某金融中心的智能供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐霜

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

1、工程現(xiàn)狀

    本金融中心項(xiàng)目是一座集商業(yè)、辦公為一體的超高層綜合型建筑。大樓主體高600米，地上118層，地下5層，總建筑面積約46萬(wàn)m²。其中裙樓商業(yè)9層、10層及以上為辦公，塔樓從豎向上分為8個(gè)區(qū)域，另外還設(shè)有51、52層與83、84層兩個(gè)空中大廳。作為城市中心的商業(yè)地標(biāo)，將云集熱門商業(yè)公司及企業(yè)。

    本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)理念為：

    1、安全性。作為城市地標(biāo)性建筑，其政治、經(jīng)濟(jì)地位的重要性，安全應(yīng)為其首要考慮因素，本項(xiàng)目在依循規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上更對(duì)建筑物用電安全作出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。

    2、舒適性。本項(xiàng)目以人為本，努力營(yíng)造一種舒適、的辦公環(huán)境。同時(shí)結(jié)合智能控制系統(tǒng)提高使用者及管理者的工作便利。

    3、節(jié)能型建筑。在能源十分緊張的情況下，電氣工程采取節(jié)能設(shè)計(jì)是非常必要的。電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)，是為了滿足人的正常需要后，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，減少電氣工程能源消耗，提高能源的使用效率，符合電氣工程的節(jié)能要求。

    4、智能型建筑。本項(xiàng)目工程系統(tǒng)龐大，必然給后期物業(yè)管理、維護(hù)和檢修帶來(lái)繁重的工作量，故在本設(shè)計(jì)中合理使用智能化系統(tǒng)，以節(jié)約人力、財(cái)力。

2、變配電設(shè)計(jì)

    依據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行負(fù)荷分級(jí)，根據(jù)工程特點(diǎn)，由市政引入3組兩用一備10kV專線電源分別為地下室制冷機(jī)房負(fù)荷（1號(hào)高壓配電室）、地下室至塔樓42層以下負(fù)荷（2號(hào)高壓配電室）、塔樓43及以上符合（3號(hào)高壓配電室）供電。本工程電源編號(hào)為1^#~9^#電源，其中1^# ，3^#，5^#，7^#，9^#與2^#，4^#，6^#，8^#電源分別為引自不同110kV城市變電站，且本工程要求引自同一變電站的不同變壓器母線段。主備用電源組合方式及所帶負(fù)荷如表1。

 表1 主備用電源組合方式及所帶負(fù)荷

2.1 10kV配電

    主備用電源關(guān)系如圖1所示。每一條回路都可在保證任一條主用回路電源故障檢修時(shí)，備用回路電源可帶負(fù)荷或兩路主用同時(shí)斷電時(shí)可帶一二級(jí)負(fù)荷。

圖1 主備用電源關(guān)系

    10kV配電柜采用可抽出式、全封閉型、中置滑架式結(jié)構(gòu)，柜體具有可靠的防止無(wú)操作的“五防"裝置，10kV斷路器采用真空式。進(jìn)線柜安裝安科瑞公司的微機(jī)線路保護(hù)裝置，采用過(guò)電流、速斷保護(hù)；變壓器出線柜安裝安科瑞公司的微機(jī)變壓器保護(hù)裝置，采用過(guò)電流及速斷保護(hù)、接地保護(hù)、變壓器非電量保護(hù)（高溫、超溫跳閘保護(hù)）等；電壓互感器柜安裝安科瑞公司的微機(jī)PT監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)PT電壓，并對(duì)PT進(jìn)行過(guò)電壓、欠電壓等保護(hù)；電機(jī)出線柜安裝安科瑞公司的微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置，采用過(guò)電流及速斷保護(hù)、接地保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)等。

    10kV配電柜上配置的二次設(shè)備見(jiàn)表2。

                                                               表2  配電柜二次設(shè)備

2.2 變壓器

     從設(shè)備投資、用銅量、電壓降、有供電能損耗以及變配電所的使用面積等多方面進(jìn)行系列比較，變配電所選址按下述方案進(jìn)行，主站設(shè)置在B2層，分站設(shè)置在10、25、39、52、68、81、97、111層。

表3 變配電所位置及供電范圍

2.3 低壓配電系統(tǒng)

    地下室配電采用設(shè)置總線的方式配電，供電示意如圖2所示。此方式可減少低壓配電柜出線回路總數(shù)，從而減少變配電室面積。塔樓干線電纜配電為由變配電所分別向上下供電。此種供電方式大大縮減了低壓電纜長(zhǎng)度，減少有色金屬使用量。各低壓配電柜全部采用全金屬鎧裝抽出式開(kāi)關(guān)柜、柜體設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)符合和標(biāo)準(zhǔn)，柜內(nèi)受點(diǎn)主開(kāi)關(guān)及母聯(lián)開(kāi)關(guān)采用空氣斷路器，出線開(kāi)關(guān)以塑殼斷路器為主。各配電站內(nèi)的380V低壓配電系統(tǒng)如圖2設(shè)計(jì)，10kV/0.4kV變壓器降壓后進(jìn)入低壓進(jìn)線柜，再經(jīng)無(wú)功補(bǔ)償柜，柜內(nèi)裝設(shè)安科瑞公司的ARC-12/J的無(wú)功補(bǔ)償控制器，其是帶微處理器的自動(dòng)功率因數(shù)調(diào)節(jié)器，電容器為干式。各低壓出線柜上均裝設(shè)ACR系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表，可對(duì)低壓線路進(jìn)行三相電壓、電流、有功功率及電度測(cè)量。

    低壓配電柜上各電氣設(shè)備的選型參考表2。

圖2 低壓配電系統(tǒng)圖

3、照明配電設(shè)計(jì)

3.1 燈具及光源選型

    采用綠色節(jié)能燈具，燈具有美觀和防眩光功能，光源采用節(jié)能的光源，應(yīng)具有良好的顯示性和適宜的色溫，各功能用房的照度標(biāo)準(zhǔn)均符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

   1）金融中心辦公樓選用安科瑞公司的LED直觀燈、LED球泡燈。采用高棚燈及筒燈相結(jié)合的方式作為辦公樓道內(nèi)照明。LED直觀燈作為辦公室內(nèi)照明。

   2）金融中心商業(yè)照明在商場(chǎng)入口和門廳選用安科瑞公司的LED陶瓷射燈、LED模組。可以使用LED模組安裝在圖案標(biāo)識(shí)內(nèi)部，做輔助照明的效果。商場(chǎng)走道選用LED筒燈作為主要照明燈具，結(jié)合日光燈采用暗槽內(nèi)裝的形式，作輔助照明及裝飾效果。

   3）商場(chǎng)店鋪選用安科瑞公司的LED軌道燈、LED射燈。產(chǎn)品展示柜選用T5日光燈在側(cè)面輔助照明、結(jié)合射燈照射突出產(chǎn)品主體的方式。

   4）商場(chǎng)柜臺(tái)選用安科瑞公司的LED硬燈條、LED射燈。筒燈作為主要照明燈，軌道燈做局部點(diǎn)亮用，可以突出展示產(chǎn)品。

   5）地下車庫(kù)選用LED直觀燈。

                                                        表4 金融中心照明燈具選型方案

3.2 智能照明控制系統(tǒng)

    樓梯間采用人體紅外感應(yīng)的節(jié)能自熄開(kāi)關(guān)控制。所有設(shè)備房、管井采用就地控制。地下車庫(kù)、辦公大樓、觀光大堂、商業(yè)走道和公共區(qū)域普通照明采用智能照明控制系統(tǒng)。

    本項(xiàng)目采用分布式智能照明控制系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控，以達(dá)到方便管理和節(jié)能的目的。控制系統(tǒng)是一個(gè)分布式智能照明控制系統(tǒng)，分為3個(gè)區(qū)域（辦公樓、裙樓和地下室）、14個(gè)子網(wǎng)，子網(wǎng)之間通過(guò)大樓綜合布線通信專網(wǎng)，在TCP/IP協(xié)議基礎(chǔ)上進(jìn)行互聯(lián)。子網(wǎng)內(nèi)部模塊單元出現(xiàn)任何故障均不會(huì)影響到其他子網(wǎng)，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)的工作zui大穩(wěn)定性。在強(qiáng)電井每個(gè)智能照明配電箱旁設(shè)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)可編程場(chǎng)景控制面板，安裝高度1.4m。在辦公樓部分、裙樓部分和地下室部分每個(gè)子網(wǎng)各配有時(shí)鐘控制器，用于標(biāo)準(zhǔn)的定時(shí)控制。為方便物業(yè)公司檢修，所有開(kāi)關(guān)回路均采用負(fù)載反饋型繼電器進(jìn)行控制，可以反饋每個(gè)回路的電流值，通過(guò)探測(cè)工作電流值的變化實(shí)現(xiàn)壞燈檢測(cè)。

4、金融中心智能配電監(jiān)控系統(tǒng)

    本金融中心采用安科瑞公司的Acrel-2000智能配電監(jiān)控系統(tǒng)，樓內(nèi)所有配電站（10/0.4kV）、UPS裝置及應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組等設(shè)備均被歸納于智能配電監(jiān)控系統(tǒng)中。整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及數(shù)據(jù)采集模塊、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)站和電力監(jiān)測(cè)管理中心，是一個(gè)分布式的綜合電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

    現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及數(shù)據(jù)采集器主要是：智能化開(kāi)關(guān)、各出線柜上配備的ACR220EL網(wǎng)絡(luò)電力儀表、UPS、自備發(fā)電機(jī)組監(jiān)控器上的數(shù)據(jù)通信接口?，F(xiàn)場(chǎng)斷路器通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊與系統(tǒng)連接。這些監(jiān)控器或模塊就地裝置，獨(dú)立完成其保護(hù)和測(cè)量功能而不依賴通信網(wǎng)，主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)測(cè)量、數(shù)據(jù)采集、處理及作為智能化開(kāi)關(guān)設(shè)備與中央監(jiān)控系統(tǒng)接口、將數(shù)據(jù)通訊上報(bào)紙系統(tǒng)。

    系統(tǒng)監(jiān)測(cè)站主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算處理、保存、顯示和生成報(bào)表。每個(gè)變電站中有一個(gè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)站，負(fù)責(zé)本站內(nèi)的監(jiān)測(cè)。在B2F層設(shè)置了一個(gè)電流監(jiān)測(cè)管理中心，將樓內(nèi)所有系統(tǒng)監(jiān)測(cè)站的信息通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)集中到一起管理已經(jīng)對(duì)各區(qū)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)、處理。監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容有：各變配電站母線段電壓值、電流值；各回路電量的實(shí)時(shí)采集；線電壓、相電流；三相有功功率、無(wú)功功率、有功電能；頻率、功率因數(shù)；電壓不平衡度、電流不平衡度；各斷路器、手車狀態(tài)；變壓器溫度、運(yùn)行狀態(tài)；自備發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)及運(yùn)行監(jiān)測(cè)。

    監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能有：顯示區(qū)域平面系統(tǒng)圖或主菜單；實(shí)時(shí)顯示主接線圖、斷路器、手車、接地刀閘的變?yōu)榍闆r及母線受電情況；實(shí)時(shí)顯示自動(dòng)裝置運(yùn)行狀況圖、電力變壓器非電量回路圖等。在微機(jī)保護(hù)裝置發(fā)生動(dòng)作時(shí)自動(dòng)發(fā)出并產(chǎn)生事件記錄、事故追憶、故障錄波等。

    Acrel-2000智能配電監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)和規(guī)約庫(kù)模板配置將微機(jī)保護(hù)裝置和多功能電力儀表以及各種傳感器連接起來(lái)，把供電系統(tǒng)的各回路電參量、開(kāi)關(guān)狀態(tài)量、電能消耗等通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)的仿真到計(jì)算機(jī)畫面，供電運(yùn)行維護(hù)人員可以通過(guò)監(jiān)控計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)時(shí)了解供電系統(tǒng)的每個(gè)環(huán)節(jié)。在發(fā)生可能導(dǎo)致事故的異常狀況時(shí)可自動(dòng)；在發(fā)生事故時(shí)可產(chǎn)生事件記錄、記錄故障前后波形，甚至可在

    事故發(fā)生后重演事故過(guò)程，并提供各種曲線、柱狀圖等分析圖形和報(bào)表，使配電系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行。

圖3  Acrel-2000智能配電監(jiān)控系統(tǒng)主接線圖

圖4  Acrel-2000智能配電監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)畫面及報(bào)表

圖5  事故追憶畫面及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)表

5、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

   根據(jù)規(guī)范要求，本金融中心設(shè)置安科瑞公司的Acrel-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)剩余電流、過(guò)電流、過(guò)電壓和溫度信號(hào)的采集和監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣火災(zāi)的早期預(yù)防，當(dāng)必要時(shí)能聯(lián)動(dòng)切除被檢測(cè)到剩余電流超標(biāo)的配電回路；另外可以按用戶需求實(shí)現(xiàn)與火災(zāi)自動(dòng)系統(tǒng)或配電監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與共享。該系統(tǒng)具有功能如下：

    1）系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視和控制

    監(jiān)視界面顯示整個(gè)電力監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)圖，動(dòng)態(tài)刷新各電氣設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，并且支持現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制功能。監(jiān)控系統(tǒng)的畫面根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況進(jìn)行組態(tài)。

    2）預(yù)防心電氣火災(zāi)監(jiān)視

    連續(xù)監(jiān)視用電設(shè)備泄露電流的變化、線纜接頭溫度的變化，為配電設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)提供依據(jù)，預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生，保障用戶財(cái)產(chǎn)的安全。

    3）事件管理系統(tǒng)

    在設(shè)備狀態(tài)改變、電網(wǎng)擾動(dòng)和電氣故障時(shí)觸發(fā)并記錄。用戶可以在記錄界面查詢?nèi)我鈺r(shí)段內(nèi)相應(yīng)或動(dòng)作類型下的記錄，各級(jí)操作權(quán)限均可查看該界面的信息。

 圖6 Acrel-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)界面

6、應(yīng)急電源系統(tǒng)

    本金融中心除采用引入市電電源作為備用電源回路外，還設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源，火災(zāi)時(shí)對(duì)消防負(fù)荷供電及平時(shí)市電停電時(shí)對(duì)一二級(jí)負(fù)荷供電。

    由于本工程縱向配電距離長(zhǎng)，高層設(shè)備運(yùn)輸難以解決的問(wèn)題，故在地下二層設(shè)備集中柴油發(fā)電機(jī)房，同時(shí)發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)分開(kāi)高中區(qū)設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)，低區(qū)設(shè)置2組2000kW,0.4kV柴油發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)供電范圍為25層以下變配電所提供應(yīng)急電源，高中區(qū)各設(shè)置2組2000kW,10kV柴油發(fā)電機(jī)分別為25~50層變配電所、65~114層變配電所提供應(yīng)急電源。10kV柴油發(fā)電機(jī)通過(guò)高壓電纜向高中區(qū)配電，之后分別在49層及81層設(shè)置降壓變壓器，為高中區(qū)的應(yīng)急母線段提供電源。

    采用高壓發(fā)電機(jī)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

    1）穩(wěn)定。動(dòng)力強(qiáng)勁，高扭矩，易維護(hù)，易起動(dòng)，反應(yīng)迅速。結(jié)構(gòu)緊湊，具有多重內(nèi)部隔振的整體式緊密結(jié)構(gòu)，體積小，性能可靠，工作壽命長(zhǎng)。

    2）安全。裝備有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)了解機(jī)組運(yùn)行情況，具有多項(xiàng)數(shù)據(jù)顯示、監(jiān)控和停機(jī)功能，耐壓可靠。輸出接線板采用雙重保護(hù)，降低了誤碰觸接線柱或雨水浸入而導(dǎo)致漏電的可能性。

    3）抗干擾性強(qiáng)。采用無(wú)刷永磁式勵(lì)磁交流發(fā)電機(jī)，能提供較高的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)承受能力，并對(duì)非線性負(fù)載產(chǎn)生的主機(jī)定子輸出電壓的波形畸變具有抗干擾性，可提高發(fā)電機(jī)帶非線性負(fù)載能力。

7 結(jié)語(yǔ)

   本金融中心是該城市的中心，建筑面積大，合理的設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)尤為重要。金融中心綜合考慮安全、經(jīng)濟(jì)及后期使用及維護(hù)等要求，在變配電所內(nèi)設(shè)計(jì)了Acrel-2000智能配電監(jiān)控系統(tǒng)、Acrel-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)急電源系統(tǒng)和智能照明控制系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)金融中心內(nèi)遙測(cè)、管理和無(wú)人、少人值班，從而到達(dá)優(yōu)化電能管理，保證安全供電。

參考文獻(xiàn)

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[2] JGJ 16-2008 民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] GB 50052-1995 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]安科瑞電氣股份公司.能效管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝圖冊(cè).2013.11.1合訂本.

作者簡(jiǎn)介：

徐霜，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)獒t(yī)療供配電設(shè)計(jì)