智能供配电系统在金融中心的设计与应用.pdf

某金融中心的智能供配电系统设计某金融中心的智能供配电系统设计周菁江苏安科瑞电器制造有限公司 江苏江阴1 1 1 1 工程现状工程现状本金融中心项目是一座集商业、办公为一体的超高层综合型建筑。大楼主体高 600 米，地上 118 层，地下 5 层，总建筑面积约 46 万 m2。其中裙楼商业 9 层、10 层及以上为办公，塔楼从竖向上分为 8 个区域，另外还设有 51、52 层与 83、84 层两个空中大厅。作为城市中心的商业地标，将云集全球热门商业公司及国内知名企业。本项目的设计理念为：1、安全性。作为城市地标性建筑，其政治、经济地位的重要性，安全应为其首要考虑因素，本项目在依循国际规范标准的基础之上更对建筑物用电安全作出了更高的标准。2、舒适性。本项目以人为本，努力营造一种舒适、高效的办公环境。同时结合智能控制系统提高使用者及管理者的工作便利。3、节能型建筑。在能源十分紧张的情况下，电气工程采取节能设计是非常必要的。电气工程节能设计，是为了满足人的正常需要后，通过技术创新，减少电气工程能源消耗，提高能源的使用效率，符合电气工程的节能要求。4、智能型建筑。本项目工程系统庞大，必然给后期物业管理、维护和检修带来繁重的工作量，故在本设计中合理使用智能化系统，以节约人力、财力。2 2 2 2 变配电设计变配电设计依据相关规范进行负荷分级，根据工程特点，由市政引入 3 组两用一备 10kV 专线电源分别为地下室制冷机房负荷（1 号高压配电室）、地下室至塔楼 42 层以下负荷（2 号高压配电室）、塔楼 43 及以上符合（3 号高压配电室）供电。本工程电源编号为 1#9#电源，其中 1#，3#，5#，7#，9#与 2#，4#，6#，8#电源分别为引自不同 110kV 城市变电站，且本工程要求引自同一变电站的不同变压器母线段。主备用电源组合方式及所带负荷如表 1。表 1 主备用电源组合方式及所带负荷1#10kV 主站2#10kV 主站3#10kV 主站主供电回路编号5#、6#3#、4#1#、2#备用回路编号9#8#7#主站所带容量/kVA11550805090502.12.12.12.1 10kV10kV10kV10kV 配电配电主备用电源关系如图 1 所示。每一条回路都可在保证任一条主用回路电源故障检修时，备用回路电源可带 100%负荷或两路主用同时断电时可带 100%一二级负荷。图 1 主备用电源关系10kV 配电柜采用可抽出式、全封闭型、中置滑架式结构，柜体具有可靠的防止无操作的“五防”装置，10kV 断路器采用真空式。进线柜安装安科瑞公司的微机线路保护装置，采用过电流、速断保护；变压器出线柜安装安科瑞公司的微机变压器保护装置，采用过电流及速断保护、接地保护、变压器非电量保护（高温告警、超温跳闸保护）等；电压互感器柜安装安科瑞公司的微机 PT 监测装置，实时监测PT 电压，并对 PT 进行过电压、欠电压等保护；电机出线柜安装安科瑞公司的微机电动机保护装置，采用过电流及速断保护、接地保护、负序电流保护等。10kV 配电柜上配置的二次设备见表 2。表 2配电柜二次设备配电柜类型设备名称型号主要功能厂家电源进线柜微机线路保护装置AM5-F过流速断保护、过电流保护、三相一次重合闸安科瑞电气风机出线柜微机电动机保护装置AM5-M过电流及速断保护、接地保护、负序电流保护安科瑞电气母线联络柜微波备自投保护装置AM5-B母联备自投、进线备自投、母联保护安科瑞电气变压器出现柜微机厂用变保护装置AM5-T过流速断保护、过电流保护、高温告警、超温跳闸、重瓦斯跳闸、轻瓦斯告警、压力释放跳闸、门开跳闸安科瑞电气变压器出线柜微机电流型保护装置AM4-I过流速断保护、过电流保护、高温告警、超温跳闸、门开跳闸安科瑞电气电压互感器柜微机电压型保护装置AM4-U过电压、欠电压、PT 断线告警、母线绝缘监测安科瑞电气电源进线柜谐波监测仪表ACR330ELH监测和计量三相电流、电压、有功功率、有功电能、最大需量、总谐波含量安科瑞电气出线柜多功能表ACR220EL监测三相电流及有功功率和计量三相有功电度安科瑞电气0.4kV进线柜谐波监测仪表ACR330ELH三相电流、电压、有功功率、无功功率、频率、功率因数测量；2-31 次谐波分量测量；CF、THFF、KF、不平衡电压、不平衡电流计算；四象限电能计量、最大需量计算等安科瑞电气无功补偿柜功率因数自动补偿控制器ARC-12测量电流、电压、频率、功率因数、具备过电压保护、欠流锁定、电网谐波过大保护功能，可控制 12 组电容器的投切安科瑞电气三相出线柜网络多功能表ACR220EL三相电流、电压、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能、频率、功率因数测量、四象限电能计量安科瑞电气单相出线柜网络多功能表ACR10EL单相电流、电压、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能、频率、功率因数测量、LCD 显示安科瑞电气电动机出线柜电动机保护器ARD2F能对额定电流范围内的电动机进行起动超时、过载、堵转、欠载、不平衡、断相等保护安科瑞电气2.22.22.22.2 变压器变压器从设备投资、用铜量、电压降、有供电能损耗以及变配电所的使用面积等多方面进行系列比较，变配电所选址按下述方案进行，主站设置在 B2 层，分站设置在 10、25、39、52、68、81、97、111 层。表 3 变配电所位置及供电范围序号变配电所编号供电区域位置面积/m2容量估算/kVA变压器容量/kVA备注11#变配电所B5F6FB2F84596068*1600主站22#变配电所制冷机房B2F-79845*2000分站33#变配电所7F17F10F25529641*1600+2*1250分站44#变配电所18F32F25F29033002*1600+1*1250分站55#变配电所33F45F39F26028691*1600+2*1250分站66#变配电所46F61F52F35038002*1600+2*1000分站77#变配电所62F74F68F27025891*1600+2*1000分站88#变配电所75F90F81F31038032*1600+2*1000分站99#变配电所91F103F97F26023872*1600分站1010#变配电所104F116F111F17020871*1600+1*1250分站共计30104138955500（共计 37 台）2.32.32.32.3 低压配电系统低压配电系统地下室配电采用设置总线的方式配电，供电示意如图 2 所示。此方式可减少低压配电柜出线回路总数，从而减少变配电室面积。塔楼干线电缆配电为由变配电所分别向上下供电。此种供电方式大大缩减了低压电缆长度，减少有色金属使用量。各低压配电柜全部采用全金属铠装抽出式开关柜、柜体设计和结构符合国际和国内标准，柜内受点主开关及母联开关采用空气断路器，出线开关以塑壳断路器为主。各配电站内的 380V 低压配电系统如图 2 设计，10kV/0.4kV 变压器降压后进入低压进线柜，再经无功补偿柜，柜内装设安科瑞公司的 ARC-12/J 的无功补偿控制器，其是带微处理器的自动功率因数调节器，电容器为干式。各低压出线柜上均装设 ACR 系列网络电力仪表，可对低压线路进行三相电压、电流、有功功率及电度测量。低压配电柜上各电气设备的选型参考表 2。图 2 低压配电系统图3 3 3 3 照明配电设计照明配电设计3.13.13.13.1 灯具及光源选型灯具及光源选型采用绿色节能灯具，灯具有美观和防眩光功能，光源采用节能高效的光源，应具有良好的显示性和适宜的色温，各功能用房的照度标准均符合现行国家标准。1）金融中心办公楼选用安科瑞公司的 LED 直观灯、LED 球泡灯。采用高棚灯及筒灯相结合的方式作为办公楼道内照明。LED 直观灯作为办公室内照明。2）金融中心商业照明在商场入口和门厅选用安科瑞公司的 LED 陶瓷射灯、LED 模组。可以使用 LED模组安装在图案标识内部，做辅助照明的效果。商场走道选用 LED 筒灯作为主要照明灯具，结合日光灯采用暗槽内装的形式，作辅助照明及装饰效果。3）商场店铺选用安科瑞公司的 LED 轨道灯、LED 射灯。产品展示柜选用 T5 日光灯在侧面辅助照明、结合射灯照射突出产品主体的方式。4）商场柜台选用安科瑞公司的 LED 硬灯条、LED 射灯。筒灯作为主要照明灯，轨道灯做局部点亮用，可以突出展示产品。5）地下车库选用 LED 直观灯。表 4 金融中心照明灯具选型方案场所名称型号外观尺寸功能特点金融中心道路LED 路灯JTDLD880*330mm采用三翼式设计，使得在 180平面内，光亮更加均匀；使用安科瑞自行封装的防流光源，该光源采用 45mil 的大芯片设计，亮度达100lm/w 以上；增加防雷器，且灯具全密封设计，不惧怕雨雪。金融中心 40m高以上的建筑物/楼宇外墙LED 泛光灯JTDFG86*114*88mm185*225*126mm236*290*183mm金融中心办公室/地下车库LED 直管灯JTDZG60/90/120/150cm与传统灯具外形相似，可完美替换，比传统灯具节能 50-70%；无频闪，无红外线、紫外线辐射；启动迅捷，即开即亮无延时办公楼道LED 球泡灯JTDQP45*71mm60*98mm65*109mm与传统节能灯相比节能 40-90%金融中心入口/大厅LED 陶瓷射灯JTDSD50*50mm50*54mm新型反光杯设计，光效可达100lm/W，聚光效果更优异LED 模组JT-SLS006RGB-0.746*16mm大功率 RGB LED 模组最适合命令的动态变色效3.23.23.23.2 智能照明控制系统智能照明控制系统楼梯间采用人体红外感应的节能自熄开关控制。所有设备房、管井采用就地控制。地下车库、办公大楼、观光大堂、商业走道和公共区域普通照明采用智能照明控制系统。本项目采用分布式智能照明控制系统进行集中监控，以达到方便管理和节能的目的。控制系统是一个分布式智能照明控制系统，分为 3 个区域（办公楼、裙楼和地下室）、14 个子网，子网之间通过大楼综合布线通信专网，在 TCP/IP 协议基础上进行互联。子网内部模块单元出现任何故障均不会影响到其他子网，从而保证了整个系统的工作最大稳定性。在强电井每个智能照明配电箱旁设现场手动可编程场景控制面板，安装高度 1.4m。在办公楼部分、裙楼部分和地下室部分每个子网各配有时钟控制器，用于标准的定时控制。为方便物业公司检修，所有开关回路均采用负载反馈型继电器进行控制，可以反馈每个回路的电流值，通过探测工作电流值的变化实现坏灯检测。4 4 4 4 金融中心智能配电监控系统金融中心智能配电监控系统本金融中心采用安科瑞公司的 Acrel-2000 智能配电监控系统，楼内所有配电站（10/0.4kV）、UPS装置及应急柴油发电机组等设备均被归纳于智能配电监控系统中。整个监测系统由三个部分组成：现场设备及数据采集模块、系统监测站和电力监测管理中心，是一个分布式的综合电力监测系统。现场设备及数据采集器主要是：智能化开关、各出线柜上配备的 ACR220EL 网络电力仪表、UPS、自备发电机组监控器上的数据通信接口。现场断路器通过数据采集模块与系统连接。这些监控器或模块就地装置，独立完成其保护和测量功能而不依赖通信网，主要负责现场参数测量、数据采集、处理及作为智能化开关设备与中央监控系统接口、将数据通讯上报纸系统。系统监测站主要负责对数据采集模块通过通讯网络传来的数据进行实时计算处理、保存、显示和生成报表。每个变电站中有一个系统监测站，负责本站内的监测。在 B2F 层设置了一个电流监测管理中心，将楼内所有系统监测站的信息通过专用通信网络集中到一起管理已经对各区信息数据进行集中监测、处理。监测主要内容有：各变配电站母线段电压值、电流值；各回路电量的实时采集；线电压、相电流；三相有功功率、无功功率、有功电能；频率、功率因数；电压不平衡度、电流不平衡度；各断路器、手车状态；变压器温度、运行状态；自备发电机组的启动及运行监测。监控系统的主要功能有：显示区域平面系统图或主菜单；实时显示主接线图、断路器、手车、接地刀闸的变为情况及母线受电情况；实时显示自动装置运行状况图、电力变压器非电量回路图等。在微机保护装置发生动作时自动发出警报并产生事件记录、事故追忆、故障录波等。Acrel-2000 智能配电监控监控系统通过系统数据和规约库模板配置将微机保护装置和多功能电力仪表以及各种传感器连接起来，把供电系统的各回路电参量、开关状态量、电能消耗等通过通讯网络实时的仿真到计算机画面，供电运行维护人员可以通过监控计算机来实时了解供电系统的每个环节。在发生可能导致事故的异常状况时可自动告警；在发生事故时可产生事件记录、记录故障前后波形，甚至可在事故发生后重演事故过程，并提供各种曲线、柱状图等分析图形和报表，使配电系统自动化运行。图 3Acrel-2000 智能配电监控系统主接线图图 4Acrel-2000 智能配电监控系统实时监测画面及报表图 5事故追忆画面及监测数据报表5 5 5 5 电气火灾监控系统电气火灾监控系统根据规范要求，本金融中心设置安科瑞公司的 Acrel-6000 电气火灾监控系统，系统通过对剩余电流、过电流、过电压和温度信号的采集和监视，实现对电气火灾的早期预防和报警，当必要时能联动切除被检测到剩余电流超标的配电回路；另外可以按用户需求实现与火灾自动报警系统或配电监控系统进行数据交换与共享。该系统具有功能如下：1）系统运行监视和控制监视界面显示整个电力监控系统的网络图，动态刷新各电气设备的实时运行参数和运行状态，并且支持现场设备的远程控制功能。监控系统的画面根据现场实际状况进行组态。2）预防心电气火灾监视连续监视用电设备泄露电流的变化、线缆接头温度的变化，为配电设备的预防性维护提供依据，有效预防电气火灾的发生，保障用户财产的安全。3）报警和事件管理系统在设备状态改变、电网扰动和电气故障时触发并记录报警。用户可以在报警记录界面查询任意时段内相应报警或动作类型下的记录，各级操作权限均可查看该界面的信息。图 6Acrel-6000 电气火灾监控系统界面6 6 6 6 应急电源系统应急电源系统本金融中心除采用引入市电电源作为备用电源回路外，还设置柴油发电机作为应急电源，火灾时对消防负荷供电及平时市电停电时对一二级负荷供电。由于本工程纵向配电距离长，高层设备运输难以解决的问题，故在地下二层设备集中柴油发电机房，同时发电机房内分开高中区设置柴油发电机，低区设置 2 组 2000kW,0.4kV 柴油发电机，发电机供电范围为 25 层以下变配电所提供应急电源，高中区各设置 2 组 2000kW,10kV 柴油发电机分别为 2550 层变配电所、65114 层变配电所提供应急电源。10kV 柴油发电机通过高压电缆向高中区配电，之后分别在49 层及 81 层设置降压变压器，为高中区的应急母线段提供电源。采用高压发电机主要有以下优点：1）稳定。动力强劲，高扭矩，易维护，易起动，反应迅速。结构紧凑，具有多重内部隔振的整体式紧密结构，体积小，性能可靠，工作寿命长。2）安全。装备有监测系统，可实时了解机组运行情况，具有多项数据显示、监控和报警停机功能，耐压可靠。输出接线板采用双重保护，降低了误碰触接线柱或雨水浸入而导致漏电的可能性。3）抗干扰性强。采用无刷永磁式励磁交流发电机，能提供较高的电动机起动承受能力，并对非线性负载产生的主机定子输出电压的波形畸变具有抗干扰性，可提高发电机带非线性负载能力。7 7 7 7 结语结语本金融中心是该城市的中心，建筑面积大，合理的设计供配电系统尤为重要。金融中心综合考虑安全、经济及后期使用及维护等要求，在变配电所内设计了 Acrel-2000 智能配电监控系统、Acrel-6000 电气火灾监控系统、应急电源系统和智能照明控制系统，能实现金融中心内遥测、管理和无人、少人值班，从而到达优化电能管理，保证安全供电。参考文献参考文献1 浅析平安金融中心供配电系统.李萍.供配电.电气应用.增刊.2014.2 JGJ 16-2008 民用建筑电气设计规范S.3 GB 50052-1995 供配电系统设计规范S.4安科瑞电气股份有效公司.能效管理系统设计安装图册.2013.11.1 合订本.