负荷需要系数

对比以上几个规定，安徽省供电部门规定的需要系数明显偏大。

安徽省六安市供电部门也出台了《2012年六安市区配网小区典型设计及验收技术规范》，其中规定了每户用电负荷标准及需要系数，同时还列出负荷计算模板，计算模板规定：不论住宅户数多少，需要系数全部取0.66。

从以上规范和规定可以看出，住宅配电负荷计算的需要系数均不同，国家标准更符合实际情况，但设计院均按地方供电部门的规定进行设计。

以下分别按国家规范、安徽省和六安市供电规定进行配电负荷计算，假定计算条件相同，即按一个小区有1000户住宅，每户住宅面积均是125m。具体见表6：

表6 三种依据计算配电负荷

从上表的计算结果来看，不同的规定，计算结果相差4.4倍，这很不合理。如果按照地方规定进行配电，势必造成供用电的矛盾，变压器也不能在经济负载率下运行，会造成损耗增加，同时也造成投资的巨大浪费。

要想尽可能准确计算住宅的配电负荷，就要先熟悉住宅用电设备的特点和规律。

特点1：住宅用电设备的多样性，每个住户根据自己的爱好和经济情况，会配置不同的用电设备，比如年轻人喜欢配置各种厨房炊具（洗碗机、电炸锅、电磁炉、切肉机），而老年人就喜欢配置电炖锅、微波炉等。但这些设备的配置，基本上是“多配少用”。如果不考虑家用集中空调和电采暖，那么每户的用电负荷基本是平稳的，再增加的幅度已经不大。

特点2：住宅用电设备智能化，比如电冰箱、空调机、电饭锅、电热水器等在达到设定温度后即转为低功率运行或断开电源，并表现为短时周期运行模式。

特点3：住宅用电设备运行不同时性，比如每户的电饭锅运行时，洗碗机、电热水器一般不会使用。同时一栋楼里的各住户因习惯和经济原因会在不同时间段开启空调和其他家用电器。

特点4：住宅用电设备分为基本性和扩展性，比如电视机、电饭锅、电冰箱、空调、电水壶、洗衣机、照明灯具等属于基本性用电设备，这些设备是保证住宅的基本使用功能的，其他属于扩展性用电设备。

针对以上特点，我摸索总结了一种算法，论文中暂称为非同步使用系数法。该算法是基于工厂配电计算的利用系数法原理，结合住宅用电的非同步性而构建的。对住宅配电负荷计算的思路和算法：根据基本用电设备和扩展用电设备的运行特点，只要对一个时间段（1h内）运行的基本性用电设备进行负荷计算，然后对扩展性用电设备的负荷进行补充添加及修正。如此，计算出一户的平均计算负荷，然后汇总求和再修正，就能得出一栋楼的配电计算负荷，各楼负荷再次汇总，再乘以非同步系数，就能计算出小区的住宅配电负荷了。

第1步，计算每户的配电计算负荷：具体见公式（1）

式中，P为住宅户内电气设备的额定功率汇总，这些电气设备一般包括空调、电饭锅、电水壶、洗衣机、冰箱、照明灯等基本用电设备。若有家用中央空调或电采暖系统，也要作为基本用电设备。

K为平均使用系数，根据表3典型户型的测算数据，一般计算时取0.45。

K为最大系数，根据表3典型户型的测算数据，一般计算时取1.5。

第2步，计算每个配电支路的配电负荷，具体见公式（2）：

式中，∑Pjs＂为配电支路所带住宅的计算负荷汇总。

Pjs 为配电支路计算负荷。

FTB1为支路非同步使用系数,根据表3典型户型的测算数据，一般计算时取0.9。

K为修正系数，根据住宅扩展性用电设备的多少确定，根据表3典型户型的测算数据，一般计算时取1.05。

第3步，计算变电站的配电负荷，具体见公式（3）：

式中，∑Pjs为配电支路计算负荷汇总。

Pjs！为住宅配电总计算负荷。

K！为变电站非同步使用系数。

由于住宅配电不同于工厂配电，在工厂里，各车间为了生产产品，基本上在工作时间内，设备都在运行，是同步运行的，其配电计算的变电站同时系数一般在0.85～0.95区间内取值，而住宅配电运行却不同，由于每个住户的用电习惯、经济情况均不同，使得用电时间不同步，进而影响配电负荷的累积。另外还有部分住宅的业主因出差旅游而使得房屋空置，基本上不增加任何配电负荷的累积。在对住宅负荷计算时，变电站非同步使用系数K一般在0.55～0.75区间内取值。

如图1所示，分别用国家规范的需要系数法和本文的非同步使用系数法来计算配电负荷。

图1 配电系统的简化示意图

（1）非同步使用系数法计算如下：

Pjs1=9×10×0.45×1.5×0.9×1.05=57.4（KW）

Pjs2=9×8×0.45×1.5×0.9×1.05=45.93（KW）

Pjs3=9×6×0.45×1.5×0.9×1.05=34.44（KW）

Pjs=57.4+45.93+34.44=137.77（KW）

（2）需要系数法计算如下：

Pjs1=9×10×0.95=85.5（KW）

Pjs2=9×8×0.95=68.4（KW）

Pjs3=9×6×0.95=51.3（KW）

Pjs=(9×10+9×8+9×6)×0.6=129.6（KW）

从需要系数法的计算结果来看，Pjs≠Pjs1+ Pjs2+ Pjs3 ，即需要系数法不能逐级计算负荷，显然，这是不符合电路原理的。

对比以上2种算法的结果，按非同步使用系数法计算的配电负荷稍大，但避免了需要系数法的局限，虽然计算结果偏大一点，这点误差是可以接受的，因增大的负荷是可以作为备用负荷的。

对于表6的用电负荷情况，采用非同步使用系数法计算如下：

配电计算负荷

Pjs=1000×6×0.45×1.5×0.9×0.7= 2551.5 （KW）

该结果比按国家规范计算的结果1800KW多了41%，但明显低于地方规定的计算结果，多出的计算负荷可以作为预留容量，以满足住宅用电设备不断增加的需要，还是有一定的实用价值，同时增加的投资也不多。

3、住宅配电负荷计算方法创新的目的

论文的写作并不是推翻和否定需要系数法在配电设计中的应用，只是从另外的角度探寻计算方法。尤其在民用配电设计领域，基本上都是需要系数法计算，有必要另辟蹊径，探寻其他计算方法，来指导配电工程建设。需要系数法有其局限性，而且不符合电路原理。为此，可以先研究典型住宅用电设备的运行规律，利用典型的研究结果和已经成熟的统计理论及负荷计算方法，去归纳总结住宅配电负荷变化规律，即由典型个体到广泛全局，这才率先提出了非同步使用系数法计算住宅配电负荷，这是论文的出发点和目的。

结语：

作为配电设计的工程师，要灵活地掌握规范要求，同时要考虑实际情况，合理而准确地计算配电负荷，并留有一定的备用功率，这是选择配电设备前提条件，也是保证配电设备安全运行的基础。要做到这一点，必须理论和实践相结合，规范和实践也要相结合，同时要深入研究各种电气设备的运行规律。只有这样，才能设计出好的配电系统。