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1、超高层智能配电及控制系统设计 以上海中心为例同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司 副总工程师 夏 林2014.9.18. .现代通信技术 现代计算机网络技术 现代控制技术现代制造技术+=智能配电与控制提升供配电系统的可靠性、监控能力、故障诊断能力、用能 分析能力，从而提高系统的维护水平、节能效益、智能化控制水 平，实现系统的远程智能控制的目的。超高层建筑供配电系统特点： 供配电系统复杂、供配电关键节点多； 供配电系统可靠性要求高； 有大量的重要保障性负荷，供电持续性要求高； 变电所分布广，且上楼变电所一般无人值守； 有分布式电源系统，如冷热电三联供、风力发电 等。超高层建筑对供配电智能控制的
2、需求： 关键配电设备或线路故障，通过智能监控实现快速事故响应，故障 隔离并减少故障区域，并尽快恢复供电； 对分布式上楼变电所实现远程监控； 线路停电故障时备用应急电源的快速响应； 对分布式电源系统的监控和调度； 供配电主要元器件电力运行监测，实现对电能质量的提升； 通过对系统运行数据的监测，预判可能潜在的故障危害，防范和减 少故障发生率； 通过对系统和重要元器件的故障录波监测，为故障排除提供决策依 据； 通过对设备和线路的用能检测和数据记录，提供节电分析手段； 降低运行和劳务成本，提高设备运行寿命，提高效益。上海中心工程概况金茂大厦、环球金融中心、上海中心三栋标志性 建筑展现了中国改革开放的发
3、展历程632m492m420.5m上海中心 建筑总高度：632m 主楼屋面标高：580m 层 数：地上127层地下5层 总建筑面积：568346m2 地上面积：410035m2 垂直电梯：106部 自动扶梯：37部 避难层数量：8个 2014年底将举行竣工典礼9区：121-127层：阻尼平衡装置、风力发电、设备用房118-120层：观光7-8区：111-115层：公寓式酒店84-110层：超五星级酒店2-6区（8-81层）：办公1区（1-6层）：大堂、商业、会议地下1-5层：商业、停车、设备用房、后勤、人防避难兼设备(M2)层：7、21、36、51、67、83、 100、 117设备层(M1)
4、：6、20、35、50、66、82、99、116功能分区：1区2区3区4区5区6区7区8区9区典型标准层和空中休闲空间内层幕墙外层幕墙图片由Gensler提供图片由Gensler提供上海中心供配电系统介绍计算总负荷：39.8MW 供电电源和方式：两路110kV双重电源两台40MVA主变 1+1模式：两路电源同时供电、同时使 用，互为备用，任一进线和主变失 电，均确保大厦正常使用 主变安装负荷密度：140.8VA/m2图片由Gensler提供1. 上海市最高的标志性建筑，为主楼高度632米的超高层建筑，供电 要求必须绝对可靠。 2. 客户功能定位高，有高级酒店和高端商业办公、会议、重要IT机房
5、等，供电负荷等级高，确保供电的连续性。 3. 超大的建筑体型，建筑总面积达56.8万平米，负荷容量大，总计算 负荷为39.8MW。 4. 建筑构造复杂，设备层变配电站柱网和空间受到限制。 5. 为满足可在生能源利用的设计要求，设置2台1060kW冷热电三联供 发电机组和塔冠的小容量风力发电机群（设备总容量约300kWp）。建筑特点和供配电要求1. 根据上海市供电部门的最新要求供电电压为110kV，双重电源 专路供电，主楼地下层设置110/10kV用户变电站，设置两台 110/10kV 40MVA六氟化硫绝缘主变压器，总容量为80MVA，分 列运行，任何一路进线或主变失电时，仍能确保大楼正常运
6、行，满足大楼的用户可靠性和持续性的供电要求。 2. 110/10kV用户变电站由上海电力设计院负责设计。 3. 为确保大楼自身的防灾能力和规范要求，设置用户应急保障 发电机组（4台2500kW）。 4. 为确保酒店和高档办公用户重要设备对供电持续性的要求， 预留7台用户备用发电机组位置。供电电压等级及供电容量的确定金茂大厦环球金融中心上海中心供电电压 等级35kV35kV110kV进线/主变数量二线四变三线三变两线两变总受电/每线容量40MVA/20MVA37.5MVA/12.5MVA80MVA/40MVA总建筑面积(m2)约28万约38万56.8万负荷密度(VA/m2)142.998.714
7、0.8供电方式容量与金茂、环球金融的比较地下一至三层10/0.4kV变电所110kV/10kV变配电站6F 10/0.4kV变电所 6台10KV变压器20F 10/0.4kV变电所 6台10KV变压器35F 10/0.4kV变电所6 台10KV变压器50F 10/0.4kV变电所 6台10KV变压器66F 10/0.4kV变电所 6台10KV变压器82F 10/0.4kV变电所 4台10KV变压器99F 10/0.4kV变电所 6台10KV变压器116F 10/0.4kV变电所 4台10KV变压器应急/备用发电机房 4x2500KW+7x1600KW配变电站分布示意图计算总负荷：39.8 MW
8、供电电源和方式：两路110kV 80MVA两台40MVA主变柴油发电机设置：B1层变电所设置：地上八个设备层变电所地下三个变电所 B3层 4台10kV变压器 B2层 8台10kV变压器 B1层 9台10kV变压器10kV变压器数量：67台10kV变压器安装总容量：96.15MVA变压器故障运输通道：利用3.5T货梯地上设备层变压器均选用1250kVA一.主要供配电设备及设备容量： 1. 供配电系统采用两级变（110/10kV、10/0.4kV）方式。 2. 地下一层、地下二层设置110/10kV变电和10kV总配电站，地下一至三层、各 区设备层设置10/0.4kV分区配变电所。 3. 主要设备
9、容量： 110/10KV变压器：2台 变压器总装机容量80MVA 10/0.4KV变压器：68台 变压器总装机容量102.4MVA 10KV冷水机组：10台 总装机容量9390KW 大楼应急柴油发电机：4台 总装机容量10MW 酒店备用柴油发电机：2台 总装机容量3.2MW 租户备用柴油发电机：5台 总装机容量8MW 三联供燃气发电机： 2台 总装机容量2.120MW 风力发电系统： 1套（约300kWp） 4.负荷统计： 一级负荷（含一级负荷中特别重要的负荷）装接容量为：31.7MW； 其中一级负荷中特别重要负荷的装接容量为：21.5MW。 二级负荷装接容量为：12.8MW。 三级负荷装接容
10、量为：36.8MW。供配电系统特点1. 二线二变，任一路110kV线路或变压器故障时，仍能保障 全楼的正常供电，考虑了线路和变压器冗余。 2.应急电源系统独立，且线路独立竖井敷设，可靠性高，便 于应急电源系统维护。 3.特别重要负荷分级控制，以应对发电机运行故障。 4.供配电系统实现有效监控，便于负荷调度和监管。 5.10kV配电线路按全冗余设计，任何一条传输线路故障都能 确保全负荷供电。 6.至分区两路10kV线路分别独立竖井敷设，避免因火灾或机 械破坏。 7.所有10kV线路均采用最新耐火电缆。 8.设置全面的线路供电参数和开关故障监测，为分析故障机 理提供理想的平台。供配电系统特点三.
11、其他设计要点： 1. 设置全面和完善的供配电电力监控系统，系统需对10kV配电开关进行远程操 控，因此要求系统具备高可靠性、高稳定性，通信链路和关键设备应有冗余 ，故障录波间隔能满足毫秒级，具备完善的故障记录和分析诊断能力。 2. 用户应急和备用发电机组与市电切换采用可靠的PC级双电源自动转换开关 ATS，确保任何情况下发电与市电不会并列运行。 3. 对电气设备选型均有谐波控制要求，并在分区变电所设置调谐装置，谐波较 为集中区域，如各分区10/0.4kV变电所、动力控制中心，设置有源滤波装置 ，所有配电干线均设置谐波监测装置。供配电系统特点110/10kV供配电系统主接线系统联锁关系： 1.K
12、1、K2、K3开关联锁，K4、K5、K6联锁联锁，平时K2、K5断开。 2.1#线路故障或B2变压器故障检修时，断开K1、K4，接通K2、K5，恢复全楼供电。 3.2#线路故障或B2变压器故障检修时，断开K3、K6，接通K2、K5，恢复全楼供电。 4.K1和K7，K3和K8平时可并机运行，当MD1(MD4)10kV母线失电时，对应三联供发电机组并机解列 。 说明： 一.任何一路电源失电或变压器检修时，均能满足大楼全负荷供电。 二.两路电源均失电时，投入应急发电机组，确保所有特别重要负荷的供电。 三.设置两台10kV/1.06MW燃气冷热电三联供内燃发电机组，与大楼10kV内部并网，并避免向市电
13、网的逆向馈电(并网非逆送)。白天发电，晚上停机。燃气发电机并机简图1#、2#市电与燃气发电机并机系统智能配电与控制系统设计电力综合管理系统构架电力综合管理系统构架110/10kV、应急电源的系统控制供配电系统控制：1. 变电所电力监控系统。2. 应急发电机组监控系统。3. ATS监控系统。以上三个监控系统组成完整的供配电监控系统。应急段应急变应急段系统特点： 1.两线两变，任一路失电或变压器检修时，仍能确保大楼的正常供电，考虑了线路和变压器冗余。 2.应急电源系统独立，且线路独立竖井敷设，可靠性高，便于应急电源系统维护。 3.特别重要负荷分级控制，以应对发电机运行故障。 4.供配电系统实现有效
14、监控，便于负荷调度和监管。 5.10kV配电线路按全冗余设计，任何一条线路故障都能确保全负荷供电。 6.至分区两路10kV线路分别独立竖井敷设，避免因火灾或机械破环。 7.所有10kV线路均采用最新耐火电缆。 8.设置全面的线路供电参数和开关故障监测，为分析故障机理提供理想的平台。110/10kV系统控制1#1#、2#2#电源有电，各开关状态电源有电，各开关状态110/10kV系统控制1#1#电源有电，电源有电，2#2#电源无电，各开关状态电源无电，各开关状态110/10kV系统控制2#2#电源有电，电源有电，1#1#电源无电，各开关状态电源无电，各开关状态110/10kV系统控制1#1#、2
15、#2#电源无电，大楼柴发发电，各开关状态电源无电，大楼柴发发电，各开关状态分区变电所系统控制1#1#、2#2#线路有电，各开关状态线路有电，各开关状态1#1#线路有电，线路有电，2#2#线路无电，各开关状态线路无电，各开关状态2#2#线路有电，线路有电，1#1#线路无电，各开关状态线路无电，各开关状态1#1#、2#2#线路无电，自备电源有电，各开关状态线路无电，自备电源有电，各开关状态主控层架构图 上海中心电能管理系统网络拓扑结构特点 主控层、通信管理层、现场控制层三层网络构架。 电能管理系统主控层服务器工作站独立组网，采用千兆双网 冗余核心交换机、双光纤备份链路技术，接入速度1Gbps，提
16、高数据网络传输及访问的可靠性及安全性。 主控层汇集12个工作服务器，收集电力运行参数、控制与调 度、电能质量分析、系统稳定性分析、故障预测、数据存储 、各类系统接口（应急发电机系统、ATS、风力发电、冷热电 三联供机组等），与110/10kV管理系统互联。 通信管理层采用高速以太网的环形链路传输和双网双环双机 热备冗余，信息采集网与控制网传输分离，提高了故障容错 能力的自愈功能。 现场控制层具备独立的系统软件、通讯总线、控制设备， 在结构上也可以完全独立于总电能管理系统运行，设计有安 全运行模式可以在总站授权或故障情况下承担合理调配负荷 、就地多系统联动，遥控一次设备等功能。 核心交换机、光纤环网交换机均达到高性能的赫斯曼工业 级。上海中心电能管理系统软件功能简述 具备良好的人机界面； 运行数据采集；运行监视； 事故预警；事故记录与分析； 在线电能质量监测；三相不平衡监视；谐波分析；继电 保护；电力系统分析及实时在线监测；负荷监视； 就地与远程控制； 加载/卸载与恢复管理
