超高層智能配電及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以上海中心為例,同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司副總工程師夏林,2014.9.18.,現(xiàn)代通信技術(shù)現(xiàn)代計(jì)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(shí)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(diǎn)：供配電系統(tǒng)復(fù)雜、供配電關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)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(wú)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(duì)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(guò)智能監(jiān)控實(shí)現(xiàn)快速事故響應(yīng)，故障隔離并減少故障區(qū)域，并盡快恢復(fù)供電；對(duì)分布式上樓變電所實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控；線路停電故障時(shí)備用應(yīng)急電源的快速響應(yīng)；對(duì)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(yùn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量的提升；通過(guò)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，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(guò)對(duì)系統(tǒng)和重要元器件的故障錄波監(jiān)測(cè)，為故障排除提供決策依據(jù)；通過(guò)對(duì)設(shè)備和線路的用能檢測(cè)和數(shù)據(jù)記錄，提供節(jié)電分析手段；降低運(yùn)行和勞務(wù)成本，提高設(shè)備運(yùn)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(guó)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(biāo)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(dòng)扶梯：37部避難層數(shù)量：8個(gè)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(jí)酒店2-6區(qū)（8-81層）：辦公1區(qū)（1-6層）：大堂、商業(yè)、會(huì)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(jì)算總負(fù)荷：39.8MW供電電源和方式：兩路110kV雙重電源兩臺(tái)40MVA主變1+1模式：兩路電源同時(shí)供電、同時(shí)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(duì)可靠。客戶功能定位高，有高級(jí)酒店和高端商業(yè)辦公、會(huì)議、重要IT機(jī)房等，供電負(fù)荷等級(jí)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(wàn)平米，負(fù)荷容量大，總計(jì)算負(fù)荷為39.8MW。建筑構(gòu)造復(fù)雜，設(shè)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(jì)要求，設(shè)置2臺(tái)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(diǎn)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(tái)110/10kV40MVA六氟化硫絕緣主變壓器，總?cè)萘繛?0MVA，分列運(yùn)行，任何一路進(jìn)線或主變失電時(shí)，仍能確保大樓正常運(yùn)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(jì)院負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)。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(tái)2500kW）。為確保酒店和高檔辦公用戶重要設(shè)備對(duì)供電持續(xù)性的要求，預(yù)留7臺(tái)用戶備用發(fā)電機(jī)組位置。,供電電壓等級(jí)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(tái)10KV變壓器,20F10/0.4kV變電所6臺(tái)10KV變壓器,35F10/0.4kV變電所6臺(tái)10KV變壓器,50F10/0.4kV變電所6臺(tái)10KV變壓器,66F10/0.4kV變電所6臺(tái)10KV變壓器,82F10/0.4kV變電所4臺(tái)10KV變壓器,99F10/0.4kV變電所6臺(tái)10KV變壓器,116F10/0.4kV變電所4臺(tái)10KV變壓器,應(yīng)急/備用發(fā)電機(jī)房4x2500KW+7x1600KW,配變電站分布示意圖,計(jì)算總負(fù)荷：39.8MW供電電源和方式：兩路110kV80MVA兩臺(tái)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(gè)設(shè)備層變電所地下三個(gè)變電所,B3層4臺(tái)10kV變壓器B2層8臺(tái)10kV變壓器B1層9臺(tái)10kV變壓器,10kV變壓器數(shù)量：67臺(tái)10kV變壓器安裝總?cè)萘浚?6.15MVA變壓器故障運(yùn)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(jí)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(tái)變壓器總裝機(jī)容量80MVA10/0.4KV變壓器：68臺(tái)變壓器總裝機(jī)容量102.4MVA10KV冷水機(jī)組：10臺(tái)總裝機(jī)容量9390KW大樓應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)：4臺(tái)總裝機(jī)容量10MW酒店備用柴油發(fā)電機(jī)：2臺(tái)總裝機(jī)容量3.2MW租戶備用柴油發(fā)電機(jī)：5臺(tái)總裝機(jī)容量8MW三聯(lián)供燃?xì)獍l(fā)電機(jī)：2臺(tái)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(jì)：一級(jí)負(fù)荷（含一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷）裝接容量為：31.7MW；其中一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的裝接容量為：21.5MW。二級(jí)負(fù)荷裝接容量為：12.8MW。三級(jí)負(fù)荷裝接容量為：36.8MW。,供配電系統(tǒng)特點(diǎn),1.二線二變，任一路110kV線路或變壓器故障時(shí)，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(dú)立，且線路獨(dú)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(jí)控制，以應(yīng)對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行故障。4.供配電系統(tǒng)實(shí)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(jì)，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(dú)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(cè)，為分析故障機(jī)理提供理想的平臺(tái)。,供配電系統(tǒng)特點(diǎn),三.其他設(shè)計(jì)要點(diǎn)：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(duì)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(jí)，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(jí)雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)ATS，確保任何情況下發(fā)電與市電不會(huì)并列運(yùn)行。對(duì)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(dòng)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(cè)裝置。,供配電系統(tǒng)特點(diǎn),110/10kV供配電系統(tǒng)主接線,系統(tǒng)聯(lián)鎖關(guān)系：1.K1、K2、K3開關(guān)聯(lián)鎖，K4、K5、K6聯(lián)鎖聯(lián)鎖，平時(shí)K2、K5斷開。2.1#線路故障或B2變壓器故障檢修時(shí)，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(shí)，斷開K3、K6，接通K2、K5，恢復(fù)全樓供電。4.K1和K7，K3和K8平時(shí)可并機(jī)運(yùn)行，當(dāng)MD1(MD4)10kV母線失電時(shí)，對(duì)應(yīng)三聯(lián)供發(fā)電機(jī)組并機(jī)解列。說(shuō)明：一.任何一路電源失電或變壓器檢修時(shí)，均能滿足大樓全負(fù)荷供電。二.兩路電源均失電時(shí)，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(tái)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)非逆送)。白天發(fā)電，晚上停機(jī)。,燃?xì)獍l(fā)電機(jī)并機(jī)簡(jiǎn)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(jì),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(gè)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(diǎn)：1.兩線兩變，任一路失電或變壓器檢修時(shí)，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(dú)立，且線路獨(dú)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(jí)控制，以應(yīng)對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行故障。4.供配電系統(tǒng)實(shí)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(jì)，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(dú)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(cè)，為分析故障機(jī)理提供理想的平臺(tái)。,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(wú)電，各開關(guān)狀態(tài),110/10kV系統(tǒng)控制,2#電源有電，1#電源無(wú)電，各開關(guān)狀態(tài),110/10kV系統(tǒng)控制,1#、2#電源無(wú)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(wú)電，各開關(guān)狀態(tài),2#線路有電，1#線路無(wú)電，各開關(guān)狀態(tài),1#、2#線路無(wú)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(diǎn),主控層、通信管理層、現(xiàn)場(chǎng)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(dú)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(wèn)的可靠性及安全性。主控層匯集12個(gè)工作服務(wù)器，收集電力運(yùn)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(cè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、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，信息采集網(wǎng)與控制網(wǎng)傳輸分離，提高了故障容錯(cuò)能力的自愈功能?，F(xiàn)場(chǎng)控制層具備獨(dú)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(dú)立于總電能管理系統(tǒng)運(yùn)行，設(shè)計(jì)有安全運(yùn)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(dòng)，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(jí)。,上海中心電能管理系統(tǒng)軟件功能簡(jiǎn)述,具備良好的人機(jī)界面；運(yùn)行數(shù)據(jù)采集；運(yùn)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(cè)；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(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)；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(cè)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(jì)；GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘；系統(tǒng)設(shè)備管理功能；實(shí)時(shí)幫助；報(bào)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(cè)儀表要求,常規(guī)測(cè)量功能：電壓、電流、頻率、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、有功電能、無(wú)功電能、功率因數(shù)、PF等。測(cè)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(dòng)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(dòng)分析、記錄每次電壓上沖/下陷和短時(shí)中斷發(fā)生的時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間等等。事件記錄功能，要求帶時(shí)標(biāo)事件記錄不少于128（SOE），時(shí)標(biāo)精度為1ms。錄波采樣數(shù)據(jù)精度：512點(diǎn)/周波；人機(jī)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(bào)警，顯示歷史波形圖。提供開關(guān)量輸入輸出接口，可擴(kuò)展，具有監(jiān)測(cè)斷路器分合閘狀態(tài)故障狀態(tài)等開關(guān)量信號(hào)的功能；,變電所智能監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行策略參考圖,監(jiān)控中心,電力監(jiān)控界面,同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司副總工程師夏林,謝謝,