某金融中心的智能供配電系統(tǒng)設計

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個區(qū)域，另外還設有51、52層與83、84層兩個空中大廳。作為城市中心的商業(yè)地標，將云集熱門商業(yè)公司及企業(yè)。

    本項目的設計理念為：

    1、安全性。作為城市地標性建筑，其政治、經濟地位的重要性，安全應為其首要考慮因素，本項目在依循規(guī)范標準的基礎之上更對建筑物用電安全作出了更高的標準。

    2、舒適性。本項目以人為本，努力營造一種舒適、的辦公環(huán)境。同時結合智能控制系統(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)能設計是非常必要的。電氣工程節(jié)能設計，是為了滿足人的正常需要后，通過技術創(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。本項目工程系統(tǒng)龐大，必然給后期物業(yè)管理、維護和檢修帶來繁重的工作量，故在本設計中合理使用智能化系統(tǒng)，以節(jié)約人力、財力。

2、變配電設計

    依據(jù)相關規(guī)范進行負荷分級，根據(jù)工程特點，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房負荷（1號高壓配電室）、地下室至塔樓42層以下負荷（2號高壓配電室）、塔樓43及以上符合（3號高壓配電室）供電。本工程電源編號為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荷如表1。

 表1 主備用電源組合方式及所帶負荷

2.1 10kV配電

    主備用電源關系如圖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，備用回路電源可帶負荷或兩路主用同時斷電時可帶一二級負荷。

圖1 主備用電源關系

    10kV配電柜采用可抽出式、全封閉型、中置滑架式結構，柜體具有可靠的防止無操作的“五防"裝置，10kV斷路器采用真空式。進線柜安裝安科瑞公司的微機線路保護裝置，采用過電流、速斷保護；變壓器出線柜安裝安科瑞公司的微機變壓器保護裝置，采用過電流及速斷保護、接地保護、變壓器非電量保護（高溫、超溫跳閘保護）等；電壓互感器柜安裝安科瑞公司的微機PT監(jiān)測裝置，實時監(jiān)測PT電壓，并對PT進行過電壓、欠電壓等保護；電機出線柜安裝安科瑞公司的微機電動機保護裝置，采用過電流及速斷保護、接地保護、負序電流保護等。

    10kV配電柜上配置的二次設備見表2。

                                                               表2  配電柜二次設備

2.2 變壓器

     從設備投資、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行系列比較，變配電所選址按下述方案進行，主站設置在B2層，分站設置在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關柜、柜體設計和結構符合和標準，柜內受點主開關及母聯(lián)開關采用空氣斷路器，出線開關以塑殼斷路器為主。各配電站內的380V低壓配電系統(tǒng)如圖2設計，10kV/0.4kV變壓器降壓后進入低壓進線柜，再經無功補償柜，柜內裝設安科瑞公司的ARC-12/J的無功補償控制器，其是帶微處理器的自動功率因數(shù)調節(jié)器，電容器為干式。各低壓出線柜上均裝設ACR系列網絡電力儀表，可對低壓線路進行三相電壓、電流、有功功率及電度測量。

    低壓配電柜上各電氣設備的選型參考表2。

圖2 低壓配電系統(tǒng)圖

3、照明配電設計

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，應具有良好的顯示性和適宜的色溫，各功能用房的照度標準均符合現(xiàn)行國家標準。

   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合的方式作為辦公樓道內照明。LED直觀燈作為辦公室內照明。

   2）金融中心商業(yè)照明在商場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模組安裝在圖案標識內部，做輔助照明的效果。商場走道選用LED筒燈作為主要照明燈具，結合日光燈采用暗槽內裝的形式，作輔助照明及裝飾效果。

   3）商場店鋪選用安科瑞公司的LED軌道燈、LED射燈。產品展示柜選用T5日光燈在側面輔助照明、結合射燈照射突出產品主體的方式。

   4）商場柜臺選用安科瑞公司的LED硬燈條、LED射燈。筒燈作為主要照明燈，軌道燈做局部點亮用，可以突出展示產品。

   5）地下車庫選用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的節(jié)能自熄開關控制。所有設備房、管井采用就地控制。地下車庫、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)。

    本項目采用分布式智能照明控制系統(tǒng)進行集中監(jiān)控，以達到方便管理和節(jié)能的目的。控制系統(tǒng)是一個分布式智能照明控制系統(tǒng)，分為3個區(qū)域（辦公樓、裙樓和地下室）、14個子網，子網之間通過大樓綜合布線通信專網，在TCP/IP協(xié)議基礎上進行互聯(lián)。子網內部模塊單元出現(xiàn)任何故障均不會影響到其他子網，從而保證了整個系統(tǒng)的工作zui大穩(wěn)定性。在強電井每個智能照明配電箱旁設現(xiàn)場手動可編程場景控制面板，安裝高度1.4m。在辦公樓部分、裙樓部分和地下室部分每個子網各配有時鐘控制器，用于標準的定時控制。為方便物業(yè)公司檢修，所有開關回路均采用負載反饋型繼電器進行控制，可以反饋每個回路的電流值，通過探測工作電流值的變化實現(xiàn)壞燈檢測。

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)，樓內所有配電站（10/0.4kV）、UPS裝置及應急柴油發(fā)電機組等設備均被歸納于智能配電監(jiān)控系統(tǒng)中。整個監(jiān)測系統(tǒng)由三個部分組成：現(xiàn)場設備及數(shù)據(jù)采集模塊、系統(tǒng)監(jiān)測站和電力監(jiān)測管理中心，是一個分布式的綜合電力監(jiān)測系統(tǒng)。

    現(xiàn)場設備及數(shù)據(jù)采集器主要是：智能化開關、各出線柜上配備的ACR220EL網絡電力儀表、UPS、自備發(fā)電機組監(jiān)控器上的數(shù)據(jù)通信接口。現(xiàn)場斷路器通過數(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，獨立完成其保護和測量功能而不依賴通信網，主要負責現(xiàn)場參數(shù)測量、數(shù)據(jù)采集、處理及作為智能化開關設備與中央監(jiān)控系統(tǒng)接口、將數(shù)據(jù)通訊上報紙系統(tǒng)。

    系統(tǒng)監(jiān)測站主要負責對數(shù)據(jù)采集模塊通過通訊網絡傳來的數(shù)據(jù)進行實時計算處理、保存、顯示和生成報表。每個變電站中有一個系統(tǒng)監(jiān)測站，負責本站內的監(jiān)測。在B2F層設置了一個電流監(jiān)測管理中心，將樓內所有系統(tǒng)監(jiān)測站的信息通過通信網絡集中到一起管理已經對各區(qū)信息數(shù)據(jù)進行集中監(jiān)測、處理。監(jiān)測主要內容有：各變配電站母線段電壓值、電流值；各回路電量的實時采集；線電壓、相電流；三相有功功率、無功功率、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、運行狀態(tài)；自備發(fā)電機組的啟動及運行監(jiān)測。

    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；實時顯示主接線圖、斷路器、手車、接地刀閘的變?yōu)榍闆r及母線受電情況；實時顯示自動裝置運行狀況圖、電力變壓器非電量回路圖等。在微機保護裝置發(fā)生動作時自動發(fā)出并產生事件記錄、事故追憶、故障錄波等。

    Acrel-2000智能配電監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)和規(guī)約庫模板配置將微機保護裝置和多功能電力儀表以及各種傳感器連接起來，把供電系統(tǒng)的各回路電參量、開關狀態(tài)量、電能消耗等通過通訊網絡實時的仿真到計算機畫面，供電運行維護人員可以通過監(jiān)控計算機來實時了解供電系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)。在發(fā)生可能導致事故的異常狀況時可自動；在發(fā)生事故時可產生事件記錄、記錄故障前后波形，甚至可在

    事故發(fā)生后重演事故過程，并提供各種曲線、柱狀圖等分析圖形和報表，使配電系統(tǒng)自動化運行。

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)實時監(jiān)測畫面及報表

圖5  事故追憶畫面及監(jiān)測數(shù)據(jù)報表

5、電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

   根據(jù)規(guī)范要求，本金融中心設置安科瑞公司的Acrel-6000電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)通過對剩余電流、過電流、過電壓和溫度信號的采集和監(jiān)視，實現(xiàn)對電氣火災的早期預防，當必要時能聯(lián)動切除被檢測到剩余電流超標的配電回路；另外可以按用戶需求實現(xiàn)與火災自動系統(tǒng)或配電監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換與共享。該系統(tǒng)具有功能如下：

    1）系統(tǒng)運行監(jiān)視和控制

    監(jiān)視界面顯示整個電力監(jiān)控系統(tǒng)的網絡圖，動態(tài)刷新各電氣設備的實時運行參數(shù)和運行狀態(tài)，并且支持現(xiàn)場設備的遠程控制功能。監(jiān)控系統(tǒng)的畫面根據(jù)現(xiàn)場實際狀況進行組態(tài)。

    2）預防心電氣火災監(jiān)視

    連續(xù)監(jiān)視用電設備泄露電流的變化、線纜接頭溫度的變化，為配電設備的預防性維護提供依據(jù)，預防電氣火災的發(fā)生，保障用戶財產的安全。

    3）事件管理系統(tǒng)

    在設備狀態(tài)改變、電網擾動和電氣故障時觸發(fā)并記錄。用戶可以在記錄界面查詢任意時段內相應或動作類型下的記錄，各級操作權限均可查看該界面的信息。

 圖6 Acrel-6000電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)界面

6、應急電源系統(tǒng)

    本金融中心除采用引入市電電源作為備用電源回路外，還設置柴油發(fā)電機作為應急電源，火災時對消防負荷供電及平時市電停電時對一二級負荷供電。

    由于本工程縱向配電距離長，高層設備運輸難以解決的問題，故在地下二層設備集中柴油發(fā)電機房，同時發(fā)電機房內分開高中區(qū)設置柴油發(fā)電機，低區(qū)設置2組2000kW,0.4kV柴油發(fā)電機，發(fā)電機供電范圍為25層以下變配電所提供應急電源，高中區(qū)各設置2組2000kW,10kV柴油發(fā)電機分別為25~50層變配電所、65~114層變配電所提供應急電源。10kV柴油發(fā)電機通過高壓電纜向高中區(qū)配電，之后分別在49層及81層設置降壓變壓器，為高中區(qū)的應急母線段提供電源。

    采用高壓發(fā)電機主要有以下優(yōu)點：

    1）穩(wěn)定。動力強勁，高扭矩，易維護，易起動，反應迅速。結構緊湊，具有多重內部隔振的整體式緊密結構，體積小，性能可靠，工作壽命長。

    2）安全。裝備有監(jiān)測系統(tǒng)，可實時了解機組運行情況，具有多項數(shù)據(jù)顯示、監(jiān)控和停機功能，耐壓可靠。輸出接線板采用雙重保護，降低了誤碰觸接線柱或雨水浸入而導致漏電的可能性。

    3）抗干擾性強。采用無刷永磁式勵磁交流發(fā)電機，能提供較高的電動機起動承受能力，并對非線性負載產生的主機定子輸出電壓的波形畸變具有抗干擾性，可提高發(fā)電機帶非線性負載能力。

7 結語

   本金融中心是該城市的中心，建筑面積大，合理的設計供配電系統(tǒng)尤為重要。金融中心綜合考慮安全、經濟及后期使用及維護等要求，在變配電所內設計了Acrel-2000智能配電監(jiān)控系統(tǒng)、Acrel-6000電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)、應急電源系統(tǒng)和智能照明控制系統(tǒng)，能實現(xiàn)金融中心內遙測、管理和無人、少人值班，從而到達優(yōu)化電能管理，保證安全供電。

參考文獻

[1] 淺析平安金融中心供配電系統(tǒng).李萍.供配電.電氣應用.增刊.2014.

[2] JGJ 16-2008 民用建筑電氣設計規(guī)范[S].

[3] GB 50052-1995 供配電系統(tǒng)設計規(guī)范[S].

[4]安科瑞電氣股份公司.能效管理系統(tǒng)設計安裝圖冊.2013.11.1合訂本.

作者簡介：

徐霜，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為醫(yī)療供配電設計