某奧體中心能源中心供配電設(shè)計(jì)與監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

1、某奧體中心能源中心供配電設(shè)計(jì)與監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用淮亞利安科瑞電氣股份有限公司 上海 嘉定 2018011 引言 體育館是指具有一定觀眾容量，場地符合舉辦各種體育比賽要求的體育建筑。根據(jù)體育建筑設(shè)計(jì)規(guī)范JGJ31-2003，其用電特點(diǎn)主要為1：1）、重大比賽或演出中斷供電會(huì)造成較大的政治、經(jīng)濟(jì)影響；2）、場內(nèi)人員密集，安防、消防設(shè)備供電必須可靠；3）、使用時(shí)段性強(qiáng)，平時(shí)與比賽時(shí)負(fù)荷相差很大；4）、場地照明、攝像轉(zhuǎn)播及體育工藝用電量大，設(shè)備分散，對電源質(zhì)量要求高。依據(jù)2009全國民用建筑工程電氣設(shè)計(jì)技術(shù)措施/電氣要求，體育場館電氣設(shè)計(jì)應(yīng)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、整天美觀、維護(hù)管理方便；電氣設(shè)計(jì)應(yīng)對電

2、池、聲、光污染采取綜合治理，達(dá)到環(huán)境保護(hù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，確保人居環(huán)境安全；電氣裝備水平應(yīng)與工程的功能要求和使用性質(zhì)相適應(yīng)；電氣設(shè)備應(yīng)選擇符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，并應(yīng)采用成熟、有效的節(jié)能措施，降低電能消耗。體育館變電所位置和數(shù)量的確定除需要考慮盡量設(shè)在負(fù)荷中心外，還要特別注意驗(yàn)算末端用電設(shè)備電壓偏移，采取減小電壓偏移的措施，保證電壓偏移不超過允許值。主接線設(shè)計(jì)時(shí)要注意安全性和可靠性要求。安全性即在高壓斷路器的電源側(cè)及可能反饋電能的另一側(cè)，必須裝設(shè)高壓隔離開關(guān)。在低壓斷路器的電源側(cè)及可能反饋電能的另一側(cè)，必須裝設(shè)低壓刀開關(guān)。在裝設(shè)高壓熔斷器-負(fù)荷開關(guān)的出線柜母線側(cè)，必須裝設(shè)高壓隔離開。變配電所高壓

3、母線上及架空線路末端，必須裝設(shè)避雷器。裝于母線上的避雷器，宜與電壓互感器共用一組隔離開關(guān)。接于變壓器引出線上的避雷器，不宜裝設(shè)隔離開關(guān)?？煽啃约醋兣潆娝闹鹘Y(jié)線方案，必須與其負(fù)荷等級相適應(yīng)。對一級負(fù)荷，應(yīng)有兩個(gè)電源供電。對二級負(fù)荷，應(yīng)有兩回路或者一回專用架空（電纜）供電；采用電纜供電時(shí)，應(yīng)采用兩根電纜組成的線路，且每根電纜應(yīng)能承受 100%的二級負(fù)荷。變配電所的非專用電源進(jìn)線側(cè)，應(yīng)裝設(shè)帶短路保護(hù)的斷路器或串熔斷器的負(fù)荷開關(guān)。當(dāng)雙電源供多個(gè)變配電所時(shí)，宜采用環(huán)網(wǎng)供電方式。變配電所低壓側(cè)的總開關(guān)，宜采用低壓斷路器。當(dāng)有繼電保護(hù)或自動(dòng)切換電源要求時(shí)，低壓側(cè)總開關(guān)和低壓母線分段開關(guān)，均應(yīng)采用低壓斷路器

4、。2 項(xiàng)目簡介 本項(xiàng)目奧體中心主要由體育場、體育館、游泳館、網(wǎng)球中心、中心商業(yè)區(qū)及地下車庫組成，總建筑面積約36萬m2，建成后將成為標(biāo)志性建筑及新城區(qū)內(nèi)大規(guī)模商業(yè)娛樂綜合體。能源中心是奧體中心的配套設(shè)施，位于整個(gè)場地的東北角，是整個(gè)奧林匹克體育中心的主要?jiǎng)恿χ行?，主要由鍋爐房、冷凍機(jī)房與水泵間、變配電室組成，室外另有蓄水罐、冷卻塔。 建筑面積約1200m2 ，為半地下建筑。與常規(guī) 圖 1 奧體中心全景能源中心變配電系統(tǒng)不同的是冷凍機(jī)組采用的是10kV 高壓供電方式2。3 負(fù)荷等級由于奧體中心在全運(yùn)會(huì)其間的重要性，其空調(diào)及熱水等動(dòng)力負(fù)荷按二級負(fù)荷考慮，因此本能源中心電力負(fù)荷為二級，二級負(fù)荷容量3

5、559.5kW,其中4 臺冷水機(jī)組容量為2476 kW。4 電壓等級確定根據(jù)暖通專業(yè)方案論證結(jié)果，采用水蓄冷能源方式，其中冷水機(jī)組4 臺，單臺容量平均在600 kW左右，如果低壓380V 供電，則每臺冷水機(jī)組的供電電流將達(dá)到1000A以上,對開關(guān)、電纜、啟動(dòng)保護(hù)等設(shè)備的選擇將是具有挑戰(zhàn)性的,經(jīng)過簡單經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，冷水機(jī)組決定采用高壓10kV 供電。5 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)本工程由位于體育館內(nèi)的東區(qū)總變配電站不同母線段引兩路10kV 電源，兩路電源單母線分段接線，同時(shí)工作。正常運(yùn)行時(shí),兩路電源分列運(yùn)行，各承擔(dān)50%的負(fù)荷；當(dāng)一路電源發(fā)生故障時(shí),線路保護(hù)動(dòng)作,無壓掉閘,分段開關(guān)自動(dòng)/手動(dòng)投入運(yùn)行，另一路

6、電源可承擔(dān)全部負(fù)荷。變配電室內(nèi)設(shè)高壓柜10面，高壓冷水機(jī)組控制柜4 面（與機(jī)組配套），2 臺1000kVA 變壓器及低壓配電柜8 面、控制柜11 面(泵類)。5.1高壓供配電系統(tǒng)高壓配電柜采用SF6 絕緣緊湊型開關(guān)柜，考慮能源中心單獨(dú)計(jì)量，設(shè)立了計(jì)量柜。進(jìn)線及母聯(lián)采用真空開關(guān)，饋線為負(fù)荷開關(guān)熔斷器組合電器。進(jìn)線柜配兩段定時(shí)限過流保護(hù)、兩段零序定時(shí)限保護(hù)、無壓跳閘保護(hù)，當(dāng)一路電源發(fā)生故障時(shí),線路保護(hù)動(dòng)作,無壓跳閘,母聯(lián)開關(guān)自動(dòng)/手動(dòng)投入；母聯(lián)柜設(shè)電流速斷、過電流保護(hù)。電流速斷保護(hù)合閘后解除。饋線柜配熔斷器保護(hù)、變壓器高溫(報(bào)警)、變壓器超溫(掉閘)保護(hù)。進(jìn)線及母聯(lián)開關(guān)采取防并聯(lián)措施，即三個(gè)開關(guān)最

7、多只能有兩個(gè)開關(guān)同時(shí)處于合閘位置。操作及信號電源為直流110V，65Ah。高壓冷水機(jī)組控制柜為金屬鎧裝移開式，內(nèi)設(shè)溫、濕度傳感器，溫度或濕度過高均會(huì)發(fā)出報(bào)警信號，并具除濕功能。其微機(jī)綜合保護(hù)模塊具有過電流、過負(fù)荷、接地故障、短路、相不平衡、電壓過高、電壓過低、錯(cuò)相、反相等保護(hù)，為使電氣設(shè)備的絕緣免受過電壓的損害，另選配三相組合式氧化鋅避雷器。高壓功率因數(shù)就地補(bǔ)償，每臺高壓冷水機(jī)組控制柜內(nèi)裝設(shè)并聯(lián)補(bǔ)償電容器，使補(bǔ)償后的功率因數(shù)大于0.92。配電圖如圖2。 圖2 高壓供配電系統(tǒng)根據(jù)保護(hù)功能配置要求，進(jìn)線柜選用安科瑞公司的AM5-F線路保護(hù)測控裝置，母聯(lián)柜選用AM5-B母聯(lián)保護(hù)裝置，變壓器饋線柜選用

8、AM5-T變壓器保護(hù)測控裝置，高壓冷水機(jī)控制柜選用AM5-M電動(dòng)機(jī)保護(hù)測控裝置。各裝置詳細(xì)功能與報(bào)價(jià)見表1。 表1 高壓配電方案二次設(shè)備清單開關(guān)柜類型產(chǎn)品名稱產(chǎn)品型號實(shí)現(xiàn)功能1#變壓器出線變壓器保護(hù)測控裝置AM5-T三段式過流保護(hù)、高溫報(bào)警、超溫跳閘、FC閉鎖功能2#變壓器出線進(jìn)線柜線路保護(hù)測控裝置AM5-F兩段定時(shí)限過流保護(hù)、兩段零序定時(shí)限保護(hù)、無壓跳閘保護(hù)PT柜PT監(jiān)測裝置AM5-UPT斷線監(jiān)測、低電壓告警、過電壓告警、母線絕緣監(jiān)測冷水機(jī)控制柜電動(dòng)機(jī)保護(hù)測控裝置AM5-M過電流、過負(fù)荷、接地故障、短路、相不平衡、電壓過高、電壓過低、錯(cuò)相、反相等保護(hù)母聯(lián)柜備自投保護(hù)裝置AM5-B備自投保護(hù)、

9、電流速斷、過電流保護(hù)開關(guān)柜ASD200開關(guān)柜綜合測控裝置ASD200一次模擬圖顯示、高壓帶電指示、溫濕度控制、語音提示、RS485通訊5.2 低壓供配電系統(tǒng)低壓配電系統(tǒng)為兩級。單臺大容量設(shè)備放射式供電，其他為樹干分支式。單臺裝機(jī)容量為75kW、90kW 的冷卻水循環(huán)泵、冷凍水一次泵采用軟啟動(dòng)，單臺裝機(jī)容量為160kW 的冷凍水二次泵采用變頻控制，控制柜置于變配電室低壓側(cè)。鍋爐控制設(shè)備設(shè)于值班室，其他小容量用電設(shè)備的配電及啟動(dòng)裝置在設(shè)備臨近處。變壓器負(fù)載率為60%65%，對于任一變壓器組，其中的1 臺變壓器故障時(shí)，另一臺變壓器可在一定時(shí)間內(nèi)工作在110%130% 負(fù)載率，負(fù)擔(dān)所有低壓二級負(fù)荷。

10、低壓供配電系統(tǒng)見圖3。 圖3 低壓配電系統(tǒng)低壓柜采用抽屜式開關(guān)柜，主進(jìn)線柜設(shè)三段保護(hù)：長延時(shí)、短延時(shí)、瞬時(shí)過電流保護(hù)；母聯(lián)柜設(shè)瞬時(shí)過電流保護(hù)；饋電柜設(shè)長延時(shí)、短延時(shí)、瞬時(shí)過電流保護(hù)。低壓配電線路上選用安科瑞公司的ALP智能型低壓線路保護(hù)裝置進(jìn)行線路保護(hù)，選用ACR系列監(jiān)測儀表進(jìn)行出線柜電量監(jiān)測。具體設(shè)備清單見表2。表2 低壓配電線路設(shè)備清單產(chǎn)品名稱產(chǎn)品型號實(shí)現(xiàn)功能嵌入式低壓線路保護(hù)器ALP200-5三相電流、頻率監(jiān)測，能對額定電流范圍內(nèi)的線路進(jìn)行過流、零序、斷相、聯(lián)動(dòng)、不平衡等保護(hù)，Modbus-RTU通訊，5路DI、4路DO，事件記錄導(dǎo)軌式低壓線路保護(hù)器ALP320-5 三相電流、電壓、功率

11、、功率因數(shù)、頻率、電能監(jiān)測，過流、欠壓、過壓、零序、斷相、聯(lián)動(dòng)、不平衡等保護(hù)，Modbus-RTU通訊，5路DI、4路DO，事件記錄ACR系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表ACR220EL三相電流、電壓、有功功率、無功功率、有功電能、無功電能、頻率、功率因數(shù)、四象限電能、LCD顯示、Modbus-RTU通訊5.3 諧波監(jiān)測與治理由于非線性負(fù)載的使用會(huì)產(chǎn)生諧波，會(huì)導(dǎo)致微機(jī)保護(hù)裝置誤動(dòng)作，造成不必要的供電中斷；諧波還會(huì)使電氣測量儀表計(jì)量不準(zhǔn)確，產(chǎn)生計(jì)量誤差，因此須合理有效的抑制諧波干擾。低壓配電諧波抑制方案如圖4所示，本方案中在低壓電容器柜中設(shè)置ARC系列無功補(bǔ)償器，在配電前端設(shè)置安科瑞公司的ANAPF有源濾波器，

12、采用集中方式抑制諧波。在各出現(xiàn)柜上設(shè)置ACR330系列諧波監(jiān)測儀表，用于監(jiān)測2-31次諧波。ANAPF有源濾波器以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測負(fù)載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術(shù)，從變流器中產(chǎn)生一個(gè)和當(dāng)前諧波分量和無功分量對應(yīng)的反響分量并實(shí)時(shí)注入電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)諧波治理和無功補(bǔ)償。本諧波抑制方案具體設(shè)備清單如表3。 圖4 低壓配電系統(tǒng)諧波抑制方案表3 諧波抑制方案設(shè)備清單產(chǎn)品名稱產(chǎn)品型號實(shí)現(xiàn)功能ARC功率因數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償控制器ARC-12/J(R)測量電流、電壓、頻率、功率因數(shù)、具備過電壓保護(hù)、欠流鎖定、電網(wǎng)諧波過大保護(hù)，可控制12組電容器的投切，RS485通訊ACR系列諧波表ACR330EL

13、H四象限電能，2-31次諧波分量，電壓波峰系數(shù)、電話波形因子、電流K系數(shù)，電流、電壓不平衡度等立柜式有源濾波器ANAPF30-400/A諧波治理，諧波電流30A，輸出電壓400VAPFMC系列控制器模塊APFMC-C30諧波電流30AAPFCOV系列變流器模塊APFCOV-CVT30諧波電流30AAPF-RE系列電抗器模塊APF-RE.(S)DG-30諧波電流30A，濾除APF發(fā)出的電網(wǎng)不需要的諧波5.4 漏電火災(zāi)監(jiān)測由于體育館內(nèi)人員密集，安防、消防設(shè)備供電必須可靠，有效地防止電氣火災(zāi)的發(fā)生，保證廣大觀眾和運(yùn)動(dòng)員的安全。Acrel-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由漏電（包括電流）探頭、探測控制器和監(jiān)

14、控設(shè)備三部分組成。探測控制器與漏電（電流）探頭需配套使用。所有需要監(jiān)控的電路分支點(diǎn)均安裝，探測控制器均并聯(lián)于二總線上，監(jiān)控設(shè)備由一臺工業(yè)控制用PC機(jī)及外圍設(shè)備組成。監(jiān)控系統(tǒng)如圖5，采用Acrel-6000/Q琴臺式監(jiān)控設(shè)備，消防火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中所有設(shè)備清單見表4。 專用管理軟件能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地顯示各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的工作情況，值班人員在控制中心通過觀察計(jì)算機(jī)屏幕就可以了解所有監(jiān)控點(diǎn)的工作情況。監(jiān)控設(shè)備具有龐大的數(shù)據(jù)庫，能夠存儲(chǔ)配電 圖5 漏電火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)產(chǎn)生的所有情況記錄，便于有關(guān)人員查詢和分析。 表4 消防火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備清單監(jiān)控設(shè)備型號Acrel-6000/Q監(jiān)控容量128點(diǎn) （ 可擴(kuò)展)外形尺寸1

15、174(H)×630(W)×530(D)主要組成部件計(jì)算機(jī)工業(yè)PC，Core 2 2.66G/1G/320G+鍵鼠, 17液晶顯示器，Windows XP,Acrel-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控軟件輸入輸出模塊內(nèi)置遠(yuǎn)程智能I/O模塊聲光報(bào)警器內(nèi)置音箱、LED指示燈、消聲按鈕、復(fù)位按鈕備用電源內(nèi)置1kVA在線式長效型UPS探測控制器ARCM100-Z在線1路剩余電流、1路溫度監(jiān)測，電參量測量ARCM200BL-J4在線4路剩余電流、電參量測量 ARCM300-J8在線8路剩余電流、4路溫度監(jiān)測，電參量測量探頭AKH-0.66L70D數(shù)字式剩余電流互感器，參考額定電流225A5.5

16、電能計(jì)量本奧體中心內(nèi)的普通照明，鍋爐、水泵、通風(fēng)等動(dòng)力電能計(jì)量采用安科瑞公司的終端電能計(jì)量計(jì)，該計(jì)量計(jì)采用DIN35mm導(dǎo)軌式安裝，能計(jì)量電能及其它電參量，可進(jìn)行時(shí)鐘、費(fèi)率時(shí)段等參數(shù)設(shè)置，并具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。電能集抄系統(tǒng)采用國網(wǎng)集抄形式，即分為主站、集中器、采集器、終端儀表4層。所用儀表清單見表5。 表5 電能計(jì)量設(shè)備清單產(chǎn)品名稱產(chǎn)品型號實(shí)現(xiàn)功能三相導(dǎo)軌式電能表DTSD1352三相電壓、電流、有功功率、無功功率、有功電能、無功電能、頻率、功率因數(shù)、四象限電能單相導(dǎo)軌式電能表DDDF1352單相電流、電壓、電能計(jì)量，7位寬溫型LCD顯示，脈沖輸出，

17、4個(gè)模數(shù)5.6變配電室布置及土建條件 該項(xiàng)目能源中心建筑于巖石層上，層高不低于5.7m，考慮向下挖溝及做電纜夾層的工程量較大（需要炸石），原設(shè)計(jì)高低壓柜進(jìn)出線均為上進(jìn)上出方式，電纜橋架敷設(shè)。但因SF6 絕緣緊湊型高壓開關(guān)柜柜型限制，只能下進(jìn)下出，因此在施工圖設(shè)計(jì)中，我們將高壓配電柜做局部基礎(chǔ)抬高處理。由于高壓設(shè)備的配電設(shè)計(jì)需由當(dāng)?shù)毓╇姴块T審核及深化，2008年5月供電部門提出原設(shè)計(jì)高壓配電柜（SF6 絕緣緊湊型開關(guān)柜）柜前操作距離只能按平臺寬度算，6 0 0 m m 不夠，此建議將高壓室部分（包括高壓配電柜及冷水機(jī)組控制柜）整體抬高。經(jīng)過與建筑及結(jié)構(gòu)專業(yè)協(xié)商，為保持變配電室的完整性，盡可能沿用

18、原變配電室布置，減少土建改動(dòng)，我們決定變配電室低壓部分也隨高壓部分抬高，柜下設(shè)溝，取消配電柜上方電纜橋架，進(jìn)出線均為下進(jìn)下出。目前此工程施工已經(jīng)完成。 6 結(jié)論配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)在減少不合理損耗的前提下還必須遵循以下原則：1）、體育館配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在條件允許的情況下，盡可能采用數(shù)字化電能監(jiān)察及控制儀表。 針對體育館供電半徑大，變配電所布點(diǎn)多的特點(diǎn)，設(shè)置智能化配電控制系統(tǒng)，可以提高對配電系統(tǒng)運(yùn)行的有效管理和監(jiān)控，最大限度的減少電能逸損，提高配電系統(tǒng)的運(yùn)行效率。2）、現(xiàn)下體育館電氣設(shè)計(jì)中所選用的配電變壓器都具有較好的過載能力，因此配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)充分挖掘變壓器的這種潛力。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)和對配電容量分配上!每臺變壓器對應(yīng)的低壓母線段應(yīng)平衡的布置長時(shí)耗負(fù)荷，如照明用電負(fù)荷等；間歇行負(fù)荷，如活動(dòng)室用電負(fù)荷等；以及季節(jié)性用電負(fù)荷，如