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【摘 要】 通过实际工程案例，对含有较多季节性大负荷的火工品库房的供配电方案进行了详细分析和对比论述，从技术和经济方面提出了该工程的解决方案。
【关键词】 火工品库房;季节性负荷;供配电方案
1 工程概况
本工程位于中国某省某市，分为多个单体建筑，其中共有5个火工品库房，分别编号为3#、4#、5#、6#、7#（见图1），其中4#、5#、6#库房除地理位置外为完全相同的库房。3#库房建筑面积1027.63.方米，4#、5#、6#库房为1712.44平方米，7#库房为664.09平方米。各个库房皆分为库房和辅房，库房为轻钢屋面，钢结构，独立基础;辅房为剪力墙和框架结构，独立基础和桩基结构。各个库房皆为电气ΙΙ类危险场所，电气设备按dΙΙBT4防爆等级设计。
2 供配电系统
按照《供配电系统设计规范》GB 50052-2009第3.0.1条来确定负荷分级，各个库房所有消防设备（消防监控中心、事故排风和应急照明等）为二级负荷，其余负荷为三级负荷。
图1 各库房位置分布图
本工程各个库房的一路10kV电源由设在3#库房北高压配电站采用专线电缆采用直埋的方式敷设至各个建筑物变电所，各个库房均另设一面备用电源柜，其220V/380V电源由附近库房的变电所引来供给二级负荷使用。根据当地供电现状，经过技术经济比较及供电部门批准，其高压配电站所需两路10kV高压配电站由城市电力电网提供。
3 用电特点
各个库房用电特点为：
1）各库房主要负荷为电锅炉及组合式空调。3#建筑物电锅炉电量为200kW，组合式空调电量为（180x2）kW;4#建筑物电锅炉电量为300kW，空调电量为180kW;7#建筑物电锅炉电量为100kW，空调电量为90kW。季节性负荷安装容量占建筑物总安装容量的60～81%。
2）各库房的主要负荷皆为季节性负荷。冬季的主要负荷为电锅炉+电加湿器+风机，夏季的主要负荷为电加热+空调室外机+风机，春秋季节的主要负荷为风机。
4 负荷计算
以3#库房为例，冬季运行时，变压器负荷率为68.2%;但夏季运行时，其负荷率仅为38.5%。显然，夏季时变压器使用量过低，这不仅不环保，而且由于基本电费的存在，使用方要为此支付一笔较高的费用。其他库房也存在类似情况。4#（5#、6#）、7#变压器冬夏季季运行负荷率分别为77.1%、47.2%，55.7%、33.4%。
表1 3#建筑物冬（夏）季负荷计算表
负荷
名称 设备
功率（kW） 需要
系数（Kx） 功率因数（cos?） 功率因数角正切值（tan?） 有功
功率（kW） 无功
功率（kVar） 视在
功率
（kVA）
电加湿（冬） 52.2 0.8 1 0 41.7 0
电锅炉（冬） 200 0.8 1 0 160 0
照明 11 0.9 0.9 0.48 9.9 4.7
吊车 30 0.3 0.5 1.73 9 15.5
风机（冬） 40 0.8 0.8 0.75 32 24
風机（夏） 110 0.8 0.8 0.75 88 66
电加热（夏） 30 0.8 1 0 24 0
其他 100 0.4 0.8 0.75 40 30
总计（冬） 383.2 292.6 74.2
总计（夏） 281 170.9 116.2
乘以同时系数KP=0.9，KQ=0.97后合计（冬） 263.3 71.9
乘以同时系数KP=0.9，KQ=0.97后合计（夏） 153.8 112.7
补偿电容（冬） 0
补偿电容（夏） -100
补偿后（冬） 383.2 0.95 263.3 71.9 272.9
补偿后（夏） 281 0.99 153.8 12.7 154.3
选择变压器容量（kVA） 400
负荷率（冬） 68.2
负荷率（夏） 38.5
冬季时各个库房的用电量达到最大，以此为准选择各个库房的变压器，3#建筑物变压器为单台400kVA，4#（5#、6#）建筑物变压器为单台630kVA，7#建筑物变压器为单台250kVA。
5 供配电方案
从表1～6的计算可以发现，夏季时如果同时开启所有库房的变压器，则每台变压器的负荷率都很低，造成了巨大的电能浪费。经过负荷计算发现，夏季时同时开启两台630kVA的变压器能够满足所有5个库房的用电要求，即由一台630kVA变压器承受该变压器所在库房（如4#）及3#7#库房的所有负荷（以下简称T1），由另外一台630kVA变压器承受另外两个库房（如5#和6#）的所有负荷（以下简称T2），形成两个供电环。
表2 变压器T1和T2负荷计算表
负荷
名称 设备
功率（kW） 需要
系数（Kx） 功率因数（cos?） 功率因数角正切值（tan?） 有功
功率（kW） 无功
功率（kVar） 视在
功率
（kVA）
电加热 149 0.8 1 0 119.2 0
照明 39 0.9 0.9 0.48 35.1 16.8
吊车 83.2 0.3 0.5 1.73 24.9 43 风机 365 0.8 0.8 0.75 292 219
其他 250 0.4 0.8 0.75 100 75
总计 886.2 571.2 353.8
乘以同时系数KP=0.9，KQ=0.97后合计 514 343.1
补偿电容 -300
补偿后 886.2 0.99 514 43.1 515.8
选择变压器容量（kVA） 630
负荷率（T1） 81.8
负荷
名称 设备
功率（kW） 需要
系数（Kx） 功率因数（cos?） 功率因数角正切值（tan?） 有功
功率（kW） 无功
功率（kVar） 视在
功率
（kVA）
电加热 208 0.8 1 0 166.4 0
照明 36 0.9 0.9 0.48 32.4 15.5
吊车 60 0.3 0.5 1.73 18 31.1
风机 400 0.8 0.8 0.75 320 240
其他 200 0.4 0.8 0.75 80 60
总计 904 616.8 346.6
乘以同时系数KP=0.9，KQ=0.97后合计 555.1 336.2
补偿电容 -300
补偿后 904 0.99 555.1 36.2 556.2
选择变压器容量（kVA） 630
负荷率（T2） 88.2
经过技术经济比较，考虑供电可靠性、供电半径、外线电缆价格、电缆敷设所需要的施工量等方面的因素，选择4#、5#建筑物变电所变压器作为夏季时继续开启工作的变压器而关停其余建筑物变压器。其供配电方案如下图所示。
图2 多库房供电方案
6 问题思考
本工程中若采用EPS做为备用电源，则可节省较长的外线电缆，进一步降低造价。《住宅建筑电气设计规范》JGJ 242-2011第5.0.3款条文说明中解释，应急电源装置（EPS）不宜作为消防水泵、消防电梯、消防风机等电动机类负载的应急电源。《民用建筑电气设计规范》JGJ 16-2008第6.2.1条文说明解释为：由于EPS应急电源装置，目前尚无统一的国家标准，各生产厂家的产品，其技术性能极为不一致。为安全、可靠，本规范仅对EPS应急电源装置在建筑物应急照明系统中的应用作了相关规定。
本工程为火工品库房，二级负荷供电应采用可靠的备用电源，如UPS。但UPS价格较EPS高昂，经济上不合理。
参考文献：
[1]任元会等，工业与名用配电设计手册（第三版），中国电力出版社，2005：1～123
[2]民用建筑电气设计规范JGJ 16-2008，中國建筑工业出版社，2008：52～53
[3]住宅建筑电气设计规范JGJ 242-2011，中国建筑工业出版社，2011：8～9
【关键词】 火工品库房;季节性负荷;供配电方案
1 工程概况
本工程位于中国某省某市，分为多个单体建筑，其中共有5个火工品库房，分别编号为3#、4#、5#、6#、7#（见图1），其中4#、5#、6#库房除地理位置外为完全相同的库房。3#库房建筑面积1027.63.方米，4#、5#、6#库房为1712.44平方米，7#库房为664.09平方米。各个库房皆分为库房和辅房，库房为轻钢屋面，钢结构，独立基础;辅房为剪力墙和框架结构，独立基础和桩基结构。各个库房皆为电气ΙΙ类危险场所，电气设备按dΙΙBT4防爆等级设计。
2 供配电系统
按照《供配电系统设计规范》GB 50052-2009第3.0.1条来确定负荷分级，各个库房所有消防设备（消防监控中心、事故排风和应急照明等）为二级负荷，其余负荷为三级负荷。
图1 各库房位置分布图
本工程各个库房的一路10kV电源由设在3#库房北高压配电站采用专线电缆采用直埋的方式敷设至各个建筑物变电所，各个库房均另设一面备用电源柜，其220V/380V电源由附近库房的变电所引来供给二级负荷使用。根据当地供电现状，经过技术经济比较及供电部门批准，其高压配电站所需两路10kV高压配电站由城市电力电网提供。
3 用电特点
各个库房用电特点为：
1）各库房主要负荷为电锅炉及组合式空调。3#建筑物电锅炉电量为200kW，组合式空调电量为（180x2）kW;4#建筑物电锅炉电量为300kW，空调电量为180kW;7#建筑物电锅炉电量为100kW，空调电量为90kW。季节性负荷安装容量占建筑物总安装容量的60～81%。
2）各库房的主要负荷皆为季节性负荷。冬季的主要负荷为电锅炉+电加湿器+风机，夏季的主要负荷为电加热+空调室外机+风机，春秋季节的主要负荷为风机。
4 负荷计算
以3#库房为例，冬季运行时，变压器负荷率为68.2%;但夏季运行时，其负荷率仅为38.5%。显然，夏季时变压器使用量过低，这不仅不环保，而且由于基本电费的存在，使用方要为此支付一笔较高的费用。其他库房也存在类似情况。4#（5#、6#）、7#变压器冬夏季季运行负荷率分别为77.1%、47.2%，55.7%、33.4%。
表1 3#建筑物冬（夏）季负荷计算表
负荷
名称 设备
功率（kW） 需要
系数（Kx） 功率因数（cos?） 功率因数角正切值（tan?） 有功
功率（kW） 无功
功率（kVar） 视在
功率
（kVA）
电加湿（冬） 52.2 0.8 1 0 41.7 0
电锅炉（冬） 200 0.8 1 0 160 0
照明 11 0.9 0.9 0.48 9.9 4.7
吊车 30 0.3 0.5 1.73 9 15.5
风机（冬） 40 0.8 0.8 0.75 32 24
風机（夏） 110 0.8 0.8 0.75 88 66
电加热（夏） 30 0.8 1 0 24 0
其他 100 0.4 0.8 0.75 40 30
总计（冬） 383.2 292.6 74.2
总计（夏） 281 170.9 116.2
乘以同时系数KP=0.9，KQ=0.97后合计（冬） 263.3 71.9
乘以同时系数KP=0.9，KQ=0.97后合计（夏） 153.8 112.7
补偿电容（冬） 0
补偿电容（夏） -100
补偿后（冬） 383.2 0.95 263.3 71.9 272.9
补偿后（夏） 281 0.99 153.8 12.7 154.3
选择变压器容量（kVA） 400
负荷率（冬） 68.2
负荷率（夏） 38.5
冬季时各个库房的用电量达到最大，以此为准选择各个库房的变压器，3#建筑物变压器为单台400kVA，4#（5#、6#）建筑物变压器为单台630kVA，7#建筑物变压器为单台250kVA。
5 供配电方案
从表1～6的计算可以发现，夏季时如果同时开启所有库房的变压器，则每台变压器的负荷率都很低，造成了巨大的电能浪费。经过负荷计算发现，夏季时同时开启两台630kVA的变压器能够满足所有5个库房的用电要求，即由一台630kVA变压器承受该变压器所在库房（如4#）及3#7#库房的所有负荷（以下简称T1），由另外一台630kVA变压器承受另外两个库房（如5#和6#）的所有负荷（以下简称T2），形成两个供电环。
表2 变压器T1和T2负荷计算表
负荷
名称 设备
功率（kW） 需要
系数（Kx） 功率因数（cos?） 功率因数角正切值（tan?） 有功
功率（kW） 无功
功率（kVar） 视在
功率
（kVA）
电加热 149 0.8 1 0 119.2 0
照明 39 0.9 0.9 0.48 35.1 16.8
吊车 83.2 0.3 0.5 1.73 24.9 43 风机 365 0.8 0.8 0.75 292 219
其他 250 0.4 0.8 0.75 100 75
总计 886.2 571.2 353.8
乘以同时系数KP=0.9，KQ=0.97后合计 514 343.1
补偿电容 -300
补偿后 886.2 0.99 514 43.1 515.8
选择变压器容量（kVA） 630
负荷率（T1） 81.8
负荷
名称 设备
功率（kW） 需要
系数（Kx） 功率因数（cos?） 功率因数角正切值（tan?） 有功
功率（kW） 无功
功率（kVar） 视在
功率
（kVA）
电加热 208 0.8 1 0 166.4 0
照明 36 0.9 0.9 0.48 32.4 15.5
吊车 60 0.3 0.5 1.73 18 31.1
风机 400 0.8 0.8 0.75 320 240
其他 200 0.4 0.8 0.75 80 60
总计 904 616.8 346.6
乘以同时系数KP=0.9，KQ=0.97后合计 555.1 336.2
补偿电容 -300
补偿后 904 0.99 555.1 36.2 556.2
选择变压器容量（kVA） 630
负荷率（T2） 88.2
经过技术经济比较，考虑供电可靠性、供电半径、外线电缆价格、电缆敷设所需要的施工量等方面的因素，选择4#、5#建筑物变电所变压器作为夏季时继续开启工作的变压器而关停其余建筑物变压器。其供配电方案如下图所示。
图2 多库房供电方案
6 问题思考
本工程中若采用EPS做为备用电源，则可节省较长的外线电缆，进一步降低造价。《住宅建筑电气设计规范》JGJ 242-2011第5.0.3款条文说明中解释，应急电源装置（EPS）不宜作为消防水泵、消防电梯、消防风机等电动机类负载的应急电源。《民用建筑电气设计规范》JGJ 16-2008第6.2.1条文说明解释为：由于EPS应急电源装置，目前尚无统一的国家标准，各生产厂家的产品，其技术性能极为不一致。为安全、可靠，本规范仅对EPS应急电源装置在建筑物应急照明系统中的应用作了相关规定。
本工程为火工品库房，二级负荷供电应采用可靠的备用电源，如UPS。但UPS价格较EPS高昂，经济上不合理。
参考文献：
[1]任元会等，工业与名用配电设计手册（第三版），中国电力出版社，2005：1～123
[2]民用建筑电气设计规范JGJ 16-2008，中國建筑工业出版社，2008：52～53
[3]住宅建筑电气设计规范JGJ 242-2011，中国建筑工业出版社，2011：8～9