關(guān)于商業(yè)綜合體配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)探析

陳勁松

摘 要：從電力負(fù)荷等級(jí)、供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、配變電所的設(shè)置、智能化變配電系統(tǒng)和節(jié)能措施等方面進(jìn)行論述，并通過具體的工程實(shí)例，闡述配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，總結(jié)該類型項(xiàng)目的供配電設(shè)計(jì)和節(jié)能設(shè)計(jì)的要求，保證靈活可靠配電的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、節(jié)材的綠色設(shè)計(jì)，給該類項(xiàng)目的供配電設(shè)計(jì)提供一定參考。

關(guān)鍵詞：商業(yè)綜合體；智能；配電系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TU85 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2023）02-0004-03

0 引言

商業(yè)綜合體是將商業(yè)、辦公、居住、旅店、展覽、餐飲、會(huì)議、文娛等城市生活中三項(xiàng)以上功能進(jìn)行組合，并建立一種相互依存、相互裨益的能動(dòng)關(guān)系，從而形成一個(gè)多功能、高效率、復(fù)雜統(tǒng)一的綜合體。其建筑面積大、用電負(fù)荷集中、負(fù)荷等級(jí)高，與普通的民用或工業(yè)項(xiàng)目相比，其供電、配電的設(shè)計(jì)也具有特殊性[1]。

1城市綜合體概述

合肥吾悅廣場(chǎng)（商業(yè)綜合體）建筑面積為180 998.35 m2，其中地上建筑面積108 490 m2，地下建筑面積72 508.35 m2。本項(xiàng)目具有室內(nèi)商業(yè)、室外商業(yè)街、餐飲、娛樂、影院、辦公等功能，各個(gè)功能區(qū)域間的電力系統(tǒng)存在著一種既互為依賴又相對(duì)獨(dú)立的關(guān)系，使整個(gè)建筑項(xiàng)目電力系統(tǒng)具有多功能、完整性和高效性。在供電體統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)中，根據(jù)項(xiàng)目自身的特性，進(jìn)行有針對(duì)性地設(shè)計(jì)，以滿足商業(yè)用電要求[2]。吾悅廣場(chǎng)鳥瞰圖如圖1所示。

2 電氣設(shè)計(jì)特點(diǎn)及遵循的設(shè)計(jì)原則

在建筑內(nèi)部，多采用通道樹式系統(tǒng)，疏散通道、人流通道等相互連通，提供服務(wù)的系統(tǒng)與系統(tǒng)的通道之間存在著錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系。系統(tǒng)、管道等既要為各自的功能單元提供服務(wù)，也要與其他功能單元進(jìn)行連接。從電氣設(shè)計(jì)上看，主要是系統(tǒng)前端的通訊聯(lián)系、電纜通路的相互穿越、借用等。此外，餐飲、娛樂、商業(yè)商鋪、停車場(chǎng)等屬于不同的業(yè)主，并將其劃分給不同的物業(yè)公司。因此，在商業(yè)綜合體的電氣設(shè)計(jì)中，要考慮到機(jī)電、管徑的綜合規(guī)劃，不僅要明確產(chǎn)權(quán)歸屬，還要兼顧樓層限制、標(biāo)高限制、管道進(jìn)出限制及規(guī)范要求的其他限制條件。這就要求電力系統(tǒng)要綜合各機(jī)房的功能、各配電系統(tǒng)的功能，并從總體上考慮它們之間的聯(lián)系[3]。

3 供配電系統(tǒng)方案

3.1 供電電源

在變電配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，要充分考慮到該商業(yè)綜合體占地面積大、用電場(chǎng)所密集、供電負(fù)荷大、系統(tǒng)復(fù)雜的特點(diǎn)。從城市綜合能源供應(yīng)與分配系統(tǒng)的環(huán)節(jié)出發(fā)，項(xiàng)目的電源點(diǎn)情況直接關(guān)系到整個(gè)項(xiàng)目的供電可靠性。因此在開始著手相關(guān)工作之前，要與當(dāng)?shù)毓╇姴块T進(jìn)行溝通對(duì)接，并通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察初步確定了該項(xiàng)目10 kV電源點(diǎn)。

本項(xiàng)目配電總?cè)萘繛?8 780 kVA，其中備用容量5 000 kVA，電源采用2主1備，主用1電源引自110 kV店埠變I段母線07開關(guān)線路（6 980 kVA），主用2電源引自110 kV孫灘變II段B母線30開關(guān)線路（6 800 kVA），備用電源從文一名門河畔備公用開閉所#07間隔接入（5 000 kVA）。2路主用電源分別引自城市不同的區(qū)域變電所，并采用專用線路的方式直接供本項(xiàng)目用電，同時(shí)還從項(xiàng)目附近小區(qū)變電總所引來一路10 kV備用電源，確保任何一路主用電源故障或檢修時(shí)，仍然能保證本項(xiàng)目一二級(jí)負(fù)荷雙電源供電，從電源端為本項(xiàng)目的安全用電提供了可靠保障。

3.2 負(fù)荷等級(jí)及負(fù)荷計(jì)算

3.2.1 負(fù)荷等級(jí)

本項(xiàng)目一級(jí)負(fù)荷包括消防用電設(shè)備（消防控制室內(nèi)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器及聯(lián)動(dòng)控制臺(tái)、消防水泵、消防電梯、排煙風(fēng)機(jī)、加壓送風(fēng)機(jī)、應(yīng)急照明、疏散照明等）、障礙照明、弱電監(jiān)控系統(tǒng)、超市營業(yè)廳備用照明、各影廳備用照明、主要設(shè)備用房備用照明、經(jīng)營管理用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)電源、收銀系統(tǒng)、防盜報(bào)警系統(tǒng)、通訊機(jī)房、商場(chǎng)客梯及客貨兩用電梯、排水泵、生活給水泵、收銀臺(tái)等。

二級(jí)負(fù)荷包括扶梯、放映設(shè)備、超市經(jīng)營用冷凍冷藏設(shè)備、商場(chǎng)及超市的營業(yè)廳照明、空調(diào)用電等。其余為三級(jí)負(fù)荷。

3.2.2 負(fù)荷計(jì)算

本工程設(shè)備總?cè)萘繛?8 286 kW，室內(nèi)商業(yè)負(fù)荷11 200 kW，其中一二級(jí)負(fù)荷4 000 kW；中央空調(diào)負(fù)荷3 586 kW；超市負(fù)荷1 000 kW，其中一二級(jí)負(fù)荷500 kW；室外商業(yè)街負(fù)荷2 500 kW，其中一二級(jí)負(fù)荷500 kW。

3.3 高壓配電系統(tǒng)

根據(jù)本項(xiàng)目的用電需求及外部電源情況，擬采用開閉所加分配電房的配電形式（如圖2所示），本工程在負(fù)一層設(shè)1個(gè)開閉所和5個(gè)分配電房，超市配電房設(shè)2臺(tái)500 kVA變壓器，持有商業(yè)1#配電房設(shè)2臺(tái)2 000 kVA變壓器，持有商業(yè)2#配電房設(shè)2臺(tái)2 000 kVA變壓器加2臺(tái)1 600 kVA變壓器。金街配電房設(shè)2臺(tái)1 250 kVA變壓器加1臺(tái)500 kVA變壓器。中央空調(diào)機(jī)房配電房設(shè)供機(jī)房3臺(tái)660 kVA高壓制冷機(jī)組用電加1臺(tái)1 600 kVA變壓器。

開閉所高壓系統(tǒng)采用單母線分段不聯(lián)絡(luò)的方式，各分配電房高壓系統(tǒng)均采用單母線分段加聯(lián)絡(luò)的方式。本次設(shè)計(jì)在結(jié)合供電部門對(duì)地下配電房的通風(fēng)、運(yùn)輸和層高等要求的同時(shí)，盡量將各分配電房設(shè)置在相應(yīng)的負(fù)荷中心，合理規(guī)劃電纜路徑，縮短供電半徑，以降低電壓及電能損失。

3.4 低壓配電系統(tǒng)

本次設(shè)計(jì)變壓器要求采用節(jié)能環(huán)保型干式變壓器 ，變壓器損耗小，噪聲低，噪聲不高于48 dB。為了滿足綠色建筑設(shè)計(jì)要求，變壓器能耗指標(biāo)需滿足《三相配電變壓器能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》 GB20052 ?2級(jí)節(jié)能評(píng)價(jià)值要求。低壓配電系統(tǒng)為單母線分段運(yùn)行方式，兩段母線間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，對(duì)于一二級(jí)負(fù)荷供電采用末端低壓雙電源（ATS）自動(dòng)轉(zhuǎn)換，兩路低壓電源引自相應(yīng)配電房不同變壓器的低壓母線。

本次設(shè)計(jì)考慮到商業(yè)建筑用電特點(diǎn)，在低壓配電回路設(shè)計(jì)時(shí)充分預(yù)留了備用回路，便于以后部分商業(yè)綜合體可以及時(shí)調(diào)整配電回路。另外所有ACB（框架式），MCCB（塑殼）斷路器應(yīng)預(yù)留報(bào)警接點(diǎn)及輔助接點(diǎn)各一副（上端子板）供能量管理系統(tǒng)使用。為保證各級(jí)配電的開關(guān)保護(hù)配合，低壓框架斷路器ACB和MCCB（塑殼）斷路器采用電子型脫扣器。保護(hù)整定值可根據(jù)運(yùn)行狀況現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。

3.5 電能質(zhì)量

本工程除進(jìn)行正常的功率因數(shù)補(bǔ)償外，為避免無功倒送的情況，有選擇地在用電量大、功率因數(shù)接近1的負(fù)荷端裝設(shè)雙向無功電度表。在低壓電容器上串聯(lián)7%電抗器，抑制系統(tǒng)中的奇次諧波對(duì)電容的影響。根據(jù)負(fù)荷用電特點(diǎn)，采用了過零投切方式，并采用配有電容的自動(dòng)循環(huán)，從而極大地確保了各電容器在使用時(shí)的均衡。而過零投切則是將過零輸入和過零電流的截?cái)啵@樣既能保證電壓與電容電壓的一致性，又能保證電容器在進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生電流涌動(dòng)，從而達(dá)到開關(guān)節(jié)點(diǎn)的無電弧分流的目的。

根據(jù)電力公司關(guān)于受電電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及其要求，用戶注入電網(wǎng)的諧波值，應(yīng)符合《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》 GB/T 14549-1993 的規(guī)定。10kV系統(tǒng)電壓總諧波畸變率不得大于4%，奇次諧波電壓含有率不得大于3.2%，偶次諧波電壓含有率不得大于1.6%；2次諧波電流值不得大于26A， 3次諧波電流值不得大于20A，4次諧波電流值不得大于13A，5次諧波電流值不得大于20A。

本工程非線性用電負(fù)荷多，如整流設(shè)備、變頻風(fēng)機(jī)水泵、變頻空調(diào)、節(jié)能燈具等，配電系統(tǒng)中諧波污染比較嚴(yán)重。諧波不僅會(huì)使系統(tǒng)的功率因數(shù)下降，而且會(huì)在設(shè)備及線路中產(chǎn)生熱效應(yīng)，導(dǎo)致電能損失。因此本工程在設(shè)計(jì)中采取了必要諧波抑制措施，將有源電力濾波裝置以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載的諧波和無功分量，讓變流器中產(chǎn)生一個(gè)和當(dāng)前諧波分量和無功分量對(duì)應(yīng)的反向分量，并實(shí)時(shí)注入電力系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)諧波處理和無功補(bǔ)償。

3.6 能耗管理平臺(tái)

根據(jù)《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50378-2019中二星級(jí)綠色建筑設(shè)計(jì)要求第6.2.6條 配電系統(tǒng)設(shè)置分類、分級(jí)自動(dòng)遠(yuǎn)傳計(jì)量系統(tǒng)，且設(shè)置能源管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑能耗的監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析和管理。因此本項(xiàng)目采用能耗管理系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)加強(qiáng)運(yùn)行管理。結(jié)合用電數(shù)據(jù)分析能耗趨勢(shì)，制定節(jié)能與調(diào)節(jié)措施。

4 智能配電系統(tǒng)

智能配電系統(tǒng)是一種集微機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)、控制、顯示技術(shù)于一身的現(xiàn)代電力市場(chǎng)運(yùn)行信息管理系統(tǒng)，它的主要功能是將電力系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)、離線、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、用戶用電、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)狀態(tài)等綜合管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和控制，并對(duì)異常狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)，從而達(dá)到對(duì)供、配電系統(tǒng)的智能化管理。

4.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目智能配電系統(tǒng)采用輻射星型結(jié)構(gòu)，分為三層：主控層、通訊管理層和現(xiàn)場(chǎng)控制層。主要包括主站、通信系統(tǒng)、自動(dòng)化監(jiān)控終端三個(gè)模塊，三者形成一個(gè)功能完備的電力系統(tǒng)。智能配電系統(tǒng)主站設(shè)在商業(yè)綜合體一層監(jiān)控中心，主站設(shè)備有服務(wù)器、音箱、打印機(jī)等。 在通訊管理層完成智能通信采集，控制器負(fù)責(zé)采集監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，通過光纖上傳采集數(shù)據(jù)至監(jiān)控中心電力監(jiān)控系統(tǒng)。在現(xiàn)場(chǎng)控制層完成多功能測(cè)控儀表及其他監(jiān)控設(shè)備，并以RS-485通訊方式接入智能通信采集控制器，智能通信采集控制器為第三方設(shè)備預(yù)留RS485接口，第三方設(shè)備須具備RS485/Modbus通信協(xié)議。 通訊管理層網(wǎng)絡(luò)用于實(shí)現(xiàn)主控層與現(xiàn)場(chǎng)控制層網(wǎng)絡(luò)的通信，可傳輸各種格式報(bào)文。現(xiàn)場(chǎng)控制層采用RS-485方式接入通訊管理層，用于將各電量數(shù)據(jù)根據(jù)要求的格式送至智能通信采集控制器。在主控層宕機(jī)的情況下，通訊管理層能獨(dú)立完成就地?cái)?shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)功能。

本項(xiàng)目接入智能配電系統(tǒng)的設(shè)備包括但不限于微機(jī)保護(hù)裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置、智能表計(jì)、電度表、開關(guān)柜無線測(cè)溫裝置、變壓器溫控儀、無功補(bǔ)償控制器、直流屏等。

4.2 智能控制技術(shù)

電力系統(tǒng)的持續(xù)監(jiān)控與自動(dòng)控制，實(shí)質(zhì)上是將電力系統(tǒng)的監(jiān)控與控制子系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來。從上述分析可以看出，今后的電力系統(tǒng)將包括各種智能傳感器、智能電子控制器和智能雙向通信網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地采集和顯示各種設(shè)備的狀態(tài)，如電壓、電流、有功、無功、設(shè)備的運(yùn)行狀況以及其他與電力系統(tǒng)的狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語

本文分析我國商業(yè)綜合體開發(fā)的模式和發(fā)展趨勢(shì)，指出商業(yè)綜合體對(duì)配電系統(tǒng)的需求，結(jié)合一個(gè)具體工程案例闡述了商業(yè)綜合體配電系統(tǒng)的特點(diǎn)以及智能配電技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用。統(tǒng)籌考慮建設(shè)成本及運(yùn)維成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)環(huán)保和綠色節(jié)能，是綜合體配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。針對(duì)不同商業(yè)綜合體需求，實(shí)現(xiàn)供配電系統(tǒng)可靠性、經(jīng)濟(jì)性的平衡是現(xiàn)階段商業(yè)綜合體規(guī)劃設(shè)計(jì)及建設(shè)應(yīng)用中面臨的重要課題。

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