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超高層智能配電及控制系統(tǒng)設計－以上海中心為例,同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司副總工程師夏林,2014.9.18..,,,,現(xiàn)代通信技術現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡技術現(xiàn)代控制技術,現(xiàn)代制造技術,+,=,智能配電與控制,提升供配電系統(tǒng)的可靠性、監(jiān)控能力、故障診斷能力、用能分析能力，從而提高系統(tǒng)的維護水平、節(jié)能效益、智能化控制水平，實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程智能控制的目的。,超高層建筑供配電系統(tǒng)特點：●供配電系統(tǒng)復雜、供配電關鍵節(jié)點多；●供配電系統(tǒng)可靠性要求高；●有大量的重要保障性負荷，供電持續(xù)性要求高；●變電所分布廣，且上樓變電所一般無人值守；●有分布式電源系統(tǒng)，如冷熱電三聯(lián)供、風力發(fā)電等。,超高層建筑對供配電智能控制的需求：●關鍵配電設備或線路故障，通過智能監(jiān)控實現(xiàn)快速事故響應，故障隔離并減少故障區(qū)域，并盡快恢復供電；●對分布式上樓變電所實現(xiàn)遠程監(jiān)控；●線路停電故障時備用應急電源的快速響應；●對分布式電源系統(tǒng)的監(jiān)控和調(diào)度；●供配電主要元器件電力運行監(jiān)測，實現(xiàn)對電能質(zhì)量的提升；●通過對系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)的監(jiān)測，預判可能潛在的故障危害，防范和減少故障發(fā)生率；●通過對系統(tǒng)和重要元器件的故障錄波監(jiān)測，為故障排除提供決策依據(jù)；●通過對設備和線路的用能檢測和數(shù)據(jù)記錄，提供節(jié)電分析手段；●降低運行和勞務成本，提高設備運行壽命，提高效益。,上海中心工程概況,金茂大廈、環(huán)球金融中心、上海中心三棟標志性建筑展現(xiàn)了中國改革開放的發(fā)展歷程,632m,492m,420.5m,上海中心建筑總高度：632m主樓屋面標高：580m層數(shù)：地上127層地下5層總建筑面積：568346m2地上面積：410035m2垂直電梯：106部自動扶梯：37部避難層數(shù)量：8個2014年底將舉行竣工典禮,9區(qū)：121-127層：阻尼平衡裝置、風力發(fā)電、設備用房118-120層：觀光7-8區(qū)：111-115層：公寓式酒店84-110層：超五星級酒店2-6區(qū)（8-81層）：辦公1區(qū)（1-6層）：大堂、商業(yè)、會議地下1-5層：商業(yè)、停車、設備用房、后勤、人防避難兼設備(M2)層：7、21、36、51、67、83、100、117設備層(M1)：6、20、35、50、66、82、99、116,功能分區(qū)：,1區(qū),2區(qū),3區(qū),4區(qū),5區(qū),6區(qū),7區(qū),8區(qū),9區(qū),典型標準層和空中休閑空間,內(nèi)層幕墻,,外層幕墻,,圖片由Gensler提供,圖片由Gensler提供,上海中心供配電系統(tǒng)介紹,計算總負荷：39.8MW供電電源和方式：兩路110kV雙重電源兩臺40MVA主變1+1模式：兩路電源同時供電、同時使用，互為備用，任一進線和主變失電，均確保大廈正常使用主變安裝負荷密度：140.8VA/m2,圖片由Gensler提供,上海市最高的標志性建筑，為主樓高度632米的超高層建筑，供電要求必須絕對可靠。客戶功能定位高，有高級酒店和高端商業(yè)辦公、會議、重要IT機房等，供電負荷等級高，確保供電的連續(xù)性。超大的建筑體型，建筑總面積達56.8萬平米，負荷容量大，總計算負荷為39.8MW。建筑構(gòu)造復雜，設備層變配電站柱網(wǎng)和空間受到限制。為滿足可在生能源利用的設計要求，設置2臺1060kW冷熱電三聯(lián)供發(fā)電機組和塔冠的小容量風力發(fā)電機群（設備總?cè)萘考s300kWp）。,建筑特點和供配電要求,根據(jù)上海市供電部門的最新要求供電電壓為110kV，雙重電源專路供電，主樓地下層設置110/10kV用戶變電站，設置兩臺110/10kV40MVA六氟化硫絕緣主變壓器，總?cè)萘繛?0MVA，分列運行，任何一路進線或主變失電時，仍能確保大樓正常運行，滿足大樓的用戶可靠性和持續(xù)性的供電要求。110/10kV用戶變電站由上海電力設計院負責設計。為確保大樓自身的防災能力和規(guī)范要求，設置用戶應急保障發(fā)電機組（4臺2500kW）。為確保酒店和高檔辦公用戶重要設備對供電持續(xù)性的要求，預留7臺用戶備用發(fā)電機組位置。,供電電壓等級及供電容量的確定,供電方式容量與金茂、環(huán)球金融的比較,,,,,,,,,,,,地下一至三層10/0.4kV變電所,110kV/10kV變配電站,,,,,6F10/0.4kV變電所6臺10KV變壓器,,,,20F10/0.4kV變電所6臺10KV變壓器,,,35F10/0.4kV變電所6臺10KV變壓器,,,50F10/0.4kV變電所6臺10KV變壓器,,,66F10/0.4kV變電所6臺10KV變壓器,,,82F10/0.4kV變電所4臺10KV變壓器,,,99F10/0.4kV變電所6臺10KV變壓器,,,116F10/0.4kV變電所4臺10KV變壓器,,,,,,,,,,,,,,,,應急/備用發(fā)電機房4x2500KW+7x1600KW,,,配變電站分布示意圖,計算總負荷：39.8MW供電電源和方式：兩路110kV80MVA兩臺40MVA主變柴油發(fā)電機設置：B1層變電所設置：地上八個設備層變電所地下三個變電所,,,,,,,,,,,,,B3層4臺10kV變壓器B2層8臺10kV變壓器B1層9臺10kV變壓器,10kV變壓器數(shù)量：67臺10kV變壓器安裝總?cè)萘浚?6.15MVA變壓器故障運輸通道：利用3.5T貨梯地上設備層變壓器均選用1250kVA,一.主要供配電設備及設備容量：1.供配電系統(tǒng)采用兩級變（110/10kV、10/0.4kV）方式。2.地下一層、地下二層設置110/10kV變電和10kV總配電站，地下一至三層、各區(qū)設備層設置10/0.4kV分區(qū)配變電所。3.主要設備容量：110/10KV變壓器：2臺變壓器總裝機容量80MVA10/0.4KV變壓器：68臺變壓器總裝機容量102.4MVA10KV冷水機組：10臺總裝機容量9390KW大樓應急柴油發(fā)電機：4臺總裝機容量10MW酒店備用柴油發(fā)電機：2臺總裝機容量3.2MW租戶備用柴油發(fā)電機：5臺總裝機容量8MW三聯(lián)供燃氣發(fā)電機：2臺總裝機容量2.120MW風力發(fā)電系統(tǒng)：1套（約300kWp）4.負荷統(tǒng)計：一級負荷（含一級負荷中特別重要的負荷）裝接容量為：31.7MW；其中一級負荷中特別重要負荷的裝接容量為：21.5MW。二級負荷裝接容量為：12.8MW。三級負荷裝接容量為：36.8MW。,供配電系統(tǒng)特點,1.二線二變，任一路110kV線路或變壓器故障時，仍能保障全樓的正常供電，考慮了線路和變壓器冗余。2.應急電源系統(tǒng)獨立，且線路獨立豎井敷設，可靠性高，便于應急電源系統(tǒng)維護。3.特別重要負荷分級控制，以應對發(fā)電機運行故障。4.供配電系統(tǒng)實現(xiàn)有效監(jiān)控，便于負荷調(diào)度和監(jiān)管。5.10kV配電線路按全冗余設計，任何一條傳輸線路故障都能確保全負荷供電。6.至分區(qū)兩路10kV線路分別獨立豎井敷設，避免因火災或機械破壞。7.所有10kV線路均采用最新耐火電纜。8.設置全面的線路供電參數(shù)和開關故障監(jiān)測，為分析故障機理提供理想的平臺。,供配電系統(tǒng)特點,三.其他設計要點：設置全面和完善的供配電電力監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)需對10kV配電開關進行遠程操控，因此要求系統(tǒng)具備高可靠性、高穩(wěn)定性，通信鏈路和關鍵設備應有冗余，故障錄波間隔能滿足毫秒級，具備完善的故障記錄和分析診斷能力。用戶應急和備用發(fā)電機組與市電切換采用可靠的PC級雙電源自動轉(zhuǎn)換開關ATS，確保任何情況下發(fā)電與市電不會并列運行。對電氣設備選型均有諧波控制要求，并在分區(qū)變電所設置調(diào)諧裝置，諧波較為集中區(qū)域，如各分區(qū)10/0.4kV變電所、動力控制中心，設置有源濾波裝置，所有配電干線均設置諧波監(jiān)測裝置。,供配電系統(tǒng)特點,110/10kV供配電系統(tǒng)主接線,,系統(tǒng)聯(lián)鎖關系：1.K1、K2、K3開關聯(lián)鎖，K4、K5、K6聯(lián)鎖聯(lián)鎖，平時K2、K5斷開。2.1#線路故障或B2變壓器故障檢修時，斷開K1、K4，接通K2、K5，恢復全樓供電。3.2#線路故障或B2變壓器故障檢修時，斷開K3、K6，接通K2、K5，恢復全樓供電。4.K1和K7，K3和K8平時可并機運行，當MD1(MD4)10kV母線失電時，對應三聯(lián)供發(fā)電機組并機解列。說明：一.任何一路電源失電或變壓器檢修時，均能滿足大樓全負荷供電。二.兩路電源均失電時，投入應急發(fā)電機組，確保所有特別重要負荷的供電。三.設置兩臺10kV/1.06MW燃氣冷熱電三聯(lián)供內(nèi)燃發(fā)電機組，與大樓10kV內(nèi)部并網(wǎng)，并避免向市電網(wǎng)的逆向饋電(并網(wǎng)非逆送)。白天發(fā)電，晚上停機。,,燃氣發(fā)電機并機簡圖,1#、2#市電與燃氣發(fā)電機并機系統(tǒng),智能配電與控制系統(tǒng)設計,電力綜合管理系統(tǒng)構(gòu)架,110/10kV、應急電源的系統(tǒng)控制,供配電系統(tǒng)控制：1.變電所電力監(jiān)控系統(tǒng)。2.應急發(fā)電機組監(jiān)控系統(tǒng)。3.ATS監(jiān)控系統(tǒng)。以上三個監(jiān)控系統(tǒng)組成完整的供配電監(jiān)控系統(tǒng)。,應急段,應急變,應急段,系統(tǒng)特點：1.兩線兩變，任一路失電或變壓器檢修時，仍能確保大樓的正常供電，考慮了線路和變壓器冗余。2.應急電源系統(tǒng)獨立，且線路獨立豎井敷設，可靠性高，便于應急電源系統(tǒng)維護。3.特別重要負荷分級控制，以應對發(fā)電機運行故障。4.供配電系統(tǒng)實現(xiàn)有效監(jiān)控，便于負荷調(diào)度和監(jiān)管。5.10kV配電線路按全冗余設計，任何一條線路故障都能確保全負荷供電。6.至分區(qū)兩路10kV線路分別獨立豎井敷設，避免因火災或機械破環(huán)。7.所有10kV線路均采用最新耐火電纜。8.設置全面的線路供電參數(shù)和開關故障監(jiān)測，為分析故障機理提供理想的平臺。,110/10kV系統(tǒng)控制,1#、2#電源有電，各開關狀態(tài),110/10kV系統(tǒng)控制,1#電源有電，2#電源無電，各開關狀態(tài),110/10kV系統(tǒng)控制,2#電源有電，1#電源無電，各開關狀態(tài),110/10kV系統(tǒng)控制,1#、2#電源無電，大樓柴發(fā)發(fā)電，各開關狀態(tài),分區(qū)變電所系統(tǒng)控制,1#、2#線路有電，各開關狀態(tài),1#線路有電，2#線路無電，各開關狀態(tài),2#線路有電，1#線路無電，各開關狀態(tài),1#、2#線路無電，自備電源有電，各開關狀態(tài),主控層架構(gòu)圖,上海中心電能管理系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)特點,●主控層、通信管理層、現(xiàn)場控制層三層網(wǎng)絡構(gòu)架?！耠娔芄芾硐到y(tǒng)主控層服務器工作站獨立組網(wǎng)，采用千兆雙網(wǎng)冗余核心交換機、雙光纖備份鏈路技術，接入速度1Gbps，提高數(shù)據(jù)網(wǎng)絡傳輸及訪問的可靠性及安全性?！裰骺貙訁R集12個工作服務器，收集電力運行參數(shù)、控制與調(diào)度、電能質(zhì)量分析、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析、故障預測、數(shù)據(jù)存儲、各類系統(tǒng)接口（應急發(fā)電機系統(tǒng)、ATS、風力發(fā)電、冷熱電三聯(lián)供機組等），與110/10kV管理系統(tǒng)互聯(lián)?！裢ㄐ殴芾韺硬捎酶咚僖蕴W(wǎng)的環(huán)形鏈路傳輸和雙網(wǎng)雙環(huán)雙機熱備冗余，信息采集網(wǎng)與控制網(wǎng)傳輸分離，提高了故障容錯能力的自愈功能?！瘳F(xiàn)場控制層具備獨立的系統(tǒng)軟件、通訊總線、控制設備，在結(jié)構(gòu)上也可以完全獨立于總電能管理系統(tǒng)運行，設計有安全運行模式可以在總站授權或故障情況下承擔合理調(diào)配負荷、就地多系統(tǒng)聯(lián)動，遙控一次設備等功能?！窈诵慕粨Q機、光纖環(huán)網(wǎng)交換機均達到高性能的赫斯曼工業(yè)級。,上海中心電能管理系統(tǒng)軟件功能簡述,●具備良好的人機界面；●運行數(shù)據(jù)采集；運行監(jiān)視；●事故預警；事故記錄與分析；●在線電能質(zhì)量監(jiān)測；三相不平衡監(jiān)視；諧波分析；繼電保護；電力系統(tǒng)分析及實時在線監(jiān)測；負荷監(jiān)視；●就地與遠程控制；●加載/卸載與恢復管理功能；●發(fā)電機管理及測試功能；●系統(tǒng)在線仿真；數(shù)據(jù)管理與備份；電能耗統(tǒng)計；●GPS標準時鐘；●系統(tǒng)設備管理功能；實時幫助；報表管理；●支持系統(tǒng)集成；●網(wǎng)絡管理。,10kV進出線開關監(jiān)測儀表要求,●常規(guī)測量功能：電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、視在功率、有功電能、無功電能、功率因數(shù)、PF等。●測量精度：≤0.2%；●電能質(zhì)量分析功能：電網(wǎng)異常狀態(tài)的錄波，監(jiān)視內(nèi)部和外部電能質(zhì)量事件（諧波、電壓驟升/驟降、閃變）并可判別擾動方向，8倍滿量程暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)的波形捕捉、可分析255次諧波。電壓偏差、頻率偏差、三相不平衡分析、電壓波動分析、記錄每次電壓上沖/下陷和短時中斷發(fā)生的時刻和持續(xù)時間等等。事件記錄功能，要求帶時標事件記錄不少于128（SOE），時標精度為1ms?！皲洸ú蓸訑?shù)據(jù)精度：512點/周波；●人機界面：采用320*240像素觸摸屏LCD；直接查看系統(tǒng)發(fā)生的事件記錄，定值越限報警，顯示歷史波形圖?！裉峁╅_關量輸入輸出接口，可擴展，具有監(jiān)測斷路器分合閘狀態(tài)故障狀態(tài)等開關量信號的功能；,變電所智能監(jiān)控系統(tǒng)運行策略參考圖,監(jiān)控中心,電力監(jiān)控界面,同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司副總工程師夏林,謝謝,