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

1/8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上海嘉定202301引言體育館是指具有肯定觀眾容量，場(chǎng)地符合舉辦各種體育競(jìng)賽要求的體育建筑。依據(jù)《體育JGJ31-2023[]1〕、重大競(jìng)賽或演出中斷供電會(huì)造成較大的政治、經(jīng)濟(jì)影響；、場(chǎng)內(nèi)人員密集，安防、消防設(shè)備供電必需牢靠；、使用時(shí)段性強(qiáng)，尋常與競(jìng)賽時(shí)負(fù)荷相差很大；、場(chǎng)地照明、攝像轉(zhuǎn)播及體育工藝用電量大，設(shè)備分散，對(duì)電源質(zhì)量要求高。依據(jù)《2023全國(guó)民用建筑工程電氣設(shè)計(jì)技術(shù)措施電氣》要求，體育場(chǎng)館電氣設(shè)計(jì)應(yīng)安全牢靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、成天美觀、維護(hù)治理便利；電氣設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)電池、聲、光污染實(shí)行綜合治理，到達(dá)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(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，并應(yīng)承受成熟、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)量確實(shí)定除需要考慮盡量設(shè)在負(fù)荷中心外，還要特別留意驗(yàn)算末端用電設(shè)備電壓偏移，實(shí)行減小電壓偏移的措施，保證電壓偏移不超過(guò)允許值。主接線設(shè)計(jì)時(shí)要留意安全性和牢靠性要求。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)，必需裝設(shè)高壓隔離開(kāi)關(guān)。在低壓斷路器的電源側(cè)及可能反響電能的另一離開(kāi)。變配電所高壓母線上及架空線路末端，必需裝設(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(kāi)關(guān)。接于變壓器引出線上的避雷器，不宜裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)。牢靠性即變配電所的主結(jié)線方案，必需與其負(fù)荷等級(jí)相適應(yīng)。對(duì)一級(jí)負(fù)荷，應(yīng)有兩個(gè)電源供電。對(duì)二級(jí)負(fù)荷，應(yīng)有兩回路或者一回專用架空<電纜〕供電；承受電纜供電時(shí)，應(yīng)承受兩根電纜組成的線路，且每根電纜應(yīng)能承受100%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(kāi)關(guān)。當(dāng)雙電源供多個(gè)變配電所時(shí)，宜承受環(huán)網(wǎng)供電方式。變配電所低壓側(cè)的總開(kāi)關(guān)，宜承受低壓斷路器。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(kāi)關(guān)和低壓母線分段開(kāi)關(guān)，均應(yīng)承受低壓斷路器。工程簡(jiǎn)介本工程奧體中心主要由體育場(chǎng)、體育館、游泳館、網(wǎng)球中心、中心商業(yè)區(qū)及地下車庫(kù)組成，總建筑面積約36萬(wàn)m2，建成后將成為標(biāo)志性建筑及城區(qū)內(nèi)大規(guī)模商業(yè)消遣綜合體。能源中心是奧體中心的配套設(shè)施，位于整個(gè)場(chǎng)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)組承受的是10kV高壓供電方式[2]負(fù)荷等級(jí)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(jí)負(fù)荷考慮，因此本能源中心電力負(fù)荷為二級(jí)，二級(jí)負(fù)荷容量3559.5kW,其中4臺(tái)冷水機(jī)組容量為2476kW。電壓等級(jí)確定依據(jù)暖通專業(yè)方案論證結(jié)果，承受水蓄冷能源方式，其中冷水機(jī)組4臺(tái)，單臺(tái)容量平均在600kW左右，假設(shè)低壓380V供電，則每臺(tái)冷水機(jī)組的供電電流將到達(dá)1000A以上,對(duì)開(kāi)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(guò)簡(jiǎn)潔經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，冷水機(jī)組打算承受高壓10kV供電。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，各擔(dān)當(dāng)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(wú)壓掉閘,分段開(kāi)關(guān)自動(dòng)/手動(dòng)投入運(yùn)行，另一路電源可擔(dān)當(dāng)全部負(fù)荷。變配電室內(nèi)設(shè)高壓柜10面，高壓冷水機(jī)組掌握柜4面<與機(jī)組配套〕，2臺(tái)1000kVA變壓器及低壓配電柜8面、掌握柜11面(泵類>。高壓供配電系統(tǒng)高壓配電柜承受SF6絕緣緊湊型開(kāi)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)承受真空開(kāi)關(guān)，饋線為負(fù)荷開(kāi)關(guān)熔斷器組合電器。進(jìn)線柜配兩段定時(shí)限過(guò)流保護(hù)、兩段零序定時(shí)限保護(hù)、無(wú)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(wú)壓跳閘,母聯(lián)開(kāi)關(guān)自動(dòng)/手動(dòng)投入；母聯(lián)柜設(shè)電流速斷、過(guò)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(kāi)關(guān)實(shí)行防并聯(lián)措施，即三個(gè)開(kāi)關(guān)最多只能有兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)處于合閘位置。操作及信號(hào)電源為直流110V，65Ah。高壓冷水機(jī)組掌握柜為金屬鎧裝移開(kāi)式，內(nèi)設(shè)溫、濕度傳感器，溫度或濕度過(guò)高均會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并具除濕功能。其微機(jī)綜合保護(hù)模塊具有過(guò)電流、過(guò)負(fù)荷、接地故障、短路、相不平衡、電壓過(guò)高、電壓過(guò)低、錯(cuò)相、反相等保護(hù)，為使電氣設(shè)備的絕緣免受過(guò)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(tái)高壓冷水機(jī)組掌握柜內(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。3/8圖2高壓供配電系統(tǒng)依據(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(cè)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AM5-T變壓器保護(hù)測(cè)控裝置，高壓冷水機(jī)掌握柜選用AM5-M電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置。各裝置具體功能與報(bào)價(jià)見(jiàn)表1。開(kāi)關(guān)柜類型產(chǎn)品名稱產(chǎn)品開(kāi)關(guān)柜類型產(chǎn)品名稱產(chǎn)品型號(hào)實(shí)現(xiàn)功能1#變壓器出線變壓器保護(hù)測(cè)控裝置AM5-T三段式過(guò)流保護(hù)、高溫報(bào)警、超溫跳閘、FC閉鎖功能兩段定時(shí)限過(guò)流保護(hù)、兩段零序定時(shí)限保護(hù)、無(wú)壓跳閘保護(hù)PT斷線監(jiān)測(cè)、低電壓告警、過(guò)電壓告警、母線絕緣監(jiān)測(cè)反相等保護(hù)備自投保護(hù)、電流速斷、過(guò)電流保護(hù)一次模擬圖顯示、高壓帶電指示、溫濕度掌握、語(yǔ)音提示、RS485通訊2#變壓器出線進(jìn)線柜線路保護(hù)測(cè)控裝置AM5-FPTPTAM5-U冷水機(jī)掌握柜電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置AM5-M母聯(lián)柜備自投保護(hù)裝置AM5-B開(kāi)關(guān)柜ASD200ASD200低壓供配電系統(tǒng)低壓配電系統(tǒng)為兩級(jí)。單臺(tái)大容量設(shè)備放射式供電，其他為樹(shù)干分支式。單臺(tái)裝機(jī)容量為75kW、90kW的冷卻水循環(huán)泵、冷凍水一次泵承受軟啟動(dòng)，單臺(tái)裝機(jī)容量為160kW的冷凍水二次泵承受變頻掌握，掌握柜置于變配電室低壓側(cè)。鍋爐掌握設(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)備接近處。變壓器負(fù)載率為60%~65%，對(duì)于任一變壓器組，其中的1臺(tái)變壓器故障時(shí)，另一臺(tái)變壓器可在肯定時(shí)間內(nèi)工作在110%~130%負(fù)載率，負(fù)擔(dān)全部低壓二級(jí)負(fù)荷。低壓供配電系統(tǒng)見(jiàn)圖3。圖3低壓配電系統(tǒng)低壓柜承受抽屜式開(kāi)關(guān)柜，主進(jìn)線柜設(shè)三段保護(hù)：長(zhǎng)延時(shí)、短延時(shí)、瞬時(shí)過(guò)電流保護(hù)；母聯(lián)柜設(shè)瞬時(shí)過(guò)電流保護(hù)；饋電柜設(shè)長(zhǎng)延時(shí)、短延時(shí)、瞬時(shí)過(guò)電流保護(hù)。低壓配電線路上選用安科瑞公司的ALPACR系列監(jiān)測(cè)儀表進(jìn)展出線柜電量監(jiān)測(cè)。具體設(shè)備清單見(jiàn)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(hào) 實(shí)現(xiàn)功能嵌入式低壓線路保護(hù)器導(dǎo)軌式低壓線路保護(hù)器ACR系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表

三相電流、頻率監(jiān)測(cè)，能對(duì)額定電流范圍內(nèi)的線路ALP200-5進(jìn)展過(guò)流、零序、斷相、聯(lián)動(dòng)、不平衡等保護(hù)，Modbus-RTU5路DI、4路DO，大事記錄三相電流、電壓、功率、功率因數(shù)、頻率、電能監(jiān)ALP320-5測(cè)，過(guò)流、欠壓、過(guò)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，大事記錄三相電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、有功電能ACR220EL 、無(wú)功電能、頻率、功率因數(shù)、四象限電能、LCD顯示、Modbus-RTU通訊諧波監(jiān)測(cè)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(cè)量?jī)x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4ARC系列無(wú)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，承受集中方式抑制諧波。在各消滅柜上設(shè)置ACR3302-31ANAPF有源濾波器以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)負(fù)載的諧波和無(wú)功重量，承受PWM變流技術(shù)，從變流器中產(chǎn)生一個(gè)和當(dāng)前諧波重量和無(wú)功重量對(duì)應(yīng)的反響重量并實(shí)時(shí)注入電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)諧波治理和無(wú)功補(bǔ)償。本諧波抑制方案具體設(shè)備清單如表3。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)品名稱產(chǎn)品型號(hào)實(shí)現(xiàn)功能ARC功率因數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償掌握器ARC-12/J(R>測(cè)量電流、電壓、頻率、功率因數(shù)、具備過(guò)電壓保護(hù)、欠流鎖定、電網(wǎng)諧波過(guò)大保護(hù)，可掌握12組電容器的投切，RS485ACR系列諧波表ACR330ELH四象限電能，2-31次諧波重量，電壓波峰系數(shù)、波形因子、電流K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系列掌握器模塊APFMC-C30諧波電流30AAPFCOV系列變流器模塊APFCOV-CVT30諧波電流30A監(jiān)控設(shè)備監(jiān)控設(shè)備計(jì)算機(jī)PCCore22.66G/1G/32017WindowsXP,Acrel-6000氣火災(zāi)監(jiān)控軟件主要組成部件輸入輸出模塊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(zhǎng)效型UPS探測(cè)掌握器ARCM100-Z在線1路剩余電流、1路溫度監(jiān)測(cè)，電參量測(cè)量ARCM200BL-J4在線4路剩余電流、電參量測(cè)量ARCM300-J8在線8路剩余電流、4路溫度監(jiān)測(cè)，電參量測(cè)量APF-APF-RE.(S>DG-30諧波電流30AAPF波漏電火災(zāi)監(jiān)測(cè)由于體育館內(nèi)人員密集，安防、消防設(shè)備供電必需牢靠，有效地防止電氣火災(zāi)的發(fā)生，保證寬闊觀眾和運(yùn)發(fā)動(dòng)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(cè)掌握器和監(jiān)控設(shè)備三局部組成。探測(cè)掌握器與漏電<電流〕探頭需配套使用。全部需要監(jiān)控的電路分支點(diǎn)均安裝，探測(cè)掌握器均并聯(lián)于二總線上，監(jiān)控設(shè)備由一臺(tái)工業(yè)掌握用PC5，承受Acrel-6000/Q琴臺(tái)式監(jiān)控設(shè)備，消防火4。專用治理軟件能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地顯示各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的工作狀況，值班人員在掌握中心通過(guò)觀看計(jì)算機(jī)屏幕就可以了解全部監(jiān)控點(diǎn)的工作狀況。監(jiān)控設(shè)備具有浩大的數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠存儲(chǔ)配電圖5漏電火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)產(chǎn)生的全部狀況記錄，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)備清單型號(hào)Acrel-6000/Q監(jiān)控容量外形尺寸≤12點(diǎn)7/8探頭探頭AKH-0.66L70D數(shù)字式剩余電流互感器，參考額定電流≤225A本奧體中心內(nèi)的一般照明，鍋爐、水泵、通風(fēng)等動(dòng)力電能計(jì)量承受安科瑞公司的終端電能計(jì)量計(jì)，該計(jì)量計(jì)承受DIN35mm導(dǎo)軌式安裝，能計(jì)量電能及其它電參量，可進(jìn)展時(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)4層。所用儀表清單見(jiàn)表5。表5產(chǎn)品名稱產(chǎn)品名稱產(chǎn)品型號(hào)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(wú)功功率、有功電能、無(wú)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，4個(gè)模數(shù)變配電室布置及土建條件該工程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)凹凸壓柜進(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(kāi)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根底抬高處理。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，2023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(kāi)關(guān)柜〕柜前操作距離只能按平臺(tái)寬度算，600mm不夠，此建議將高壓室局部<包括高壓配電柜及冷水機(jī)組掌握柜〕整體抬高。經(jīng)過(guò)與建筑及構(gòu)造專業(yè)協(xié)商，為保持變配電室的完整性，盡可能沿用原變配電室布置，削減土建改動(dòng)，我們打算變配電室低壓局部也隨高壓局部抬高，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)在削減不合理?yè)p耗的前提下還必需遵循以下原則：1〕、體育館配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在條件允許的狀況下，盡可能承受數(shù)字化電能監(jiān)察及掌握儀表。針對(duì)體育館供電半徑大，變配電所布點(diǎn)多的特點(diǎn)，設(shè)置智能化配電掌握系統(tǒng)，可以提高對(duì)配電系統(tǒng)運(yùn)行的有效治理和監(jiān)控，最大限度的削減電能逸損，提高配電系統(tǒng)的運(yùn)行效率。2〕、現(xiàn)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(guò)載力量，因此配電系的低壓母線段應(yīng)平衡的布置長(zhǎng)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，如空調(diào)用電負(fù)荷等，而對(duì)不同類型的配電負(fù)荷均應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的饋電回路。通過(guò)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的合理調(diào)度掌握，即可最大限度的消峰填谷，到達(dá)節(jié)約電能，