某大型綜合體項(xiàng)目10kV供電方案設(shè)計(jì)與用戶端智能配電系統(tǒng)應(yīng)用

1　項(xiàng)目簡介

    本項(xiàng)目為大型商業(yè)綜合體，包括1棟260m層辦公樓、1棟100m辦公樓、1棟100m酒店及辦公樓，以及商業(yè)裙樓、地下車庫等。項(xiàng)目總建筑面積約34.4萬m2 ，各部分的建筑面積、建筑高度等見表1。

表1 項(xiàng)目概況表

2　供電容量確定

       2.1變壓器安裝容量計(jì)算的幾點(diǎn)考慮

    中壓供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，依據(jù)國家設(shè)計(jì)規(guī)范及當(dāng)?shù)毓╇娫O(shè)計(jì)規(guī)定，確定可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、合理的方案。大型綜合體項(xiàng)目負(fù)荷等級(jí)一般為一級(jí)，當(dāng)采用10kV電壓等級(jí)供電時(shí)，多數(shù)采用兩路10kV電源（雙重電源）進(jìn)線，單母線分段運(yùn)行，設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。平時(shí)兩路電源同時(shí)分列運(yùn)行，互為熱備用；當(dāng)一路電源故障時(shí)，通過手/自動(dòng)操作聯(lián)絡(luò)開關(guān)，由另一路電源負(fù)擔(dān)全部負(fù)荷（或一、二級(jí)負(fù)荷）。當(dāng)兩路電源供電容量不能滿足要求時(shí)，可以采用多組電源進(jìn)線（每組均為雙路）。因此電氣負(fù)荷計(jì)算是配電設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性工作，是供電總體方案確定、變電所規(guī)劃、配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及配電平面設(shè)計(jì)的依據(jù)。一般步驟為在項(xiàng)目設(shè)計(jì)的前期階段利用變壓器單位面積安裝指標(biāo)進(jìn)行估算；在初步設(shè)計(jì)階段利用負(fù)荷密度指標(biāo)進(jìn)行初算，對(duì)估算值進(jìn)行修正；施工圖階段利用需要系數(shù)法進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，對(duì)初算值進(jìn)行修正。影響負(fù)荷計(jì)算的因素：空調(diào)方案、建筑平面布局及功能、可靠性因素及經(jīng)濟(jì)因素等。

    本項(xiàng)目在變壓器安裝容量計(jì)算時(shí)，遵循下列原則：

    考慮到商業(yè)區(qū)域業(yè)態(tài)的不確定及投入使用后仍會(huì)出現(xiàn)經(jīng)常性的調(diào)整，應(yīng)保證足夠的電影容量預(yù)留，在計(jì)算取值時(shí)采用中間偏上數(shù)值。

    本項(xiàng)目酒店為五酒店，經(jīng)營方對(duì)于電影的可靠性要求較高，應(yīng)考慮在1臺(tái)變壓器故障的情況下，另一臺(tái)變壓器仍能保證酒店的基本運(yùn)行，因此酒店變壓器負(fù)荷率設(shè)計(jì)值不宜過高。

    辦公建筑的用電容量相對(duì)穩(wěn)定，裝修照明用電量不會(huì)很大，主要用電負(fù)荷為計(jì)算機(jī)等辦公設(shè)備。應(yīng)盡量避免辦公用電的變壓器安裝容量過大，造成變壓器的實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷率偏低。甲方根據(jù)一已建項(xiàng)目：一臺(tái)1600kVA變壓器低壓側(cè)額定電流值為2300A左右，而實(shí)際運(yùn)行值年平均值才為700A左右，變壓器全年運(yùn)行平均負(fù)荷率為30%左右；提出目前一些辦公建筑變壓器安裝容量偏大，建議負(fù)荷計(jì)算時(shí)予以考慮。

2.2變壓器安裝容量

    本項(xiàng)目辦公類建筑面積比較高，占到50%左右，應(yīng)合理的確定辦公建筑的變壓器容量，盡量避免甲方提到的已建項(xiàng)目出現(xiàn)的情況。因此在辦公建筑負(fù)荷計(jì)算時(shí)采用中間偏下數(shù)值。

    本項(xiàng)目實(shí)際變壓器安裝容量29100kVA，共設(shè)置變壓器20臺(tái)。變壓器平均單位面積安裝容量為84VA/m2，各分區(qū)變壓器單位面積安裝容量見表2。

表2 各分區(qū)單位面積變壓器安裝容量

3　供電方案設(shè)計(jì)

    本項(xiàng)目變壓器安裝容量為29100kVA，已經(jīng)超出了10kV電壓等級(jí)的供電能力。對(duì)于10kV電源的供電容量各地供電部門有不同規(guī)定，一般為8000-16000kVA。在項(xiàng)目前期階段確定采用2組10kV電源進(jìn)線的方案，電源分組方案見表3。

表3  10kV電源分組方案

    2組10kV電源的分組主要考慮3個(gè)原則：供電距離相近、同類功能、2組電源容量盡量平衡。終確定電源分組方案為方案3，設(shè)置2處中壓總配，A-1#總配變壓器安裝容量為13000kVA，B-1#總配變壓器安裝容量為16100kVA。供電方案是采用2組電源進(jìn)線，每組為2路10kV電源，2路電源同時(shí)工作，當(dāng)1路電源失電時(shí)，由另一路電源帶全部負(fù)荷（或一、二級(jí)重要負(fù)荷），供電系統(tǒng)如圖1。

    圖1所示供電系統(tǒng)為一級(jí)負(fù)荷典型的接線圖，此方案為大型公建項(xiàng)目常用方案，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范，可靠性較高。但是，當(dāng)?shù)毓╇姴块T不允許此種接線方式，當(dāng)?shù)毓╇姴块T要求：中壓母線不允許做母聯(lián)開關(guān)，中壓運(yùn)行方式為一用一備，手動(dòng)切換。于是按照供電部門要求進(jìn)行調(diào)整，供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2所示。但是該地區(qū)供電高可靠性貼費(fèi)為330元/kVA，圖2所示系統(tǒng)備用容量為29100kVA，按規(guī)定需繳納供電高可靠性貼費(fèi)為960萬元。甲方不接受繳納如此多貼費(fèi)，希望調(diào)整方案。

    終經(jīng)甲方，供電部門及設(shè)計(jì)院三方協(xié)商，確定供電方案如圖3，采用二用一備中壓供電方案。2路主用電源引自1個(gè)區(qū)域變電站，1路備用電源引自另1區(qū)域變電站。且備用容量為變壓器總安裝容量的50%，即14550kVA，這樣既不會(huì)因?yàn)閭溆萌萘刻喽嗬U納供電高可靠性貼費(fèi)，也不會(huì)因?yàn)?路主供電源同時(shí)失電時(shí)，備用容量仍可以保證該項(xiàng)目一般數(shù)量的變壓器滿負(fù)荷運(yùn)行。

                 圖1 原供電方案                    圖2 修改方案

圖3 終供電方案圖

4　智能配電系統(tǒng)

    4.1配電一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)

     根據(jù)圖3確定的供電方案，本項(xiàng)目在備用電源投入時(shí)，將50%總配出現(xiàn)開關(guān)閉鎖，只允許50%出現(xiàn)開關(guān)處于閉合狀態(tài)，以保證50%變壓器能夠滿負(fù)荷運(yùn)行。B-1#總配的10kV配電一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 B-1#總配的10kV配電一次系統(tǒng)圖

    4.2 智能配電保護(hù)裝置選擇

    為了能準(zhǔn)確采集供電系統(tǒng)的電參量信號(hào)與非電量信號(hào)，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的保護(hù)和測控，在一次系統(tǒng)里合理配置了安科瑞電氣股份有限公司的AM5系列保護(hù)裝置和ASD系列開關(guān)柜綜合測控裝置，以確保供電系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，具體包括：2個(gè)主供電源進(jìn)線側(cè)開關(guān)柜上選配AM5-F進(jìn)線保護(hù)裝置；冷凍機(jī)房側(cè)開關(guān)柜上選配AM5-M電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置；變壓器出線柜上選配AM5-T變壓器保護(hù)裝置；一般出線柜上選配AM5-F進(jìn)線/饋線保護(hù)裝置；PT柜上選配AM5-U PT監(jiān)測裝置等。各裝置外形與功能說明見表4，其中AM5系列保護(hù)裝置詳細(xì)功能可參見表5。

表4 各保護(hù)測控裝置功能列表

    在設(shè)計(jì)時(shí)，主用電源開關(guān)與備用電源開關(guān)設(shè)電氣連鎖，2個(gè)開關(guān)只能有1個(gè)閉合。備用電源進(jìn)線開關(guān)與WH6-WH10開關(guān)設(shè)電氣連鎖，WH6-WH10開關(guān)處于分?jǐn)酄顟B(tài)是備用電源開關(guān)閉合的必要條件。

表5 配電系統(tǒng)保護(hù)裝置詳細(xì)功能

4.3 Acrel-2000用戶端智能配電系統(tǒng)

    在配電系統(tǒng)里合理配置了保護(hù)、測控等設(shè)備后，根據(jù)該綜合體用電規(guī)模、用電設(shè)備分布和占地面積等多方面信息，采用分層分布式設(shè)計(jì)了智能配電系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以飛為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場設(shè)備層。

    站控管理層設(shè)于中心變電站值班室，包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、打印機(jī)、UPS、對(duì)時(shí)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)裝置以及Acrel-2000監(jiān)控軟件。站控管理層計(jì)算機(jī)可以放置于值班室的操作臺(tái)面上，也可以安裝于網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜組成監(jiān)控屏。網(wǎng)絡(luò)通訊層包含通訊采集器、光端機(jī)以及用于和站控層連接的其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，安裝于通訊采集箱，通訊采集箱和現(xiàn)場設(shè)備層裝置就近安裝，掛墻明裝。通訊層是一個(gè)承上啟下的物理層，負(fù)責(zé)把設(shè)備層裝置的信息傳送給站控層，并且把站控層的命令下達(dá)給設(shè)備層裝置?，F(xiàn)場設(shè)備層包含中低壓柜上的AM5系列保護(hù)裝置、ASD系列開關(guān)柜測控裝置、多功能電力儀表、溫控儀、直流屏等。Acrel-2000監(jiān)控軟件是基于Windows平臺(tái)的應(yīng)用軟件，能夠模擬用戶的供配電網(wǎng)絡(luò)，提供監(jiān)測、遙信、遙控、遙調(diào)、告警、報(bào)表、事故記錄分析等功能。Acrel-2000配電系統(tǒng)圖如圖5所示。

圖5  Acrel-2000配電監(jiān)控系統(tǒng) 

5 供電配電方案分析

    大型綜合體項(xiàng)目在實(shí)施過程中遇到2個(gè)問題，使得初的10kV供電設(shè)計(jì)方案不斷調(diào)整：一是當(dāng)?shù)毓╇姴块T不允許主、備用電源同時(shí)運(yùn)行，而且對(duì)備用電源收取高可靠性貼費(fèi)；二是甲方希望盡量減少供電系統(tǒng)造價(jià)，尤其不希望支付電源高可靠性貼費(fèi)。為同時(shí)滿足甲方、供電部門、設(shè)計(jì)院三方的要求，設(shè)計(jì)在不違反規(guī)范的前提下去誒的那個(gè)了各方都可以接收的供電方案，終采用圖3所示的10kV二用一備的供電方案。                        

    在圖3的供電方案下，選用安科瑞電氣股份有限公司的Acrel-2000配電監(jiān)控系統(tǒng)，并配備安科瑞公司的微機(jī)保護(hù)裝置、開關(guān)柜綜合測控裝置、多功能電力儀表等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)智能的終端用戶變電站配電自動(dòng)化系統(tǒng)。其中配備的AM5系列保護(hù)測控裝置集保護(hù)、測量、控制于一體，針對(duì)不同一次設(shè)備可以靈活配置不同的保護(hù)功能，可以實(shí)現(xiàn)35kV及以下電壓等級(jí)變配電站保護(hù)測控功能，適用于線路、母聯(lián)、配電變壓器、高壓電動(dòng)機(jī)、高壓電容器等設(shè)備的保護(hù)和自動(dòng)控制功能。裝置采用成熟可靠的保護(hù)原理和算法，抗干擾性能強(qiáng)，可靠性高，保護(hù)實(shí)現(xiàn)方式靈活，通訊采用冗余設(shè)計(jì)。裝置采用全圖形化編程技術(shù)，可以根據(jù)需要對(duì)裝置進(jìn)行邏輯編程，滿足多數(shù)用戶的要求。如果保護(hù)測控裝置在使用過程中需要更換保護(hù)功能，只需通過裝置的維護(hù)端口更新內(nèi)置邏輯圖即可，實(shí)現(xiàn)方式簡單靈活。

參考文獻(xiàn)：

[1]某大型綜合體項(xiàng)目10kV供電方案分析.供電與配電.2013.11

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[3]安科瑞電氣股份有限公司能效管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝圖冊(cè)2013.11版.