大型用电设备的供配电设计方案优选分析

摘要：本文介绍大型用电设备的供配电设计，对大型设备的开关整定和计入变压器的负荷计算进行探讨，并结合项目运行的实际情况进行分析，合理选择和确定变压器的容量。

关键词：大型用电设备；制冷机组；需要系数；功率因数；变压器容量

中图分类号：U224文献标识码： A 文章编号：

一、引言

随着建筑行业的不断发展，大型建筑及城市综合体不断涌现，大容量的用电设备不断使用。根据《民用建筑电气设计规范》JGJ16–2008第3.4.2条，当用电设备总容量在250kW及以上或变压器容量在160kVA及以上时，宜以10(6)kV供电；当用电设备总容量在250kW以下或变压器容量在160kVA以下时，可由低压供电。由于供电条件、使用习惯、运营维护的条件要求、市场因素、设备自身情况等因素的影响，民用建筑中依然有一定的大容量设备（超过250kW，主要以制冷机组为主）采用0.38kV供电。

由于设备容量较大，对变压器容量的选取影响较大，正确合理的选择变压器容量，可以使电气设计更加安全可靠、经济合理、节能环保。

二、含大容量设备的变压器容量选取

变压器的容量的确定需要经过负荷计算，负荷计算方法有很多，一般采用以下3种方法：

1）单位面积功率法和单位指标法；

一般多在可行性研究阶段和方案阶段采用，主要是针对规划功能已初步确定或建筑主体功能形式已确定，但内部具体划分未明确的情况。

2）需要系数法；

用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。目前工程项目多采用需要系数法，计算比较简便，尤其是变电所和配电所的设计。

3）利用系数法；

采用利用系数求出用电设备组在最大负荷班内的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷，这种计算方法是以概率论和数理统计为基础，计算结果与实际情况比较接近。但由于计算较繁琐，使用不很普遍，在工业设计中还有采用。

民用建筑中，容量较大的负荷主要是冷水机组，由于采用高压机组在多方面有一定局制性，因此低压机组仍大量使用，有些甚至用到1200冷吨，输入功率接近750kW，这给变压器的选择带来了一定的难度，采用需要系数法进行负荷计算，

:视在功率，单位kVA

:有功功率，单位kW

:无功功率，单位kvar

：用电设备功率因数角相对应的正切值。

：用电设备额定电压（线电压）kV

：计算电流A。

其中需要系数和功率因数的选取，对负荷计算的起着重要的作用。

功率因数和需要系数的选取：在《工业与民用配电设计手册》第三版表1-2民用建筑用电设备的、及表中，冷冻机的需要系数为0.85~0.90，功率因数为0.8；表1-3旅游宾馆用电设备的、及表中冷水机组的需要系数为0.65~0.75，功率因数为0.8；同时对于台数较少（4台及以下）的用电设备又补充说明，3台及2台用电设备的计算负荷，取各设备的功率之和，4台用电设备的计算负荷，取设备计算之和乘以0.9的系数。

在《民用建筑电气设计手册》第二版表2.5.3-1各类设备负荷需要系数及功率因数表中，冷冻机房（1~3台）的为1~3台需要系数为0.9~0.7，功率因数为0.8~0.85；大于3台时需要系数为0.7~0.6，为0.8~0.85。

在《全国民用建筑工程设计技术措施-电气》表2.7.7需要系数及功率因数表中，冷冻机（1~3台）的为1~3台需要系数为0.9~0.7，功率因数为0.8~0.85；大于3台时需要系数为0.7~0.6，为0.8~0.85。并在注1中说明一般电力设备为3台及以下时，需要系数宜取为1。

结合上述设计手册及技术措施的相关参数，空调冷水机组的功率因数基本上均选为0.8，且3台以上的设备需要系数的选取基本上都能满足要求，3台以下时，需要系数的选取不同，对变压器的容量影响就比较大。

这些设备在计算单独设备的开关整定时，可先根据上面所述的负荷计算公式进行计算，并应采用产品样本中额定电流和启动电流进行整定和校验，在实际校核中，功率因数选择0.8的情况下，乘以0.9的需要系数，通常与产品样本的额定电流接近。在计入变压器容量时，因为制冷机组和水泵等在计算轴功率时考虑了安全系数，空调专业设计中计算的空调负荷又是最热月的峰值负荷，按计算值选取设备时又选取相近而又偏大的电动机容量，所以即使在设备满负荷运行时，设备的负载率也不会超过75%，如果按照设计手册的要求，不需选择需要系数（也就是需要系数实际为1），实际选择的变压器容量会有较大的余量。因此在计算变压器容量时，不论台数的多少，均可直接乘以需要系数，空调的峰值负荷仅在最热月阶段部分时间的一定时段内出现，其余时间内均不能达到峰值负荷，季节过渡期空调负荷甚至会很低，而变压器具有一定的过载能力，短时间的过载是能满足要求的。实际证明该运行方式是可行的。选择小一些容量的变压器，可以降低初投资，减少运营成本，同时更节能环保，更符合节约社会的需求。

三、工程实例

案例1：如某企业办公楼，制冷机组的配置采用两台870冷吨和两台550冷吨两大两小设计，并配置对应的冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔。设计采用两台1600kVA的变压器带空调负荷，其中一台（6#）变压器仅带两台870冷吨（单台用电容量为558kW，运行电流约为1060A）制冷机组，总的安装容量1116kW，计算容量1005kW，计算电流1575A，另一台（5#）变压器带两台550冷吨（单台用电容量为349kW，运行电流约为663A）的制冷机组，以及所有的冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔，总的安装容量1289kW，计算容量1101kW，计算电流1745A。目前本建筑已全部使用，由于办公位置不够，部分员工迁至附近建筑办公，因此设备处于满负荷运转。实际运行中最热月的变压器运行电流的记录分别为5#变压器的最大电流值为1073A，6#变压器的最大运行电流为889A。结合上述的计算结果和实际运行情况，说明制冷设备机组有一定的安全系数，需要系数的选取可以选择低值，在与空调专业人员充分讨论和沟通后，可根据设计人员的实际设计的安全系数做相应的调整。

案例2：某大型商业，制冷机组的配置为5台1000冷吨和1台400冷吨，一台（3#）变压器带3台1000冷吨（单台用电容量为647kW，运行电流约为1228A），以及对应的冷冻水泵、冷却水泵和全部冷却塔，总安装容量2210.5kW，计算容量1547.4kW，计算电流2612.2A。另一台（4#）变压器带2台1000冷吨（单台用电容量为647kW，运行电流约为1228A）+1台400冷吨（单台用电容量为254kW，运行电流约为415A），以及对应的冷冻水泵和冷却水泵。总安装容量2298kW，计算容量1610.7kW，计算电流2719.1A。两台变压器所带主要负荷均为制冷机组，约占总负荷的90%，因此在负荷计算中其他小容量负荷不简单从数量计入总用电设备数量。项目竣工正式运营一年后进行回访，由于业主内部管理数据不对外开放，与负责运营的人员就3#、4#变压器的运营情况进行了解，由于设计初期，变电所内部仅设计了通风，未设计空调，因此在最热月，变压器发热量较高，温度较高，业主单独设置了风扇对变压器进行强制通风降温，同时业主又对变电所进行改造，增加了空调，进而解决了这两台变压器温度过高的问题。

四、结束语

通过对上述两个项目的实际运行情况结果进行研究，3台以下空调设备的需要系数在选择变压器进行负荷计算中选用较低的需要系数是可行的。同时在实际选取变压器容量时，需要充分与空调专业进行沟通，考虑空调专业对整个项目空调用量的比例，在综合比较项目的性质，综合考虑需要系数的选择。

参考文献：

[1]中国航空工业规划设计研究院.第三版.工业与民用配电设计手册［S］.北京：中国电力出版社，2005

[2]湖南省建筑电气情报网.第二版.民用建筑电气设计手册［S］.北京：中国建筑工业出版社，1999

[3]中国建筑东北设计研究院.JGJ16-2008民用建筑电气设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2008

[4]陈元丽.现代建筑电气设计使用指南[A].北京：中国水利水电出版社，2007