住宅配電負荷計算探討

文／李永明 舒城遠大東城房地產有限公司 安徽六安 237000

引言：

隨著國家城鎮化的發展，大型住宅小區相繼投入建設。為了這些項目順利交付，其供電的安全可靠和經濟適用是其重要條件。然而全國各地存在著經濟水平差異、電網供電政策不同等情況，使得配電工程的建設出現了地域性特點，尤其各地的電網供電政策，對項目配電工程影響最大。筆者對上海地區、東北地區及安徽省部分市區的電網供電政策也有所了解。這些政策包括住宅配電負荷標準、負荷計算方法、住宅公共建筑配電要求及外線電源取電等規定。目前住宅配電負荷標準及其配電負荷計算方法大多參照國家標準（JGJ242-2011）《住宅建筑電氣設計規范》，這是住宅小區配電工程設計的基礎，本文就住宅配電負荷計算問題展開論述。

目前，住宅供電設計的負荷計算方法均采用需要系數法，具體公式：計算負荷Pjs=每戶負荷標準p×戶數n×需要系數Kx。

每戶負荷標準p和需要系數Kx依據國家標準和地方規定取值。

不過與工廠配電設計的需要系數法不同，住宅配電的需要系數是隨著住戶數量增加而非線性減少，這就存在局限性，如戶數恰好處于分界點，需要系數就不好準確選取，同時各級配電負荷的統計不能逐級匯總。

住宅配電采用需要系數法計算負荷時是按每戶的配電負荷標準作為計算負荷進行計算的，即將每戶負荷假想成一臺連續工作制的設備額定功率進行計算的，這種假設雖然方便了計算，但與現實情況不符，因為住宅里的所有用電設備不可能在0.5h內全部滿負荷運行的。

1、住宅配電負荷標準分析計算

（JGJ242-2011）《住宅建筑電氣設計規范》規定的每戶配電負荷標準見表1：

表1 每套住宅用電負荷和電能表的選擇

各地供電部門也出臺了住宅用電負荷標準，比如安徽省就出臺了（DB34T1469-2021）《居住區供配電系統技術標準》，其對住戶用電負荷標準規定見表2：

表2 住宅建筑用電指標

從上表可以看出，地方標準是高于國家標準，另外這些標準對面積的定義也不明確，即每戶的建筑面積是包含了公攤面積的。針對以上標準，電氣設計人員一般遵從地方供電規定進行設計。

以一套125m的住宅為例，說明一下用電設備配置，這種面積的房子一般有3個臥室、2個衛生間、1個客廳，1個廚房和1個餐廳，家用電器一般配有3個掛壁空調、1個柜式空調、1個電飯煲、1個電水壺、1個洗衣機、1個冰箱、2個電視機及照明等主要的基本型用電設備。這些設備運行時間及運行方式均不同，采用利用系數法計算一下125m住宅的配電計算負荷，由于利用系數法基本在工廠配電計算時采用，在住宅配電計算時無利用系數可查詢，因此先進行實際測算，測算時間段為1h，家用電器在此時間段內運行時間分別為：空調器21min，電飯鍋51min，電水壺12min，洗衣機12min，照明、電視、電表箱均按60min。以此測算數據可計算出各家用電器在1h內的利用系數。其配電計算負荷見表3：

表3 利用系數計算表

由此可見：每戶的計算負荷為5.89kw，平均利用系數為0.44，最大系數為1.40，每平方米的計算負荷指標約為：5890/125=47w。

再從統計的電費分析一下每戶的配電負荷，還是以上面的住宅為例，從安徽省某市供電公司查詢電費，看到一般三居室的房子一個月的電費大約在300～500元，我們取最大值500元來分析，每度電價0.6元，那么每個月大約用電: 500/0.6=833°，每天用電：833/31=27°，經了解供電局用電負荷監控時間圖，可知道一天內負荷高峰期一般出現兩個時間段：中午10：00-12：00和晚上5:00-7：00，假設每天的用電量有80%均集中在高峰期的時間段內，則高峰期的每小時平均負荷為：27×0.80/4=5.4（kw）

對比以上的計算和分析，可以判斷：125m住宅的配電計算負荷約為6KW，折算到每平方的指標約為50w。如果按地方的負荷標準10KW來計算125m的住宅配電負荷，計算結果肯定偏大。

2、住宅配電負荷計算方法探討

（JGJ242-2011）《住宅建筑電氣設計規范》明確的方法是需要系數法，需要系數見表4：

表4 住宅建筑用電負荷需要系數

安徽省出臺的（DB34T1469-2021）《居住區供配電系統技術標準》，見表5：

表5 住宅建筑用電負荷需要系數

對比以上幾個規定，安徽省供電部門規定的需要系數明顯偏大。

安徽省六安市供電部門也出臺了《2012年六安市區配網小區典型設計及驗收技術規范》，其中規定了每戶用電負荷標準及需要系數，同時還列出負荷計算模板，計算模板規定：不論住宅戶數多少，需要系數全部取0.66。

從以上規范和規定可以看出，住宅配電負荷計算的需要系數均不同，國家標準更符合實際情況，但設計院均按地方供電部門的規定進行設計。

以下分別按國家規范、安徽省和六安市供電規定進行配電負荷計算，假定計算條件相同，即按一個小區有1000戶住宅，每戶住宅面積均是125m。具體見表6：

表6 三種依據計算配電負荷

從上表的計算結果來看，不同的規定，計算結果相差4.4倍，這很不合理。如果按照地方規定進行配電，勢必造成供用電的矛盾，變壓器也不能在經濟負載率下運行，會造成損耗增加，同時也造成投資的巨大浪費。

要想盡可能準確計算住宅的配電負荷，就要先熟悉住宅用電設備的特點和規律。

特點1：住宅用電設備的多樣性，每個住戶根據自己的愛好和經濟情況，會配置不同的用電設備，比如年輕人喜歡配置各種廚房炊具（洗碗機、電炸鍋、電磁爐、切肉機），而老年人就喜歡配置電燉鍋、微波爐等。但這些設備的配置，基本上是“多配少用”。如果不考慮家用集中空調和電采暖，那么每戶的用電負荷基本是平穩的，再增加的幅度已經不大。

特點2：住宅用電設備智能化，比如電冰箱、空調機、電飯鍋、電熱水器等在達到設定溫度后即轉為低功率運行或斷開電源，并表現為短時周期運行模式。

特點3：住宅用電設備運行不同時性，比如每戶的電飯鍋運行時，洗碗機、電熱水器一般不會使用。同時一棟樓里的各住戶因習慣和經濟原因會在不同時間段開啟空調和其他家用電器。

特點4：住宅用電設備分為基本性和擴展性，比如電視機、電飯鍋、電冰箱、空調、電水壺、洗衣機、照明燈具等屬于基本性用電設備，這些設備是保證住宅的基本使用功能的，其他屬于擴展性用電設備。

針對以上特點，我摸索總結了一種算法，論文中暫稱為非同步使用系數法。該算法是基于工廠配電計算的利用系數法原理，結合住宅用電的非同步性而構建的。對住宅配電負荷計算的思路和算法：根據基本用電設備和擴展用電設備的運行特點，只要對一個時間段（1h內）運行的基本性用電設備進行負荷計算，然后對擴展性用電設備的負荷進行補充添加及修正。如此，計算出一戶的平均計算負荷，然后匯總求和再修正，就能得出一棟樓的配電計算負荷，各樓負荷再次匯總，再乘以非同步系數，就能計算出小區的住宅配電負荷了。

第1步，計算每戶的配電計算負荷：具體見公式（1）

式中，P為住宅戶內電氣設備的額定功率匯總，這些電氣設備一般包括空調、電飯鍋、電水壺、洗衣機、冰箱、照明燈等基本用電設備。若有家用中央空調或電采暖系統，也要作為基本用電設備。

K為平均使用系數，根據表3典型戶型的測算數據，一般計算時取0.45。

K為最大系數，根據表3典型戶型的測算數據，一般計算時取1.5。

第2步，計算每個配電支路的配電負荷，具體見公式（2）：

式中，∑Pjs＂為配電支路所帶住宅的計算負荷匯總。

Pjs 為配電支路計算負荷。

FTB1為支路非同步使用系數,根據表3典型戶型的測算數據，一般計算時取0.9。

K為修正系數，根據住宅擴展性用電設備的多少確定，根據表3典型戶型的測算數據，一般計算時取1.05。

第3步，計算變電站的配電負荷，具體見公式（3）：

式中，∑Pjs為配電支路計算負荷匯總。

Pjs！為住宅配電總計算負荷。

K！為變電站非同步使用系數。

由于住宅配電不同于工廠配電，在工廠里，各車間為了生產產品，基本上在工作時間內，設備都在運行，是同步運行的，其配電計算的變電站同時系數一般在0.85～0.95區間內取值，而住宅配電運行卻不同，由于每個住戶的用電習慣、經濟情況均不同，使得用電時間不同步，進而影響配電負荷的累積。另外還有部分住宅的業主因出差旅游而使得房屋空置，基本上不增加任何配電負荷的累積。在對住宅負荷計算時，變電站非同步使用系數K一般在0.55～0.75區間內取值。

如圖1所示，分別用國家規范的需要系數法和本文的非同步使用系數法來計算配電負荷。

圖1 配電系統的簡化示意圖

（1）非同步使用系數法計算如下：

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）需要系數法計算如下：

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）

從需要系數法的計算結果來看，Pjs≠Pjs1+ Pjs2+ Pjs3 ，即需要系數法不能逐級計算負荷，顯然，這是不符合電路原理的。

對比以上2種算法的結果，按非同步使用系數法計算的配電負荷稍大，但避免了需要系數法的局限，雖然計算結果偏大一點，這點誤差是可以接受的，因增大的負荷是可以作為備用負荷的。

對于表6的用電負荷情況，采用非同步使用系數法計算如下：

配電計算負荷

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

該結果比按國家規范計算的結果1800KW多了41%，但明顯低于地方規定的計算結果，多出的計算負荷可以作為預留容量，以滿足住宅用電設備不斷增加的需要，還是有一定的實用價值，同時增加的投資也不多。

3、住宅配電負荷計算方法創新的目的

論文的寫作并不是推翻和否定需要系數法在配電設計中的應用，只是從另外的角度探尋計算方法。尤其在民用配電設計領域，基本上都是需要系數法計算，有必要另辟蹊徑，探尋其他計算方法，來指導配電工程建設。需要系數法有其局限性，而且不符合電路原理。為此，可以先研究典型住宅用電設備的運行規律，利用典型的研究結果和已經成熟的統計理論及負荷計算方法，去歸納總結住宅配電負荷變化規律，即由典型個體到廣泛全局，這才率先提出了非同步使用系數法計算住宅配電負荷，這是論文的出發點和目的。

結語：

作為配電設計的工程師，要靈活地掌握規范要求，同時要考慮實際情況，合理而準確地計算配電負荷，并留有一定的備用功率，這是選擇配電設備前提條件，也是保證配電設備安全運行的基礎。要做到這一點，必須理論和實踐相結合，規范和實踐也要相結合，同時要深入研究各種電氣設備的運行規律。只有這樣，才能設計出好的配電系統。