某大型综合体项目10kV供电方案设计与用户端智能配电系统应用

赵斌

安科瑞电气股份有限公司  上海 嘉定 201801

1　项目简介

本项目为大型商业综合体，包括1栋260m超高层办公楼、1栋100m办公楼、1栋100m酒店及办公楼，以及商业裙楼、地下车库等。项目总建筑面积约34.4万m² ，各部分的建筑面积、建筑高度等见表1。

表1 项目概况表

项目区域

I区塔楼

II区塔楼

III区塔楼

IV区裙楼

V区地下

使用性质

办公

酒店、办公

办公

商业、餐饮

站房、车库

层数

56层

26层

26层

8层

地下3层

建筑高度

260m

100m

100m

34m

-12.9m

建筑面积

12万m²

5万m²

3.5万m²

8.8万m²

5.1万m²

2　供电容量确定

2.1变压器安装容量计算的几点考虑

中压供电系统的设计应根据项目特点，依据国家设计规范及当地供电设计规定，确定可靠、安全、经济、合理的方案。大型综合体项目负荷等级一般为一级，当采用10kV电压等级供电时，多数采用两路10kV电源（双重电源）进线，单母线分段运行，设联络开关。平时两路电源同时分列运行，互为热备用；当一路电源故障时，通过手/自动操作联络开关，由另一路电源负担全部负荷（或一、二级负荷）。当两路电源供电容量不能满足要求时，可以采用多组电源进线（每组均为双路）。因此电气负荷计算是配电设计的最基础性工作，是供电总体方案确定、变电所规划、配电系统设计及配电平面设计的依据。一般步骤为在项目设计的前期阶段利用变压器单位面积安装指标进行估算；在初步设计阶段利用负荷密度指标进行初算，对估算值进行修正；施工图阶段利用需要系数法进行详细计算，对初算值进行修正。影响负荷计算的因素：空调方案、建筑平面布局及功能、可靠性因素及经济因素等。

本项目在变压器安装容量计算时，遵循下列原则：

2.2变压器安装容量

本项目办公类建筑面积比较高，占到50%左右，应合理的确定办公建筑的变压器容量，尽量避免甲方提到的已建项目出现的情况。因此在办公建筑负荷计算时采用中间偏下数值。

本项目实际变压器安装容量29100kVA，共设置变压器20台。变压器平均单位面积安装容量为84VA/m²，各分区变压器单位面积安装容量见表2。

表2 各分区单位面积变压器安装容量

用电范围

建筑面积

（m²）

安装容量

（kVA）

单位面积安装容量（kVA/m²）

酒店（包括冷机）

33019

4000

121

商业（不包括冷机）

88533

8900+2080

124

办公（不包括冷机）

174370

9800

56

车库、站房

50919

1120

22

冷冻机房（非酒店部分）

262903

3200

12

3　供电方案设计

本项目变压器安装容量为29100kVA，已经超出了10kV电压等级的供电能力。对于10kV电源的供电容量各地供电部门有不同规定，一般为8000-16000kVA。在项目前期阶段确定采用2组10kV电源进线的方案，电源分组方案见表3。

表3  10kV电源分组方案

方案

第一组中压

第二组中压

分组特点

方案1

I区办公，III区办公，

IV区商业（局部），冷冻机房

II区酒店、办公，IV区商业（局部）、餐饮，

地下车库、站房

就近区域供电，避免10kV线路交叉

方案2

I区办公，II区酒店，

II区办公，III区办公

冷冻机房，

IV区商业、餐饮，

V区地下车库、站房

便于商业独立经营，存在10kV线路交叉

方案3

I区办公，II区办公，

III区办公，冷冻机房

II区酒店，

IV区商业、餐饮，

V区地下车库、站房

兼顾就近区域供电及运营管理方便

2组10kV电源的分组主要考虑3个原则：供电距离相近、同类功能、2组电源容量尽量平衡。最终确定电源分组方案为方案3，设置2处中压总配，A-1#总配变压器安装容量为13000kVA，B-1#总配变压器安装容量为16100kVA。供电方案是采用2组电源进线，每组为2路10kV电源，2路电源同时工作，当1路电源失电时，由另一路电源带全部负荷（或一、二级重要负荷），供电系统如图1。

图1所示供电系统为一级负荷典型的接线图，此方案为大型公建项目常用方案，满足设计规范，可靠性较高。但是，当地供电部门不允许此种接线方式，当地供电部门要求：中压母线不允许做母联开关，中压运行方式为一用一备，手动切换。于是按照供电部门要求进行调整，供电系统设计如图2所示。但是该地区供电高可靠性贴费为330元/kVA，图2所示系统备用容量为29100kVA，按规定需缴纳供电高可靠性贴费为960万元。甲方不接受缴纳如此多贴费，希望调整方案。

最终经甲方，供电部门及设计院三方协商，确定供电方案如图3，采用二用一备中压供电方案。2路主用电源引自1个区域变电站，1路备用电源引自另1区域变电站。且备用容量为变压器总安装容量的50%，即14550kVA，这样既不会因为备用容量太多而多缴纳供电高可靠性贴费，也不会因为2路主供电源同时失电时，备用容量仍可以保证该项目一般数量的变压器满负荷运行。

4　智能配电系统

4.1配电一次系统设计

根据图3确定的供电方案，本项目在备用电源投入时，将50%总配出现开关闭锁，只允许50%出现开关处于闭合状态，以保证50%变压器能够满负荷运行。B-1#总配的10kV配电一次系统设计如图4所示。

图4 B-1#总配的10kV配电一次系统图

4.2 智能配电保护装置选择

为了能准确采集供电系统的电参量信号与非电量信号，实现供电系统的全面保护和测控，在一次系统里合理配置了安科瑞电气股份有限公司的AM5系列保护装置和ASD系列开关柜综合测控装置，以确保供电系统稳定可靠运行，具体包括：2个主供电源进线侧开关柜上选配AM5-F进线保护装置；冷冻机房侧开关柜上选配AM5-M电动机保护装置；变压器出线柜上选配AM5-T变压器保护装置；一般出线柜上选配AM5-F进线/馈线保护装置；PT柜上选配AM5-U PT监测装置等。各装置外形与功能说明见表4，其中AM5系列保护装置详细功能可参见表5。

 表4 各保护测控装置功能列表

应用场合

 

型号

主要功能

变配电系统变电站开关柜

 

AM5系列

为变配电系统提供全面的保护和测控功能，可适用于线路、母联、配电变压器、高压电动机、高压电容器等设备的保护和自动控制功能。

 

ASD系列开关柜综合测控装置

 

 

 

 

 

ASD300

具有一次系统动态模拟显示、开关状态指示、高压带电显示、自动温湿度控制、人体感应自动照明、语音提示、电参量测量、RS485通讯

 

 

 

 

 

ASD200

 

 

具有一次系统动态模拟显示、开关状态指示、高压带电显示、自动温湿度控制、语音提示、、RS485通讯

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ASD100

具有一次系统动态模拟显示、开关状态指示、高压带电显示、自动温湿度控制

在设计时，主用电源开关与备用电源开关设电气连锁，2个开关只能有1个闭合。备用电源进线开关与WH6-WH10开关设电气连锁，WH6-WH10开关处于分断状态是备用电源开关闭合的必要条件。

 表5 配电系统保护装置详细功能

 

                 用途

               

                 型号

         功能

线路

保护

电容器保护

电动机保护

<2000kW

厂用变保护

母联保护及备自投

PT监测

AM5-F

AM5-C

AM5-M

AM5-T

AM5-B

AM5-U

电流采集

8

8

8

8

8

0

电压采集

4

4

4

4

4

4

开关量采集

16

16

16

16

16

16

继电器输出

10

10

10

10

10

10

保护功能

 

三段过流保护

√

 

 

√

 

 

两段过流保护

 

√

√

 

√

 

两段I01过流

√

√

√

√

 

 

两段I02过流

√

 

 

√

 

 

反时限过流保护

√

√

√

√

√

 

I01反时限过流保护

 

 

 

√

 

 

I02反时限过流保护

 

 

 

√

 

 

过负荷告警

√

 

√

√

 

 

过负荷跳闸

√

 

√

√

 

 

控制回路断线告警

√

√

√

√

√

 

低电压保护

 

 

√

 

 

√告警

PT断线告警

√

√

√

√

√

√

三相一次重合闸

√

 

 

 

 

 

低频减载

√

 

 

 

 

 

后加速过流

√

 

 

 

√

 

过电压告警

 

 

 

 

 

√

过电压跳闸

 

√

 

 

 

 

堵转保护

 

 

√

 

 

 

欠电压保护

 

√

 

 

 

 

不平衡电压保护

 

√

 

 

 

 

不平衡电流保护

 

√

 

 

 

 

零序过压保护

 

√

 

 

 

 

零序过压告警

 

 

√

 

 

√

非电量保护

 

√

√

√

 

 

启动时间过长

 

 

√

 

 

 

热过载保护

 

 

√

 

 

 

负序过流（两段/反时限）

 

 

√

 

 

 

进线备投/母联备投

 

 

 

 

√

 

FC闭锁

√

 

√

√

 

 

4.3 Acrel-2000用户端智能配电系统

在配电系统里合理配置了保护、测控等设备后，根据该综合体用电规模、用电设备分布和占地面积等多方面信息，采用分层分布式设计了智能配电系统。该系统可以飞为三层：站控管理层、网络通讯层和现场设备层。

站控管理层设于中心变电站值班室，包括监控计算机、网络交换机、打印机、UPS、对时装置、远动装置以及Acrel-2000监控软件。站控管理层计算机可以放置于值班室的操作台面上，也可以安装于网络机柜组成监控屏。网络通讯层包含通讯采集器、光端机以及用于和站控层连接的其他网络设备，安装于通讯采集箱，通讯采集箱和现场设备层装置就近安装，挂墙明装。通讯层是一个承上启下的物理层，负责把设备层装置的信息传送给站控层，并且把站控层的命令下达给设备层装置。现场设备层包含中低压柜上的AM5系列保护装置、ASD系列开关柜测控装置、多功能电力仪表、温控仪、直流屏等。Acrel-2000监控软件是基于Windows平台的应用软件，能够模拟用户的供配电网络，提供监测、遥信、遥控、遥调、告警、报表、事故记录分析等功能。Acrel-2000配电系统图如图5所示。

5 供电配电方案分析

大型综合体项目在实施过程中遇到2个问题，使得最初的10kV供电设计方案不断调整：一是当地供电部门不允许主、备用电源同时运行，而且对备用电源收取高可靠性贴费；二是甲方希望尽量减少供电系统造价，尤其不希望支付电源高可靠性贴费。为同时满足甲方、供电部门、设计院三方的要求，设计在不违反规范的前提下去诶的那个了各方都可以接收的供电方案，最终采用图3所示的10kV二用一备的供电方案。                     

在图3的供电方案下，选用安科瑞电气股份有限公司的Acrel-2000配电监控系统，并配备安科瑞公司的微机保护装置、开关柜综合测控装置、多功能电力仪表等设备，实现智能的终端用户变电站配电自动化系统。其中配备的AM5系列保护测控装置集保护、测量、控制于一体，针对不同一次设备可以灵活配置不同的保护功能，可以实现35kV及以下电压等级变配电站全面保护测控功能，适用于线路、母联、配电变压器、高压电动机、高压电容器等设备的保护和自动控制功能。装置采用先进成熟可靠的保护原理和算法，抗干扰性能强，可靠性高，保护实现方式灵活，通讯采用冗余设计。装置采用全图形化编程技术，可以根据需要对装置进行逻辑编程，满足多数用户的要求。如果保护测控装置在使用过程中需要更换保护功能，只需通过装置的维护端口更新内置逻辑图即可，实现方式简单灵活。

参考文献：

[1]某大型综合体项目10kV供电方案分析.供电与配电.2013.11

[2]安科瑞电气股份有限公司产品选型手册2013.1版.

[3]安科瑞电气股份有限公司能效管理系统设计安装图册2013.11版.

作者简介：

赵斌，男，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为智能配电系统设计，Email: 7377987@qq.com手机：13917437076QQ：7377987