某金融中心的智能供配電系統設計

1 工程現狀

    本金融中心項目是一座集商業(yè)、辦公為一體的層綜合型建筑。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)區域，另外還設有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，將云集熱門(mén)商業(yè)公司及國內企業(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(jīng)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(yíng)造一種舒適、的辦公環(huán)境。同時(shí)結合智能控制系統提高使用者及管理者的工作便利。

    3、節能型建筑。在能源十分緊張的情況下，電氣工程采取節能設計是非常必要的。電氣工程節能設計，是為了滿(mǎn)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，符合電氣工程的節能要求。

    4、智能型建筑。本項目工程系統龐大，必然給后期物業(yè)管理、維護和檢修帶來(lái)繁重的工作量，故在本設計中合理使用智能化系統，以節約人力、財力。

2 變配電設計

    依據相關(guān)規范進(jìn)行負荷分級，根據工程特點(diǎn)，由市政引入3組兩用一備10kV專(zhuān)線(xiàn)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(xiàn)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(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*負荷或兩路主用同時(shí)斷電時(shí)可帶*一二級負荷。

圖1 主備用電源關(guān)系

    10kV配電柜采用可抽出式、全封閉型、中置滑架式結構，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(xiàn)柜安裝安科瑞公司的微機線(xiàn)路保護裝置，采用過(guò)電流、速斷保護；變壓器出線(xiàn)柜安裝安科瑞公司的微機變壓器保護裝置，采用過(guò)電流及速斷保護、接地保護、變壓器非電量保護（高溫告警、超溫跳閘保護）等；電壓互感器柜安裝安科瑞公司的微機PT監測裝置，實(shí)時(shí)監測PT電壓，并對PT進(jìn)行過(guò)電壓、欠電壓等保護；電機出線(xiàn)柜安裝安科瑞公司的微機電動(dòng)機保護裝置，采用過(guò)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(jiàn)表2。 

表2  配電柜二次設備

    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(jìn)行系列比較，變配電所選址按下述方案進(jìn)行，主站設置在B2層，分站設置在10、25、39、52、68、81、97、111層。2.2 變壓器

表3 變配電所位置及供電范圍

2.3 低壓配電系統

    地下室配電采用設置總線(xiàn)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(xiàn)回路總數，從而減少變配電室面積。塔樓干線(xiàn)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(cháng)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、柜體設計和結構符合和國內標準，柜內受點(diǎn)主開(kāi)關(guān)及母聯(lián)開(kāi)關(guān)采用空氣斷路器，出線(xiàn)開(kāi)關(guān)以塑殼斷路器為主。各配電站內的380V低壓配電系統如圖2設計，10kV/0.4kV變壓器降壓后進(jìn)入低壓進(jìn)線(xiàn)柜，再經(jīng)無(wú)功補償柜，柜內裝設安科瑞公司的ARC-12/J的無(wú)功補償控制器，其是帶微處理器的自動(dòng)功率因數調節器，電容器為干式。各低壓出線(xiàn)柜上均裝設ACR系列網(wǎng)絡(luò )電力儀表，可對低壓線(xiàn)路進(jìn)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 低壓配電系統圖

3 照明配電設計

3.1 燈具及光源選型

    采用綠色節能燈具，燈具有美觀(guān)和防眩光功能，光源采用節能的光源，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行國家標準。

   1）金融中心辦公樓選用安科瑞公司的LED直觀(guān)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(guān)燈作為辦公室內照明。

   2）金融中心商業(yè)照明在商場(chǎng)入口和門(mén)廳選用安科瑞公司的LED陶瓷射燈、LED模組?？梢允褂肔ED模組安裝在圖案標識內部，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(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日光燈在側面輔助照明、結合射燈照射突出產(chǎn)品主體的方式。

   4）商場(chǎng)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(diǎn)亮用，可以突出展示產(chǎn)品。

   5）地下車(chē)庫選用LED直觀(guān)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

    樓梯間采用人體紅外感應的節能自熄開(kāi)關(guān)控制。所有設備房、管井采用就地控制。地下車(chē)庫、辦公大樓、觀(guān)光大堂、商業(yè)走道和公共區域普通照明采用智能照明控制系統。

    本項目采用分布式智能照明控制系統進(jìn)行集中監控，以達到方便管理和節能的目的?？刂葡到y是一個(gè)分布式智能照明控制系統，分為3個(gè)區域（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(xiàn)通信專(zhuān)網(wǎng)，在TCP/IP協(xié)議基礎上進(jìn)行互聯(lián)。子網(wǎng)內部模塊單元出現任何故障均不會(huì )影響到其他子網(wǎng)，從而保證了整個(gè)系統的工作大穩定性。在強電井每個(gè)智能照明配電箱旁設現場(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，用于標準的定時(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)探測工作電流值的變化實(shí)現壞燈檢測。

4 金融中心智能配電監控系統

    本金融中心采用安科瑞公司的Acrel-2000智能配電監控系統，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控系統中。整個(gè)監測系統由三個(gè)部分組成：現場(chǎng)設備及數據采集模塊、系統監測站和電力監測管理中心，是一個(gè)分布式的綜合電力監測系統。

    現場(chǎng)設備及數據采集器主要是：智能化開(kāi)關(guān)、各出線(xiàn)柜上配備的ACR220EL網(wǎng)絡(luò )電力儀表、UPS、自備發(fā)電機組監控器上的數據通信接口?，F場(chǎng)斷路器通過(guò)數據采集模塊與系統連接。這些監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(lài)通信網(wǎng)，主要負責現場(chǎng)參數測量、數據采集、處理及作為智能化開(kāi)關(guān)設備與*監控系統接口、將數據通訊上報紙系統。

    系統監測站主要負責對數據采集模塊通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò )傳來(lái)的數據進(jìn)行實(shí)時(shí)計算處理、保存、顯示和生成報表。每個(gè)變電站中有一個(gè)系統監測站，負責本站內的監測。在B2F層設置了一個(gè)電流監測管理中心，將樓內所有系統監測站的信息通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò )集中到一起管理已經(jīng)對各區信息數據進(jìn)行集中監測、處理。監測主要內容有：各變配電站母線(xiàn)段電壓值、電流值；各回路電量的實(shí)時(shí)采集；線(xiàn)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；電壓不平衡度、電流不平衡度；各斷路器、手車(chē)狀態(tài)；變壓器溫度、運行狀態(tài)；自備發(fā)電機組的啟動(dòng)及運行監測。

    監控系統的主要功能有：顯示區域平面系統圖或主菜單；實(shí)時(shí)顯示主接線(xiàn)圖、斷路器、手車(chē)、接地刀閘的變?yōu)榍闆r及母線(xiàn)受電情況；實(shí)時(shí)顯示自動(dòng)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(dòng)作時(shí)自動(dòng)發(fā)出警報并產(chǎn)生事件記錄、事故追憶、故障錄波等。

   Acrel-2000智能配電監控監控系統通過(guò)系統數據和規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(lái)，把供電系統的各回路電參量、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)的仿真到計算機畫(huà)面，供電運行維護人員可以通過(guò)監控計算機來(lái)實(shí)時(shí)了解供電系統的每個(gè)環(huán)節。在發(fā)生可能導致事故的異常狀況時(shí)可自動(dòng)告警；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(xiàn)、柱狀圖等分析圖形和報表，使配電系統自動(dòng)化運行。

圖3  Acrel-2000智能配電監控系統主接線(xiàn)圖

圖4  Acrel-2000智能配電監控系統實(shí)時(shí)監測畫(huà)面及報表

圖5  事故追憶畫(huà)面及監測數據報表

5 電氣火災監控系統

    根據規范要求，本金融中心設置安科瑞公司的Acrel-6000電氣火災監控系統，系統通過(guò)對剩余電流、過(guò)電流、過(guò)電壓和溫度信號的采集和監視，實(shí)現對電氣火災的早期預防和報警，當必要時(shí)能聯(lián)動(dòng)切除被檢測到剩余電流超標的配電回路；另外可以按用戶(hù)需求實(shí)現與火災自動(dòng)報警系統或配電監控系統進(jìn)行數據交換與共享。該系統具有功能如下：

1）系統運行監視和控制

    監視界面顯示整個(gè)電力監控系統的網(wǎng)絡(luò )圖，動(dòng)態(tài)刷新各電氣設備的實(shí)時(shí)運行參數和運行狀態(tài)，并且支持現場(chǎng)設備的遠程控制功能。監控系統的畫(huà)面根據現場(chǎng)實(shí)際狀況進(jìn)行組態(tài)。

2）預防心電氣火災監視

    連續監視用電設備泄露電流的變化、線(xiàn)纜接頭溫度的變化，為配電設備的預防性維護提供依據，預防電氣火災的發(fā)生，保障用戶(hù)財產(chǎn)的安全。

3）報警和事件管理系統

    在設備狀態(tài)改變、電網(wǎng)擾動(dòng)和電氣故障時(shí)觸發(fā)并記錄報警。用戶(hù)可以在報警記錄界面查詢(xún)任意時(shí)段內相應報警或動(dòng)作類(lèi)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電氣火災監控系統界面

6 應急電源系統

    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(shí)對消防負荷供電及平時(shí)市電停電時(shí)對一二級負荷供電。

    由于本工程縱向配電距離長(cháng)，高層設備運輸難以解決的問(wèn)題，故在地下二層設備集中柴油發(fā)電機房，同時(shí)發(fā)電機房?jì)确珠_(kāi)高中區設置柴油發(fā)電機，低區設置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(guò)高壓電纜向高中區配電，之后分別在49層及81層設置降壓變壓器，為高中區的應急母線(xiàn)段提供電源。

采用高壓發(fā)電機主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

    1）穩定。動(dòng)力強勁，高扭矩，易維護，易起動(dòng)，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(cháng)。

    2）安全。裝備有監測系統，可實(shí)時(shí)了解機組運行情況，具有多項數據顯示、監控和報警停機功能，耐壓可靠。輸出接線(xiàn)板采用雙重保護，降低了誤碰觸接線(xiàn)柱或雨水浸入而導致漏電的可能性。

    3）抗干擾性強。采用無(wú)刷永磁式勵磁交流發(fā)電機，能提供較高的電動(dòng)機起動(dòng)承受能力，并對非線(xiàn)性負載產(chǎn)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(xiàn)性負載能力。

7 結語(yǔ)

   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尤為重要。金融中心綜合考慮安全、經(jīng)濟及后期使用及維護等要求，在變配電所內設計了Acrel-2000智能配電監控系統、Acrel-6000電氣火災監控系統、應急電源系統和智能照明控制系統，能實(shí)現金融中心內遙測、管理和無(wú)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.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范[S].

[3] GB 50052-1995 供配電系統設計規范[S].

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