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趙娜
安科瑞電氣股份有限公司 上海 嘉定 201801
1 項目簡介
本項目為大型商業綜合體，包括1棟260m超高層辦公樓、1棟100m辦公樓、1棟100m酒店及辦公樓，以及商業裙樓、地下車庫等。項目總建筑面積約34.4萬m2 ，各部分的建筑面積、建筑高度等見表1。
表1 項目概況表
項目區域 | I區塔樓 | II區塔樓 | III區塔樓 | IV區裙樓 | V區地下 |
使用性質 | 辦公 | 酒店、辦公 | 辦公 | 商業、餐飲 | 站房、車庫 |
層數 | 56層 | 26層 | 26層 | 8層 | 地下3層 |
建筑高度 | 260m | 100m | 100m | 34m | -12.9m |
建筑面積 | 12萬m2 | 5萬m2 | 3.5萬m2 | 8.8萬m2 | 5.1萬m2 |
2 供電容量確定
2.1變壓器安裝容量計算的幾點考慮
中壓供電系統的設計應根據項目特點，依據家設計規范及當地供電設計規定，確定可靠、安全、經濟、合理的方案。大型綜合體項目負荷等級般為級，當采用10kV電壓等級供電時，多數采用兩路10kV電源（雙重電源）進線，單母線分段運行，設聯絡開關。平時兩路電源同時分列運行，互為熱備用；當路電源故障時，通過手/自動操作聯絡開關，由另路電源負擔全部負荷（或、二級負荷）。當兩路電源供電容量不能滿足要求時，可以采用多組電源進線（每組均為雙路）。因此電氣負荷計算是配電設計的zui基礎性工作，是供電總體方案確定、變電所規劃、配電系統設計及配電平面設計的依據。般步驟為在項目設計的期階段利用變壓器單位面積安裝指標進行估算；在初步設計階段利用負荷密度指標進行初算，對估算值進行修正；施工圖階段利用需要系數法進行詳細計算，對初算值進行修正。影響負荷計算的因素：空調方案、建筑平面布局及功能、可靠性因素及經濟因素等。
本項目在變壓器安裝容量計算時，遵循下列原則：
2.2變壓器安裝容量
本項目辦公類建筑面積比較高，占到50%左右，應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目出現的情況。因此在辦公建筑負荷計算時采用中間偏下數值。
本項目實際變壓器安裝容量29100kVA，共設置變壓器20臺。變壓器平均單位面積安裝容量為84VA/m2，各分區變壓器單位面積安裝容量見表2。
表2 各分區單位面積變壓器安裝容量
用電范圍 | 建筑面積 （m2） | 安裝容量 （kVA） | 單位面積安裝容量（kVA/m2） |
酒店（包括冷機） | 33019 | 4000 | 121 |
商業（不包括冷機） | 88533 | 8900+2080 | 124 |
辦公（不包括冷機） | 174370 | 9800 | 56 |
車庫、站房 | 50919 | 1120 | 22 |
冷凍機房（非酒店部分） | 262903 | 3200 | 12 |
3 供電方案設計
本項目變壓器安裝容量為29100kVA，已經超出了10kV電壓等級的供電能力。對于10kV電源的供電容量各地供電部門有不同規定，般為8000-16000kVA。在項目期階段確定采用2組10kV電源進線的方案，電源分組方案見表3。
表3 10kV電源分組方案
方案 | *組中壓 | 二組中壓 | 分組特點 |
方案1 | I區辦公，III區辦公， IV區商業（局部），冷凍機房 | II區酒店、辦公，IV區商業（局部）、餐飲， 地下車庫、站房 | 就近區域供電，避免10kV線路交叉 |
方案2 | I區辦公，II區酒店， II區辦公，III區辦公 | 冷凍機房， IV區商業、餐飲， V區地下車庫、站房 | 便于商業獨立經營，存在10kV線路交叉 |
方案3 | I區辦公，II區辦公， III區辦公，冷凍機房 | II區酒店， IV區商業、餐飲， V區地下車庫、站房 | 兼顧就近區域供電及運營管理方便 |
2組10kV電源的分組主要考慮3個原則：供電距離相近、同類功能、2組電源容量盡量平衡。zui終確定電源分組方案為方案3，設置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組電源進線，每組為2路10kV電源，2路電源同時工作，當1路電源失電時，由另路電源帶全部負荷（或、二級重要負荷），供電系統如圖1。
圖1所示供電系統為級負荷典型的接線圖，此方案為大型公建項目常用方案，滿足設計規范，可靠性較高。但是，當地供電部門不允許此種接線方式，當地供電部門要求：中壓母線不允許做母聯開關，中壓運行方式為用備，手動切換。于是按照供電部門要求進行調整，供電系統設計如圖2所示。但是該地區供電高可靠性貼費為330元/kVA，圖2所示系統備用容量為29100kVA，按規定需繳納供電高可靠性貼費為960萬元。甲方不接受繳納如此多貼費，希望調整方案。
zui終經甲方，供電部門及設計院三方協商，確定供電方案如圖3，采用二用備中壓供電方案。2路主用電源引自1個區域變電站，1路備用電源引自另1區域變電站。且備用容量為變壓器總安裝容量的50%，即14550kVA，這樣既不會因為備用容量太多而多繳納供電高可靠性貼費，也不會因為2路主供電源同時失電時，備用容量仍可以保證該項目般數量的變壓器滿負荷運行。
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4 智能配電系統
4.1配電次系統設計
根據圖3確定的供電方案，本項目在備用電源投入時，將50%總配出現開關閉鎖，只允許50%出現開關處于閉合狀態，以保證50%變壓器能夠滿負荷運行。B-1#總配的10kV配電次系統設計如圖4所示。
圖4 B-1#總配的10kV配電次系統圖
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4.2 智能配電保護裝置選擇
為了能準確采集供電系統的電參量信號與非電量信號，實現供電系統的全面保護和測控，在次系統里合理配置了安科瑞電氣股份有限公司的AM5系列保護裝置和ASD系列開關柜綜合測控裝置，以確保供電系統穩定可靠運行，具體包括：2個主供電源進線側開關柜上選配AM5-F進線保護裝置；冷凍機房側開關柜上選配AM5-M電動機保護裝置；變壓器出線柜上選配AM5-T變壓器保護裝置；般出線柜上選配AM5-F進線/饋線保護裝置；PT柜上選配AM5-U PT監測裝置等。各裝置外形與功能說明見表4，其中AM5系列保護裝置詳細功能可參見表5。
表4 各保護測控裝置功能列表
應用場合 |
| 型號 | 主要功能 |
變配電系統變電站開關柜 |
| AM5系列 | 為變配電系統提供全面的保護和測控功能，可適用于線路、母聯、配電變壓器、高壓電動機、高壓電容器等設備的保護和自動控制功能。 |
ASD系列開關柜綜合測控裝置 |
| ASD300 | 具有次系統動態模擬顯示、開關狀態指示、高壓帶電顯示、自動溫濕度控制、人體感應自動照明、語音提示、電參量測量、RS485通訊 |
| ASD200 |
具有次系統動態模擬顯示、開關狀態指示、高壓帶電顯示、自動溫濕度控制、語音提示、、RS485通訊
| |
| ASD100 | 具有次系統動態模擬顯示、開關狀態指示、高壓帶電顯示、自動溫濕度控制 |
在設計時，主用電源開關與備用電源開關設電氣連鎖，2個開關只能有1個閉合。備用電源進線開關與WH6-WH10開關設電氣連鎖，WH6-WH10開關處于分斷狀態是備用電源開關閉合的必要條件。
表5 配電系統保護裝置詳細功能
用途
型號 功能 | 線路 保護 | 電容器保護 | 電動機保護 <2000kW | 廠用變保護 | 母聯保護及備自投 | PT監測 |
AM5-F | AM5-C | AM5-M | AM5-T | AM5-B | AM5-U | |
電流采集 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 0 |
電壓采集 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
開關量采集 | 16 | 16 | 16 | 16 | 16 | 16 |
繼電器輸出 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
保護功能 |
| |||||
三段過流保護 | √ |
|
| √ |
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兩段過流保護 |
| √ | √ |
| √ |
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兩段I01過流 | √ | √ | √ | √ |
|
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兩段I02過流 | √ |
|
| √ |
|
|
反時限過流保護 | √ | √ | √ | √ | √ |
|
I01反時限過流保護 |
|
|
| √ |
|
|
I02反時限過流保護 |
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| √ |
|
|
過負荷告警 | √ |
| √ | √ |
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|
過負荷跳閘 | √ |
| √ | √ |
|
|
控制回路斷線告警 | √ | √ | √ | √ | √ |
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低電壓保護 |
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| √ |
|
| √告警 |
PT斷線告警 | √ | √ | √ | √ | √ | √ |
三相次重合閘 | √ |
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|
|
低頻減載 | √ |
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|
|
|
|
后加速過流 | √ |
|
|
| √ |
|
過電壓告警 |
|
|
|
|
| √ |
過電壓跳閘 |
| √ |
|
|
|
|
堵轉保護 |
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| √ |
|
|
|
欠電壓保護 |
| √ |
|
|
|
|
不平衡電壓保護 |
| √ |
|
|
|
|
不平衡電流保護 |
| √ |
|
|
|
|
序過壓保護 |
| √ |
|
|
|
|
序過壓告警 |
|
| √ |
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| √ |
非電量保護 |
| √ | √ | √ |
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啟動時間過長 |
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| √ |
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熱過載保護 |
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| √ |
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負序過流（兩段/反時限） |
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| √ |
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進線備投/母聯備投 |
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| √ |
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FC閉鎖 | √ |
| √ | √ |
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4.3 Acrel-2000用戶端智能配電系統
在配電系統里合理配置了保護、測控等設備后，根據該綜合體用電規模、用電設備分布和占地面積等多方面信息，采用分層分布式設計了智能配電系統。該系統可以飛為三層：站控管理層、網絡通訊層和現場設備層。
站控管理層設于中心變電站值班室，包括監控計算機、網絡交換機、打印機、UPS、對時裝置、遠動裝置以及Acrel-2000監控軟件。站控管理層計算機可以放置于值班室的操作臺面上，也可以安裝于網絡機柜組成監控屏。網絡通訊層包含通訊采集器、光端機以及用于和站控層連接的其他網絡設備，安裝于通訊采集箱，通訊采集箱和現場設備層裝置就近安裝，掛墻明裝。通訊層是個承上啟下的物理層，負責把設備層裝置的信息傳送給站控層，并且把站控層的命令下達給設備層裝置。現場設備層包含中低壓柜上的AM5系列保護裝置、ASD系列開關柜測控裝置、多功能電力儀表、溫控儀、直流屏等。Acrel-2000監控軟件是基于Windows平臺的應用軟件，能夠模擬用戶的供配電網絡，提供監測、遙信、遙控、遙調、告警、報表、事故記錄分析等功能。Acrel-2000配電系統圖如圖5所示。
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5 供電配電方案分析
大型綜合體項目在實施過程中遇到2個問題，使得zui初的10kV供電設計方案不斷調整：是當地供電部門不允許主、備用電源同時運行，而且對備用電源收取高可靠性貼費；二是甲方希望盡量減少供電系統造價，尤其不希望支付電源高可靠性貼費。為同時滿足甲方、供電部門、設計院三方的要求，設計在不違反規范的提下去誒的那個了各方都可以接收的供電方案，zui終采用圖3所示的10kV二用備的供電方案。
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配電監控系統，并配備安科瑞公司的微機保護裝置、開關柜綜合測控裝置、多功能電力儀表等設備，實現智能的終端用戶變電站配電自動化系統。其中配備的AM5系列保護測控裝置集保護、測量、控制于體，針對不同次設備可以靈活配置不同的保護功能，可以實現35kV及以下電壓等級變配電站全面保護測控功能，適用于線路、母聯、配電變壓器、高壓電動機、高壓電容器等設備的保護和自動控制功能。裝置采用先進成熟可靠的保護原理和算法，抗干擾性能強，可靠性高，保護實現方式靈活，通訊采用冗余設計。裝置采用全圖形化編程技術，可以根據需要對裝置進行邏輯編程，滿足多數用戶的要求。如果保護測控裝置在使用過程中需要換保護功能，只需通過裝置的維護端口新內置邏輯圖即可，實現方式簡單靈活。
參考文獻：
[1]某大型綜合體項目10kV供電方案分析.供電與配電.2013.11
[2]安科瑞電氣股份有限公司產品選型手冊2013.1版.
[3]安科瑞電氣股份有限公司能效管理系統設計安裝圖冊2013.11版.
作者簡介：
趙娜，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能配電系統設計，:
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