老舊校園供配電規(guī)劃建設(shè)問(wèn)題與對(duì)策
——以北師大海淀校園為例

廖春成，劉宏進(jìn)

(北京師范大學(xué)總務(wù)，北京 100875)

1 引言

2017年9月，教育部、財(cái)政部、國(guó)家發(fā)展改革委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于公布世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)高校及建設(shè)學(xué)科名單的通知》，世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)高校及建設(shè)學(xué)科名單正式確認(rèn)公布[1]。北京師范大學(xué)成為首批雙一流建設(shè)高校之一，其前身于1902年創(chuàng)立，現(xiàn)約有師生3萬(wàn)人，校園占地總面積1191畝(海淀校園、西城校園、昌平校園G區(qū))。其中海淀校園占地800畝。

2 歷史背景

北師大海淀校園分3個(gè)時(shí)期建設(shè)：1950～1978年磚混結(jié)構(gòu)建筑時(shí)期；1979～1999年框架結(jié)構(gòu)時(shí)期；2000～2019年框架及剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)期。

不同時(shí)期，建設(shè)材料、技術(shù)、工藝大有不同。就北師大海淀校園供配電而言，以前室內(nèi)、外線路用材以鋁制為主，開(kāi)關(guān)以刀熔開(kāi)關(guān)為主,現(xiàn)在以銅制和斷路器為主。敷設(shè)方式以前以架空、直埋、沿墻為主，現(xiàn)在以穿管直埋、溝、隧道、橋架、豎井為主。接線方式以前以鏈?zhǔn)健?shù)干式為主，現(xiàn)在以放射式、樹(shù)干式為主。

因材料、技術(shù)、工藝差異并存，使得北師大海淀校園地下、地上基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備及系統(tǒng)錯(cuò)綜復(fù)雜[2]。比如：銅鋁混接；管網(wǎng)位于建筑之下；水電暖管線平行、交叉；強(qiáng)弱電線路同穿一管等。作為建筑的配套設(shè)施，隨著校區(qū)建筑面積和設(shè)備的不斷增加，校內(nèi)電力增容也在不斷，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，近15年增容就達(dá)到了3萬(wàn)kVA(表1)。

表1 北師大海淀校園歷年供配電數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

3 現(xiàn)狀分析

3.1 10kV進(jìn)線電源

北師大海淀校園市供10kV電源由5路直供獨(dú)立電源組成。其中4路由北太平莊變電站10kV高壓電源引至電子樓開(kāi)閉站(2路供10kV總務(wù)主配電室，2路供10kV京師大廈主配電室)，1路由大鐘寺變電站10kV高壓電源引至北門(mén)外架空線(供生物園箱變)。

3.2 主配及變電所

學(xué)校現(xiàn)有總務(wù)樓、京師大廈兩座一級(jí)10kV主配電室。其分別建于1955年、2008年。兩主配電室供電容量及下轄變電所、變壓器和年耗電能等情況如表2所示。

表2 一級(jí)主配供電數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

3.3 配電系統(tǒng)

3.3.1 10 kV配電系統(tǒng)

校園10 kV接線方式以雙回路放射式為主[3,4]。這種方式通過(guò)母線聯(lián)絡(luò)互連，電源處向用電點(diǎn)進(jìn)行放射，每一電源點(diǎn)可以接兩個(gè)以上的用電點(diǎn)當(dāng)引出線。優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)一回路斷開(kāi)時(shí)，另一回路能滿(mǎn)足兩個(gè)回路所有一、二級(jí)負(fù)荷用電。一路故障時(shí)，對(duì)其余出線互不影響，供配電可靠性高，能對(duì)高壓出線精準(zhǔn)測(cè)量、精準(zhǔn)控制。

少量以鏈?zhǔn)浇泳€方式存在，這種方式電源處引入電源線，在相鄰的用電點(diǎn)的進(jìn)線開(kāi)關(guān)上端并接供電。優(yōu)點(diǎn)是用材少，占有地下管路少。缺點(diǎn)是供電可靠性低。目前校園內(nèi)有4路，即西區(qū)箱變2路、化學(xué)樓箱變1路、教育報(bào)刊社1路。

3.3.2 0.4 kV配電系統(tǒng)

校園0.4 kV接線方式以雙回路放射式為主[3,4]。這種方式兩變壓器低壓出線通過(guò)聯(lián)絡(luò)母線互連。其優(yōu)點(diǎn)：一臺(tái)變壓器斷開(kāi)時(shí)，另一臺(tái)能滿(mǎn)足所有一、二級(jí)負(fù)荷用電；當(dāng)引出線故障時(shí)，對(duì)其余出線互不影響，供配電可靠性高，能對(duì)低壓出線精準(zhǔn)測(cè)量、精準(zhǔn)控制。

樓內(nèi)各樓層以樹(shù)干式為主，這種方式由電源引出干線，同時(shí)向若干個(gè)用電點(diǎn)供電。其優(yōu)點(diǎn)是：用材少，成本低。

3.3.3 變壓器負(fù)荷率

學(xué)校現(xiàn)有運(yùn)行變壓器51臺(tái)，長(zhǎng)期負(fù)荷率不大于85%[3,4]，由于受負(fù)荷性質(zhì)和用電時(shí)峰特點(diǎn)影響，部分變壓器負(fù)荷率存在偏低現(xiàn)象。

4 問(wèn)題歸納

老舊校園由于歷史緣故，學(xué)校樓宇建設(shè)缺少總體統(tǒng)一規(guī)劃，導(dǎo)致樓宇建設(shè)反復(fù)無(wú)常，供配電作為建筑的配套設(shè)計(jì)，無(wú)法預(yù)測(cè)需用容量。由于建設(shè)年代不同，時(shí)間跨度大，施工工藝，設(shè)備材料，技術(shù)方案均有差異，局部、整體系統(tǒng)形成不同程度的弊端。

(1)兩主配由于先后建設(shè)年代跨度大，使得總務(wù)樓主配、京師大廈主配容量不均(差15620kVA)，直接導(dǎo)致總務(wù)樓主配所轄區(qū)域無(wú)法擴(kuò)容增加負(fù)荷，而京師大廈主配可擴(kuò)容量富裕。

(2)建立10kV區(qū)域配電站,有違高壓配電二級(jí)原則[5]，降低系統(tǒng)可靠性。然而受兩主配、地下管網(wǎng)復(fù)雜空間限制，又不得不采用區(qū)域發(fā)展方式來(lái)緩解。唯有采取低壓聯(lián)絡(luò)辦法來(lái)解決矛盾。

(3)仍然在使用不節(jié)能、不先進(jìn)的淘汰設(shè)備[6～9]。

(4)依然有老化嚴(yán)重的線路，嚴(yán)重影響人身、設(shè)備安全[6～9]。

(5)設(shè)施設(shè)備信息化水平落后，無(wú)法提供科學(xué)的、最新的數(shù)據(jù)，搶修、施工時(shí)，無(wú)法做出精準(zhǔn)分析、研判[6～9]。

(6)地下管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，年久失修，污水橫流，環(huán)境極其惡劣，使得電纜、金屬管道等設(shè)施腐蝕嚴(yán)重，隨時(shí)面臨跑冒滴漏、短路斷電等事故發(fā)生[10]。

5 規(guī)劃與建設(shè)

遵循供配電系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)原則。一定在保證人身安全，考慮供電可靠的前提下，兼顧經(jīng)濟(jì)技術(shù)先進(jìn)合理；根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)、用電容量、供電條件，統(tǒng)籌兼顧系統(tǒng)確定方案；根據(jù)用電規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，做到近遠(yuǎn)期結(jié)合，既要滿(mǎn)足近期使用要求的同時(shí)，又要兼顧未來(lái)發(fā)展的需要。

5.1 區(qū)域劃分及規(guī)劃。

根據(jù)現(xiàn)有樓宇用電性質(zhì)、時(shí)峰特點(diǎn)以及未來(lái)發(fā)展，將全校供電區(qū)域劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4個(gè)區(qū)域，如圖1所示。

圖1 北師大電力分區(qū)規(guī)劃

(1)Ⅰ區(qū)以京師大廈主配為一級(jí)站，在前主樓新建二級(jí)區(qū)域配電站，供前主樓、學(xué)十六樓、英東樓、圖書(shū)館、勵(lì)耘學(xué)苑五站；原本室、后主樓、南院科技大廈站不變。

(2)Ⅱ區(qū)以京師大廈主配為一級(jí)站，在南院新建二級(jí)區(qū)域配電站，供京師科技大廈、教育報(bào)刊社兩站。

(3)Ⅲ區(qū)以總務(wù)樓主配為一級(jí)站，在冷庫(kù)建二級(jí)區(qū)域配電站，供本室、西貼建、新樂(lè)群、蘭蕙四站，其余原站不變。該項(xiàng)已按規(guī)劃于2016年施工建設(shè)，投入運(yùn)行4年，安全可靠。

(4)Ⅳ區(qū)以總務(wù)樓主配為一級(jí)站，在生物園新建二級(jí)區(qū)域配電站，供本室(生地樓、生物園箱變)。原塔二樓、小紅樓、校醫(yī)院、勵(lì)耘各站不變。

5.2 分期建設(shè)

5.2.1 一期：Ⅳ區(qū)區(qū)域變配電站建設(shè)及負(fù)荷調(diào)整

該區(qū)域生命科學(xué)院、化學(xué)院以及生物園新建樓宇都需增容，家屬住宅樓、校醫(yī)院設(shè)施設(shè)備更新更換也需大量增容，麗澤箱變、生地樓1#、2#箱變屬于未報(bào)裝的黑戶(hù)，周邊供電及其混亂復(fù)雜。

為解決上述問(wèn)題，在生物園內(nèi)新建區(qū)域配電站，將化學(xué)樓箱變、生物園臨時(shí)箱變負(fù)荷遷移至新建區(qū)域配電站，統(tǒng)一規(guī)劃和重新布局該區(qū)域供電。

5.2.2 二期：Ⅱ區(qū)區(qū)域變配電站建設(shè)及負(fù)荷調(diào)整

該區(qū)域核科學(xué)院、資源減災(zāi)學(xué)院等多數(shù)理工科樓經(jīng)常購(gòu)置實(shí)驗(yàn)設(shè)備面臨增容壓力，同時(shí)該區(qū)域部分南院配電室高壓引自冷庫(kù)區(qū)域變電站(總務(wù)樓主配是其10 kV一級(jí)配電站)，增加總務(wù)樓主配負(fù)擔(dān)，制約北區(qū)增容發(fā)展。

為解決上述問(wèn)題，在南院配電室處新建區(qū)域配電站，將教育報(bào)刊社、京師科技大廈變電站負(fù)荷遷移至新建區(qū)域配電站，統(tǒng)一規(guī)劃和重新布局該區(qū)域供電。

5.2.3 三期：Ⅱ區(qū)10 kV主配電站建設(shè)及負(fù)荷調(diào)整

該區(qū)域科研樓建設(shè)年代久遠(yuǎn)，大多屬于低層建筑,遠(yuǎn)期可能新建高樓需大量增容，二期基礎(chǔ)上，該區(qū)域京師科技大廈配電站由京師大廈主配供電，此區(qū)增容增加京師大廈主配負(fù)擔(dān)，制約東區(qū)增容發(fā)展。

為解決上述問(wèn)題，在南院配電室處新建區(qū)域配電站，引自外電源，建立獨(dú)立的10 kV一級(jí)主配。

5.3 優(yōu)勢(shì)

(1)兩10 kV一級(jí)主配配電容量相近，4路線徑為300 mm2的10 kV高壓電纜運(yùn)行電流合適，供電更安全、可靠。

(2)滿(mǎn)足化學(xué)院、生命科學(xué)學(xué)院在生物園增容建站的需求。解決化學(xué)樓、生地樓、地遙樓、校醫(yī)院、家屬區(qū)用電緊張實(shí)際問(wèn)題。

(3)報(bào)裝備案化學(xué)樓1#、2#箱變，麗澤箱變，合理合法用電。

(4)遠(yuǎn)景規(guī)劃，為用電緊張區(qū)域周邊新增負(fù)荷預(yù)留容量。如Ⅰ區(qū)京師廣場(chǎng)新建夜間景觀；Ⅱ區(qū)南院新建樓；Ⅲ區(qū)各食堂新添大電負(fù)荷餐廚設(shè)備；Ⅳ區(qū)家屬樓、校醫(yī)院、員工食堂、實(shí)習(xí)餐廳設(shè)施設(shè)備更新更換和新增用電設(shè)備，生物園新建樓等。

(5)在節(jié)約投資改造前提下，通過(guò)建設(shè)10 kV區(qū)域配電站減少10 kV一級(jí)主配空間和容量不足的矛盾，以及解決長(zhǎng)途線路地下橫跨、大量土建重復(fù)施工的弊端。