多电站多分区供配电系统设计准则研究

多电站多分区供配电系统设计准则研究

孙玉博 张宏亮

智宇电力设计集团有限公司 450000

摘要：随着我国舰船用电设备不断增多，用电规模不断增大，在大型舰船中采用多电站多分区供电模式已逐渐成为主流形式。传统的基于前后双电站、左右双分区的电力系统按100%电站冗余设计的设计原则、配电方式、标准规范已不能完全适用，而应根据实际情况优化设计。为满足大型船舶用电需求，针对大容量多电站多分区供配电系统，建立合适的电力系统供配电设计准则，研究提出合适的连续供配电方案迫在眉睫。

关键词：多电站；多分区；供配电系统；设计准则；研究

引言

随着科技的发展和社会的进步，商业综合体建筑数量日益增多，其面积大、功能业态多，如商业、办公、酒店、住宅、车库等，对供配电设计的合理性、可靠性、安全性提出了较高的要求。

1舰船供配电系统现有标准体系及存在问题

当前，舰船电力系统设计、研制、使用，总体上遵循国家军用标准《舰船通用规范》GJB4000-2000，在科研、生产和使用中正在发挥重要作用；2002年～2019年期间，又进行了多次修改，基本可以满足常规船舶电力系统工程应用需求。但是，当前船舶电力系统容量快速增长，电力系统电制已经推广到中压交流、直流等多种电制。GJB4000-2000中规定的设计准则，如供电的连续性和安全性、供电生命力、系统线制和电制等均难以适应当前舰船发展需求。

2多电站多分区供配电系统设计的必要性

为了使配电系统具有一定的灵活性，便于在舰船业态或用电负荷根据招商落位调整的情况下，尽量减少变电所低压开关柜出线开关、电缆的修改，建议用于舰船的配电干线采用母线槽供电，通过插接箱接入不同楼层强电井配电柜。由于母线槽供电容量大，所带负荷多，各设备的同时系数较低，在舰船用电负荷在招商变动不是很大的情况下，直接更换或增加楼层强电井插接箱即可。各舰船分区的配电箱柜，建议安装在舰船的后场区。除主力店(外，舰船内的空调室内机、风机盘管等用电设备，可由舰船配电箱直接供电，舰船的排风风机、排油烟机、送风风机等设备若安装在屋顶，可由舰船的配电箱配出回路，沿着相应土建风井内壁(可尽量选用补风井，因为排油烟管道温度较高)，敷设到相应风机，便于舰船预付费电表电费的计量。对于主力店舰船，可单独设置动力设备配电箱用于空调机组、风机配电。

3多电站多分区供配电系统的设计准则研究

3.1系统生命力设计

对照电力系统生命力要求，多电站（至少3个电站）多分区供配电系统论证和设计中建议遵循以下原则：一是电力系统的生命力要求应与舰船生命力等级相匹配。电力系统生命力是舰船生命力的重要组成部分，它为许多重要战斗器材设备提供能源，是确保遭受战斗破损和事故破损情况下重要战斗器材设备继续保持系统功能的基本保障，因此舰船电力系统生命力应适当高于电动武备、主要电动技术装备的生命力，与平台总体生命力相匹配。二是任一单个电站容量储备至少应能够满足舰船重要负荷即一级负荷的供电需要，以保障舰船生命力，并保障自身供电能力的恢复。三是加强区域配电网络重构的信息化、智能化，合理匹配网络层级和电力负荷重要设备优先级，避免产生级联雪崩效应。

3.2总体布置

根据信息系统使用性质、管理要求，以及因场地设备故障等导致运行中断对业务造成的损失或影响，国家标准《电子信息系统机房设计规范》（GB50174-2008）将数据中心机房分为A、B、C三个等级的供配电系统设计级别，且每个级别对供电的要求不同。按照高级别数据中心配电机房供电要求配置，即A级/T4级机房，在机房总体规划中，应合理选择机房位置，根据相关设计规范要求和项目实际情况，选址应远离隐患区域，并避开强电磁场干扰，功能区组成及使用面积按照规定要求进行规划和计算。在数据中心供配电系统设置独立的配电间和变配电所，因UPS、电池、柴油发电机的重量和占地面积都较大，同时为了减少UPS供电损耗，在靠近设备机房的位置布置UPS电源机房，并将UPS电源放置在承重较好的位置，对其主机、配电柜及蓄电池阻采取分隔；发电机房设置在地下一层通风较好的位置，并满足消防要求；配电柜考虑到不同的功能分区，按照规定距离，置于供电负载较近的位置。

3.3高压配电系统

高压配电系统设计宜结合整个舰船及未来发展规划统筹考虑，可避免未来高压系统重新设计。为大型综合医院，变压器装机容量指标一般为80～120VA/m2，统筹一、二期建设考虑，总用电容量约为14000kVA。根据地方供电相关规定并考虑舰船未来发展，申请两路独立35kV专线电源作为供电电源，两路电源互为备用。设置35kV电业开关站1座，用于主电源进线接驳分配。－1F西侧设置35/10kV用户变电所1座，内设2台8000kVA变压器。同时为便于管理，项目10kV电网分配也在该变电所内完成，并在高压进线处设置总的高压计量。高压主接线采用单母线分段运行，每段母线均馈线至10kV变压器及高压冷冻机组配套柜，两段高压母线中间设联络开关与10kV主进线开关之间电气及机械连锁，结构简单，便于管理。

3.4低压配电系统

低压配电系统采用放射式与树干式相结合的方式，原则是对于重要负荷或单台容量较大的负荷采用放射式供电，对于照明及一般动力负荷，采用树干式与放射式相结合的供电方式，同时设置能耗监测管理系统，对空调用电、动力用电、照明插座用电和特殊用电分项分区域进行计量。根据规范要求，大型设备应采用专用回路供电。中CT、DSA、MＲI等设备均由变电所放射式双回路供电，部分设备(如MＲI)除主机外还配备冷水机组，也须按专用两回路供电。设备配电柜(箱)的安装位置通常是在相应设备机房内或控制走廊附近，设计时还需考虑末端有源滤波设备的安装位置。设备的隔离保护开关整定值需根据其瞬时负荷及持续负荷相应参数来确定，而导体截面需考虑设备内阻和压降适当放大。

3.5后备柴油发电机系统

大型数据中心要设置柴油发电机组作为冗余保护装置，柴油发电机组的数量一般结合实际情况配备10台～20台，采用2N或N＋1的配置模式，备用柴油发电机组单台容量可达2500kW，以保证市电中断时，在最快时间内完成自启动和并机运行，以满足数据中心负载需求。属于用电负荷容量较大的A级机房，需要对机房中大多数负荷进行备份，因此根据数据中心UPS系统容量、空调和制冷设备容量、应急照明和消防等重要负荷容量，以及数据中心实际运行情况，采用N＋1冗余模式，拟设置10kV发电机组，对每个数据机房模块配置10＋1台1800kW的柴油发电机作为后备电源，发电机电源配出柜分为两组，并分布在两个高压室旁。为了提高供电可靠性和灵活性，两组柴油发电机组采用母联开关方式并机，当其中一路供电电源发生供电故障时，对应的柴油发电机组会自动切换快速启动供电，从而承担数据中心全部重要负荷，可达12小时连续运行。

结束语

现代武器装备均以电能为基本能源，为此舰船电力系统容量需求越来越大，舰船电力系统采用多电站多分区供配电方案成为装备和技术发展的重要趋势。我国在多电站多分区供配电系统方面的研究和体系建设还比较薄弱，尚缺乏与之配套的标准体系和设计准则，还处在边研究边发展的阶段特别是对电力系统功率储备、生命力要求等方面还有争议。本文分析了多电站多分区供配电系统的典型样式、技术特点，并对现有标准体系及存在的问题进行了分析，在此基础上提出了舰船多电站多分区供配电系统几点设计准则的基本考虑。

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