住宅小区供配电设计问题及对策

黄坚福

（福建亿兴电力设计院，福建 泉州 362000）

住宅小区是人们生活和居住的重要场所，为满足人们日益增长的居住需求，我国陆续开启棚户区改造项目和老旧小区改造项目。同时，由于小区内各种电器的大量使用（例如空调、家用电器、电梯等各种大功率电器），对供配电设计提出了更高的要求。在设计过程中，设计单位的布局不仅要科学合理，还需要选择符合规范的供配电设备，严格按照相关部门的要求配备合理的线路和辅助设备，避免在用电过程中出现跳闸、停电等故障，为小区居民提供可靠安全的用电保障。

1 项目概况

该工程为南益清源春晓小区配电工程项目，位于万安街道塘西段西侧，项目总用地面积67752m2，共16 栋住宅，1 栋商务办公楼，1 栋住宅管理中心及相关配套幼儿园，其中1#楼27 层、2#楼31 层、3～9#楼46 层，10～18#楼6层，项目共两期，供配电设计内容为所有住宅、地下车库和社区配套建筑，设计有4 座变配电室（见图1）。

图1 变配电室位置（变配电室3）

根据小区用户的用电需求进行一户一表负荷测算，拟配置配变容量12000kVA，专变部分拟配置400kVA，总容量12400kVA。根据《10kV 及以下电力用户业扩工程技术规范》DB35/1036—2016 以及《福建省电动汽车充电基础设施建设技术规范》DBJ 13—278—2017、J 14078—2017相关规定进行负荷预算，其中一类住宅按4kW/套，二类住宅按6kW/套，三类住宅按8kW/套，四类住宅建筑面积140m2以上的，每增加40m2增配4kW。

2 住宅小区负荷计算及分级设计分析

2.1 小区负荷计算分析

根据现行民用建筑电气设计标准及相关政策规范，在设计一类住宅高层建筑的用电负荷时，应该对当地经济情况、居民消费水平及习惯等进行详细调查，严格遵循一级标准，精心计算供配电负荷，使设计满足住宅小区居民用电需求，并为后续增容留有余量[1]。不同设备的负荷等级要求需要遵循以下原则：1）一级负荷包括消防用电设备，如火灾自动灭火系统、水泵风机、防火卷帘等，设计规范明确，消防水泵房、控制室及消防电梯等供电，必须设计在最末级配电箱，以确保消防供电可靠性；2）设计小区应急照明系统、公共照明系统等应采用分层供电的方式；3）新规中住宅小区生活用水、供暖锅炉房、换热站等供配电负荷设计不低于二级，在旧规中则遵循三级负荷设计标准[2]。

该住宅小区供配电设计需要同时满足建筑标准、电气设计标准、小区用电需求及住宅小区类型等的要求，对该项目中居住住宅的用电负荷进行以下配置，如表1 所示。

表1 住宅项目用电负荷配置表

该项目在确定客户用电负荷后，再对小区的总负荷需求进行计算， 一期总共有620 户60m2～120m2户型，96 户220m2户型；二期总共有780 户60m2～120m2户型，108 户220m2户型，两期共计住户1604 户，另有商业用户82 户，汽车车位1619 个（根据测给报告），按照户数1604 户，将配置系数设定为0.4。以此为依据，在计算负荷时，将用电量精确至每栋建筑、每个单元楼，并考虑户型、套数等参数，最终计算出该小区住户用电总负荷为8850.5kW。值得注意的是，在计算配变容量时，必须明确配电需用系数、单台配变所供电区域[3]，见表2。

表2 配备安装容量配置系数表

根据相关设计规范可设定负载率为85%，结合公式（1）计算总容量。

式中：Q—每户用电总和；kx—配置系数；M—负载率；cosΦ—功率因数。

根据计算结果，项目设计时设置的4 座配电室与理论计算值吻合，但在实际运行中，已经超过了66W/m2的负荷标准，与设计标准存在偏差，也没有考虑住宅小区供配电特征，即过于集中化、季节化、存在单一线路模式等，尤其没有考虑夏季及夜晚用电高峰这一特征。因此，在确定住宅小区设计方案时，要在保证供电安全、稳定、节能的基础上，参考小区实际用电需求，如除了用电高峰期外，多数时间处于低负载运行状态，选择更加经济、合理的设计方案，尽可能减少设备运行损耗，延长设备使用寿命，降低投资成本。

2.2 住宅小区供电回路设计

根据现行建筑电气设计标准，住宅小区在进行供配电设计时，需要设计多个一级负荷，且采用双重电源供电模式，当其中一个电源出现故障或者需要检修时，另一路电源可保持正常供电。而在设计供电电压时，须按照相关原则选择对应变压器和电源进线，当变压器功率≤50kVA时， 应选用适用于220/380V 交流电的电源进线；当变压器功率大于50kVA 时，应选用适用于10kV 电压等级的电源进线。

该工程属于大型住宅小区，在进行供电回路设计时，须考虑目前日益增多的住宅人数、家用电器及大功率电器等因素导致的用电荷量跨越式增长情况以及供电、跳闸、短路等故障问题。因此，在选择电源进线时一般选择10kV的电源进线，可选择的供电方案主要有以下几种：1）设计两个10kV 电源进线互为备用，被称为双回路；2）另一个双回路是将10kV 电源进线设计为一个主供电所用，一个作为备用回路；3）单回路，以一组10kV 电源进线为主，并将柴油发电机组作为备用电源进行供电。分析考量这3个设计方案可知，10kV 电源进线双回路设计，需要从两个不同变电站将电源引出，但这种情况下，主网电压设计将和地区电力网呈现为并网状态，若想获得两个独立电源，将面临较大的挑战。

为确保工程保质保量完成，且不会产生较大投资成本，重新思考设计电源进线和供电方式。如果选用YJV22-8.7/15kV 型号电缆用于双回路10kV 电源进线，就会不可避免地增加电缆施工安装费用，增加供电项目建设投资。因此，可以对回路设计进行优化，除特殊供电区域外，针对装机容量大于10000kV 的电源进线，设计双回路的10kV电源进线方式，一般情况下选择单回路，将10kV 电源与柴油发电机组作为备用电源是目前住宅小区供配电设计的首选方案，而该项目的总配变容量达12000 kVA，因此可选用回路的供电方式，按两路电源双环网四进线设计。

2.3 配变电所位置选择

低压配电系统中低压的供电半径一般设置为250m 以内，在选择配、变电所的位置时，应尽量接近负荷的中心位置，以减少线路运行所带来的损耗，因此须根据建筑群体的整体布局，合理选择配、变电所的位置[4]。

按照建筑电气设计规范要求，配电站房的设置应符合政府管理部门相关规定，供配电设施设计和选址要兼具降噪、消防、安全等功能。从变压器室选址看，须与居民住宅保持一定距离，至少隔一层高，严禁将其设计在居民住宅正下方。还要使用各种隔音、降噪材料和工艺，确保变压器室满足环保标准对噪声的要求，独立建筑最佳，也可结合主体建筑建设，原则上设在地面一层及以上位置。从配电站房选址看，要避免将其建设在与卫生间、浴室或其他经常积水场所相邻位置，或者正下方，还要避开排水管道及消防管道。住宅小区的配变电房和发电机房也不得单独建在地下[5]。

在设计公用配电装置的其他设备时，可采用独立门户设计模式，无法实现独立门户设计的用防火墙进行隔离，还要做好防水、排水、防潮等施工措施，保障设备运行安全，避免因外界因素影响出现故障及供电不稳情况。设计人员还需考虑后续施工和检修施工便利与否，设置相应的消防和应急抢修通道，配电房梁下净高宜不少于3.9m。以该住宅项目设计为例，2#楼1 层为架空层，参考该栋楼地下室建筑结构将1 号配变电所设置在地下1 层位置，将2号设置配变电所在此处，使其线路与需要供电的楼栋最终距离不超过150m，达到优化低压线路敷设、保证供电质量的目的。2 号配变电所设置在7#楼地下1 层位置，采用二进四出设计。设计时应充分考虑施工、送电、抢修维护、转电时的便利性，杜绝倒送电问题的出现。此外，针对住宅小区临街商铺和地下停车场，综合考虑设备用房、车位及商铺等因素，科学计算用电负荷、选定配电所位置，若与负荷中心存在一定距离，还需将线损和加降等因素加入设计考量，选择适宜低压供电电缆规格。

3 变压器的选择原则与容量设计

3.1 选择原则

变压器是配、变电所内重要一次电气设备，起到控制电力系统电压、保障电能输送安全与输送质量的作用。因此，在选择变压器时，须根据小区用户的全部用电负荷情况选择合适的变压器型号，并根据住宅小区的用电负荷情况合理设置变压器的数量与容量，避免变压器数量多、容量大时出现资源浪费的问题。随着小区发展电能需求增加，变压器处于高负荷和超载状态，该措施可以保障供电安全。

为确保该住宅小区电力运行安全稳定，避免变压器选配不合理导致的很多问题，需要结合项目实际情况，在遵循相关标准和选用原则的基础上，尽可能选择新型、节能、科技的变压器类型，便于后期检修，满足节能需求，保证供电质量。例如在现阶段的市场供应中，变压器主要有封闭型以及干式两种，其中，在恶劣的使用环境中宜选用具有防腐、防尘效果的封闭型变压器，而针对医院、学校等特殊场所，因其对保供电要求相对较高，宜选用干式电力变压器。

3.2 主变压器容量选择

在选择主变压器时，充分考虑该住宅小区一级和二级用电负荷多、集中用电负荷大的情况，参考8850.5kW 总负荷、供配电建筑和设备选址、供电回路设计等因素，设计相应数量的变压器。该项目配电电气设施设置15 台800kVA总容量达12000kVA 的变压器，以满足项目设计的要求，同时按照相关要求，对变电所主接线方案进行优化，设计多个备用方案，结合项目的实际情况来选择具体方案。

4 供电方案设计

4.1 供电方案的设计

该项目供电电压设计为10kV，频率为50Hz，相数为三相，双回路电源供电方案。其中，第一路电源将220kV城东变的923 阳江线1#环网柜至2#环网柜间的电缆开断设为该项目1#开关站I 段母线和2#开关站I 母线供电。第二路电源220kV 城东变915 东宅线16#杆引接电缆至新建1#配变电所1#开关站II 段母线，并从1#开关站II 段母线引接电缆至新建2#开关站II 段母线，2#开关站II 段母线引接电缆到220kV 城东变I 段915 东宅线19#杆，将220kV 城东变I 段915 东宅线16#杆至19 杆架空线开断。

为了保证线路的稳定运行，在设计继电保护系统时，要确保继电保护和自动装置的设置符合GB/50062、GB/14285 及DB35/T1036-2016 等相关国家、行业的技术规范和标准，10kV 进线柜须装设速断、过电流保护，变压器的主保护和后备保护分别采用电流速断保护和过电流保护，同时装设非电量保护。10kV 进线开关处装设备自投装置，投切时间应满足负荷允许停电时间的要求，具体投切时间由保护定值人员提供，两台进线柜中断路器进行电气闭锁，10kV 断路器宜采用数字型继电保护装置，确保高低压开关设备在投运后“故障不自复”。

4.2 电缆选型及设计要求

根据DB/T1036-2016 对电缆、桥架、竖井的相关规定，该项目采用阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电力电缆、电线或采用无卤电力电缆、电线；消防设备供电及控制线路选择应符合相关规定；地下室水平敷设电缆时应使用防火阻燃型电缆桥架，且电缆总面积与桥架横断面面积之比应小于49%，桥架离地面的高度通道处应不低于2.5m。此外，公共和用房配电站房的电缆通道应进行区分，并进行明确标示。竖井净深应不小于60mm，设备箱前应保留800mm 距离，以确保箱门能在不小于90°的范围内自由开启关闭[6]。

5 结语

总之，在对住宅小区进行供配电设计时，应当对项目进行全面深入的调研，并充分了解当地供电部门的技术要求以及周边区域用电情况，并重视供配电设计中普遍存在的问题，科学合理地设置电力设备，选择适宜低压断路器，科学设计供配电线路，确保设计的供配电方案合理有效。