上海中心智能配電及控制系統(tǒng)設(shè)計_2014.9.18.

1、超高層智能配電及控制系統(tǒng)設(shè)計以上海中心為例2014.9.18.1現(xiàn)代通信技術(shù)現(xiàn)代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)現(xiàn)代控制技術(shù)現(xiàn)代制造技術(shù)+=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(hù)水平、節(jié)能效益、智能化控制水平，實現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)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(fù)雜、供配電關(guān)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(fù)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(fēng)力發(fā)電等。超高層建筑對供配電智能控制的需求：關(guān)鍵配電設(shè)備或線路故障，通過智能監(jiān)控實現(xiàn)快速事故響應(yīng)，故障隔離并減少故障區(qū)

2、域，并盡快恢復(fù)供電；對分布式上樓變電所實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控；線路停電故障時備用應(yīng)急電源的快速響應(yīng)；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(yù)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(shè)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(wù)成本，提高設(shè)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(biāo)志性建筑展現(xiàn)了中國改革開放的發(fā)展歷程632m492m420.5m上海中心建筑總高度：632m主樓屋面標(biāo)高：580m 層 數(shù)：地上127層

3、 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(fēng)力發(fā)電、 設(shè)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(shè)備用房、 后勤、人防避難兼設(shè)備(M2)層：7、21、36、51、67、83、100、 117設(shè)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(biāo)準(zhǔn)層和空中

4、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(fù)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(jìn)線和主變失電，均確保大廈正常使用主變安裝負(fù)荷密度：140.8VA/m2圖片由Gensler提供上海市最高的標(biāo)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(jī)房等，供電負(fù)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(dá)56.8萬平米，負(fù)荷容量大，總計算負(fù)荷為39.8MW。建筑構(gòu)造復(fù)雜，設(shè)

5、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(shè)計要求，設(shè)置2臺1060kW冷熱電三聯(lián)供發(fā)電機(jī)組和塔冠的小容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)群（設(shè)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(shè)置110/10kV用戶變電站，設(shè)置兩臺110/10kV 40MVA六氟化硫絕緣主變壓器，總?cè)萘繛?0MVA，分列運行，任何一路進(jìn)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(shè)計院負(fù)責(zé)設(shè)計。為確保大樓自身的防災(zāi)能力和規(guī)范要求，設(shè)置用戶應(yīng)急保障發(fā)電機(jī)組（4臺2500kW）。

6、為確保酒店和高檔辦公用戶重要設(shè)備對供電持續(xù)性的要求，預(yù)留7臺用戶備用發(fā)電機(jī)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6F 10/0.4kV變電所6臺10KV變壓器20F 10/0.4kV變電所6臺10KV變壓器35F 10/0.4kV變電所6臺10KV變壓器50F 10/0.4kV變電所6臺10KV變壓器66F 10/0.4kV變電所6臺10KV變壓器82F 10/0.4kV變電所4臺10KV變壓器99F 10/0.4kV變電所6臺10KV變壓器116F 10/0.4kV變電所4臺10KV變壓器應(yīng)急/備用

7、發(fā)電機(jī)房4x2500KW+7x1600KW配變電站分布示意圖計算總負(fù)荷：39.8 MW供電電源和方式：兩路110kV 80MVA 兩臺40MVA主變柴油發(fā)電機(jī)設(shè)置：B1層變電所設(shè)置：地上八個設(shè)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(shè)備層變壓器均選用1250kVA一.主要供配電設(shè)備及設(shè)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(shè)置110/10kV變電和10kV總

8、配電站，地下一至三層、各區(qū)設(shè)備層設(shè)置10/0.4kV分區(qū)配變電所。3. 主要設(shè)備容量：110/10KV變壓器：2臺 變壓器總裝機(jī)容量80MVA10/0.4KV變壓器：68臺 變壓器總裝機(jī)容量102.4MVA10KV冷水機(jī)組：10臺 總裝機(jī)容量9390KW大樓應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)：4臺 總裝機(jī)容量10MW酒店備用柴油發(fā)電機(jī)：2臺 總裝機(jī)容量3.2MW租戶備用柴油發(fā)電機(jī)：5臺 總裝機(jī)容量8MW三聯(lián)供燃?xì)獍l(fā)電機(jī)： 2臺 總裝機(jī)容量2.120MW風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)： 1套（約300kWp）4.負(fù)荷統(tǒng)計：一級負(fù)荷（含一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷）裝接容量為：31.7MW；其中一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的裝接容量為：21.5

9、MW。二級負(fù)荷裝接容量為：12.8MW。三級負(fù)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(yīng)急電源系統(tǒng)獨立，且線路獨立豎井敷設(shè)，可靠性高，便于應(yīng)急電源系統(tǒng)維護(hù)。3.特別重要負(fù)荷分級控制，以應(yīng)對發(fā)電機(jī)運行故障。4.供配電系統(tǒng)實現(xiàn)有效監(jiān)控，便于負(fù)荷調(diào)度和監(jiān)管。5.10kV配電線路按全冗余設(shè)計，任何一條傳輸線路故障都能確保全負(fù)荷供電。6.至分區(qū)兩路10kV線路分別獨立豎井敷設(shè)，避免因火災(zāi)或機(jī)械破壞。7.所有10kV線路均采用最新耐火電纜。8.設(shè)置全面的線路供電參數(shù)和開關(guān)故障監(jiān)測，為分析故障機(jī)理提供理

10、想的平臺。供配電系統(tǒng)特點三. 其他設(shè)計要點：設(shè)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(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)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(guān)鍵設(shè)備應(yīng)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(yīng)急和備用發(fā)電機(jī)組與市電切換采用可靠的PC級雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)ATS，確保任何情況下發(fā)電與市電不會并列運行。對電氣設(shè)備選型均有諧波控制要求，并在分區(qū)變電所設(shè)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(shè)置有源濾波裝置，所有配電干線均設(shè)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(guān)系：1.K1、K

11、2、K3開關(guān)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(fù)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(fù)全樓供電。4.K1和K7，K3和K8平時可并機(jī)運行，當(dāng)MD1(MD4)10kV母線失電時，對應(yīng)三聯(lián)供發(fā)電機(jī)組并機(jī)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(fù)荷供電。二.兩路電源均失電時，投入應(yīng)急發(fā)電機(jī)組，確保所有特別重要負(fù)荷的供電。三.設(shè)置兩臺10kV/1.06MW燃?xì)饫錈犭娙?lián)供內(nèi)燃發(fā)電機(jī)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

12、逆送)。白天發(fā)電，晚上停機(jī)。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)并機(jī)簡圖1#、2#市電與燃?xì)獍l(fā)電機(jī)并機(jī)系統(tǒng)智能配電與控制系統(tǒng)設(shè)計電力綜合管理系統(tǒng)構(gòu)架110/10kV、應(yīng)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(yīng)急發(fā)電機(jī)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(yīng)急段應(yīng)急變應(yīng)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(yīng)急電源系統(tǒng)獨立，且線路獨 立豎井敷設(shè)，可靠性高，便于 應(yīng)急電源系統(tǒng)維護(hù)。3.特別重要負(fù)荷分級控制，以應(yīng) 對發(fā)電機(jī)運行故障。4.供配電系統(tǒng)實現(xiàn)有效監(jiān)控，便 于負(fù)荷調(diào)度和監(jiān)管。5

13、.10kV配電線路按全冗余設(shè)計， 任何一條線路故障都能確保全 負(fù)荷供電。6.至分區(qū)兩路10kV線路分別獨立 豎井敷設(shè)，避免因火災(zāi)或機(jī)械 破環(huán)。7.所有10kV線路均采用最新耐火 電纜。8.設(shè)置全面的線路供電參數(shù)和開 關(guān)故障監(jiān)測，為分析故障機(jī)理 提供理想的平臺。110/10kV系統(tǒng)控制1#、2#電源有電，各開關(guān)狀態(tài)110/10kV系統(tǒng)控制1#電源有電，2#電源無電，各開關(guān)狀態(tài)110/10kV系統(tǒng)控制2#電源有電，1#電源無電，各開關(guān)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(guān)狀態(tài)分區(qū)變電所系統(tǒng)控制1#、2#線路有電，各開關(guān)狀態(tài)1#線路有電，2#線路無電，各開關(guān)狀態(tài)2#線路

14、有電，1#線路無電，各開關(guān)狀態(tài)1#、2#線路無電，自備電源有電，各開關(guān)狀態(tài)主控層架構(gòu)圖 上海中心電能管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點 主控層、通信管理層、現(xiàn)場控制層三層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。電能管理系統(tǒng)主控層服務(wù)器工作站獨立組網(wǎng)，采用千兆雙網(wǎng)冗余核心交換機(jī)、雙光纖備份鏈路技術(shù)，接入速度1Gbps，提高數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸及訪問的可靠性及安全性。 主控層匯集12個工作服務(wù)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(yù)測、數(shù)據(jù)存儲、各類系統(tǒng)接口（應(yīng)急發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、ATS、風(fēng)力發(fā)電、冷熱電三聯(lián)供機(jī)組等），與110/10kV管理系統(tǒng)互聯(lián)。通信管理層采用高速以太網(wǎng)的環(huán)形鏈路傳輸和雙網(wǎng)雙環(huán)雙機(jī)熱備冗余，信息采集

15、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?，F(xiàn)場控制層具備獨立的系統(tǒng)軟件、通訊總線、控制設(shè)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(shè)計有安全運行模式可以在總站授權(quán)或故障情況下承擔(dān)合理調(diào)配負(fù)荷、就地多系統(tǒng)聯(lián)動，遙控一次設(shè)備等功能。 核心交換機(jī)、光纖環(huán)網(wǎng)交換機(jī)均達(dá)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(jī)界面；運行數(shù)據(jù)采集；運行監(jiān)視；事故預(yù)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(hù)；電力系統(tǒng)分析及實時在線監(jiān)測；負(fù)荷監(jiān)視；就地與遠(yuǎn)程控制；加載/卸載與恢復(fù)管理功能；發(fā)電機(jī)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(biāo)準(zhǔn)時鐘；系統(tǒng)設(shè)備管理功能；實時幫助；報表管理；支持系統(tǒng)集成；網(wǎng)絡(luò)管理。10kV進(jìn)出線開關(guān)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、