上海中心智能配電及控制系統(tǒng)設計.ppt

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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..,,,,現代通信技術現代計算機網絡技術現代控制技術,現代制造技術,+,=,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)控和調度；●供配電主要元器件電力運行監(jiān)測，實現對電能質量的提升；●通過對系統(tǒng)運行數據的監(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；●通過對設備和線路的用能檢測和數據記錄，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：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?？蛻艄δ芏ㄎ桓撸懈呒壘频旰透叨松虡I(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。建筑構造復雜，設備層變配電站柱網和空間受到限制。為滿足可在生能源利用的設計要求，設置2臺1060kW冷熱電三聯供發(fā)電機組和塔冠的小容量風力發(fā)電機群（設備總容量約300kWp）。,建筑特點和供配電要求,根據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，總容量為80MVA，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變壓器數量：67臺10kV變壓器安裝總容量：96.15MVA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)實現有效監(jiān)控，便于負荷調度和監(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)聯鎖關系：1.K1、K2、K3開關聯鎖，K4、K5、K6聯鎖聯鎖，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燃氣冷熱電三聯供內燃發(fā)電機組，與大樓10kV內部并網，并避免向市電網的逆向饋電(并網非逆送)。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)實現有效監(jiān)控，便于負荷調度和監(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),主控層架構圖,上海中心電能管理系統(tǒng)網絡拓撲結構特點,●主控層、通信管理層、現場控制層三層網絡構架?！耠娔芄芾硐到y(tǒng)主控層服務器工作站獨立組網，采用千兆雙網冗余核心交換機、雙光纖備份鏈路技術，接入速度1Gbps，提高數據網絡傳輸及訪問的可靠性及安全性。●主控層匯集12個工作服務器，收集電力運行參數、控制與調度、電能質量分析、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析、故障預測、數據存儲、各類系統(tǒng)接口（應急發(fā)電機系統(tǒng)、ATS、風力發(fā)電、冷熱電三聯供機組等），與110/10kV管理系統(tǒng)互聯。●通信管理層采用高速以太網的環(huán)形鏈路傳輸和雙網雙環(huán)雙機熱備冗余，信息采集網與控制網傳輸分離，提高了故障容錯能力的自愈功能?！瘳F場控制層具備獨立的系統(tǒng)軟件、通訊總線、控制設備，在結構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配負荷、就地多系統(tǒng)聯動，遙控一次設備等功能?！窈诵慕粨Q機、光纖環(huán)網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；●運行數據采集；運行監(jiān)視；●事故預警；事故記錄與分析；●在線電能質量監(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；數據管理與備份；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、PF等?！駵y量精度：≤0.2%；●電能質量分析功能：電網異常狀態(tài)的錄波，監(jiān)視內部和外部電能質量事件（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。●錄波采樣數據精度：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,