夏热冬暖地区高校建筑用电负荷特点分析

引言

某高校位于夏热冬暖地区,学校近年来不断扩大招生规模,为满足学生的住宿、实训等需求,需建设一批新项目,并扩建供配电系统。

为了使扩建的电力系统既能满足使用要求,又不造成浪费,电力增容适量,对现有的建筑用电情况、变压器配置、负载率等进行了相应的研究。

1用电情况与气温的相关性

某高校从化校区建筑分为A、B、C、D四个区,A区主要为教学实训楼、图书馆、办公楼:B区主要为学生宿舍、食堂、体育馆:C区为教工宿舍楼:D区为未建区域,主要有学生宿舍、综合实训楼、学生活动中心。已建成建筑共计273565.5m2,报装容量9490kVA,在教学楼设专用开关房(总高压室),教学楼专用开关房连接至各专变房或综合房:行政办公楼综合房(1/800kVA)、教学楼专用综合房(1×800kVA)、图书馆专变房(1×630＋1×500kVA)、系楼综合房(1×1000kVA)、实训楼专变房(1×1000kVA)、教工宿舍专变房(1×630＋1×630kVA)、学生宿舍专变房(1×1250＋1×1250＋1×1000kVA):设有高压计量母表1套(CT变比为750/5、0.2s,PT变比为10kV/100V、0.2),综合倍率15000。供电情况如表1所示,总用电量如表2所示。

从化校区2018、2019年各月份用电情况如图1所示。

从表中可以看出,2018、2019年在每年2月、8月的学生假期,学校用电量明显减少。5月和6月对比3月和4月、9月和10月对比11月和12月,用电量明显较高,说明在5、6、9、10这四个月空调使用率高,空调用电占总用电量比值较大,用电量与气温相关。新建校园建筑计算负荷时,要充分考虑空调负荷。

2变压器负载率情况

2018、2019年每天用电情况如图2、图3所示,每年6月、9月的某些天用电达到高峰。2018年,单日用电峰值有6月20日50400kW·h、9月20日50100kW·h:2019年,单日用电峰值有6月20日55350kW·h、9月17日57000kw·h。另外,从单日用电量也可以看出,寒暑假时用电特别少。

为研究变压器的负载情况,选取2019年3、6、9、12这四个月用电量最大的一天数据进行分析,每小时读取一次数据,00:00至24:00每小时用电量情况如图4所示(倍率1500)。

研究6月20日、9月17日用电情况,每15min读取一次数据,如图5所示(倍率15000)。

9月17日12:30一13:30达用电高峰,每15min用电900kw·h。根据总高压室数据,正向有功总3600kw·h,正向无功总450kvar·h:视在功率3628kVA:总供电容量为9490kVA。

计算变压器的负载率情况:

式中:s为负荷容量(kVA):se为变压器额定容量(kVA):8为负荷率。

代入数据,可得各变压器平均负载率最大值为38.23%,负载率低。

3低负载率原因分析

3.1参数取值偏大

高校建筑用电负荷指标参考《民用建筑电气设计标准》(GB51348一2019),但目前仍存在以下问题:

(1)指标范围较大,设计参考模糊[1],如高等院校的变压器容量指标在30~60VA/m2:

(2)未区分不同类型建筑(如教学楼、实验楼、宿舍、食堂等)的负荷指标。

《教育建筑电气设计规范》(JGJ310一2013)给出了不设空调的教育建筑的单位面积用电指标,但也是一个范围较大的指标,需要系数凭经验取值。在实际设计时,系数取值往往偏大,以某建筑为例,该建筑的用电负荷情况如表3所示,年电耗估算情况如表4所示,计算视在功率767.8kVA,配置一台1000kVA的变压器。

读取该建筑用电数据如图6所示。

据统计,实训楼在设计阶段估算的年用电量为124.56万kw)h,而实际用电2018年为42.67万kw)h,是估算值的34.26%:2019年用电为52.1万kw)h,为估算值的41.83%。

为合理计算高校建筑负荷,应注意以下几点:

(1)间歇性短时工作制的用电设备功率可以换算为以25%容量持续运行的用电设备功率:

(2)以非消防用电设备需求选择变压器容量时,应将消防负荷中平时使用的部分考虑在内:

(3)变压器在为不同性质建筑供电时,应基于负荷的错峰使用,仔细计算分时负荷状态,结合照明负荷、空调负荷的分项需要系数等,最大限度考量需要系数的合理性。

根据文献[2]的研究结论,选择变压器容量时,变压器的视在功率大于所带全部负荷的计算负荷视在功率即可,称之为"计算负荷峰值选择法"。

式中:sB为变压器容量(kVA):szjs为准确计算负荷(kw)。

3.2供电配置不合理

以学生宿舍为例,学生宿舍配置1台1000kVA、2台1250kVA变压器,如表5所示。

3号专变仅负载912台1.5匹空调,空调一般在5月一10月使用,其他月份3号专变空载,1号变压器负载较大,1号和3号变压器的负载配置不合理。

4结论和建议

在设计高校供配电系统时,《教育建筑电气设计规范》仅做参考,计算空调负荷要充分考虑气候特点,办公楼、教学楼、学生宿舍、实训楼等负荷的计算,要充分考察相同类型、相同功能建筑的用电情况,使负荷密度、需要系数的取值更加合理。