浅谈某产业智慧谷项目配电系统设置

浅谈某产业智慧谷项目配电系统设置

甄晓攀

广东华方工程设计有限公司 广东东莞  523000

摘要  该项目位于惠州市博罗智能装备产业园，成集研发、生产、服务、产业配套等功能为一体的全生态链创新园区在满足该项目近远期供电需求，其供配电系统满足经济性、可靠性及后期招商扩展改造的灵活性的前提下，综合分析各种10/0.4kV变电所设置方案，比较分析其优缺点和投资成本，以求最优合理经济的方案，即遵循资产全生命周期管理关于风险、效益和成本综合最优的原则。配电网应有序提升智能化水平，以一次网架和设备为基础，综合利用计算机技术、信息及通信等技术，实现对配电网的监测与控制，并通过与相关应用系统的信息集成，实现配电系统的科学管理，实现信息采集、测量、控制、保护、计量和检测的自动化，逐步实现配电网的“可观、可测、可控”，适应新能源、新技术和新应用的发展需求。

关键词 负荷分级 高压接入系统 变配电所设置 用电量需求 电力监控系统 低压配电方式

一.概况

1.1工程概况

本项目位于惠州市博罗智能装备产业园，处于广东省惠州市博罗县石湾镇振兴大道南侧地段。博罗产业转移工业园成立以来,坚持以绿色、科技、创新、共享、服务为发展理念,着力培育发展智能装备制造、高端电子信息、新能源新材料、汽车整车生产等先进制造业,打造引领博东地区跨越发展的增长极。博东以高端电子信息、新能源新材料、智能装备产业为主;博西以汽车零部件及整车生产为主。电力方面,园区内建有220KV输变电站1座、110KV输变电站3座。

  项目总用地面积约为12万㎡，总建筑面积约为35.5万㎡。本项目规划用地性质为一类工业用地。本项目设有14栋单体建筑，其中：1号办公楼、2、3、5号宿舍楼、6至13号厂房、15号地下室。

二.10/0.4kV变配电系统

2.1负荷分级：

本项目一级负荷有：一类高层民用建筑（1号办公楼）及Ⅰ类汽车库（13号地下室）的消防用电负荷；一类高层民用建筑的客梯、值班/警卫/障碍用电、主要业务和计算机系统用电、安防系统用电及电子信息设备机房用电；本项目的生活水泵、安防系统用电及电子信息设备机房用电；

本项目二级负荷有：本项目二类高层建筑（2、3、5号宿舍楼）的消防用电负荷；室外消防用水量大于30L/S的厂房建筑（6~13号厂房）的消防用电；一类高层民用建筑(1号配套大楼)的主要通道和楼梯间照明用电；二类高层公共建筑（2、3、5号宿舍楼）主要通道及楼梯间照明、客梯用电；2、3、5号宿舍楼的一二层员工公共餐厅用餐区域、公共区域的备用照明。

本项目三级负荷：不属于一级和二级的用电负荷，如宿舍、办公用电、配套用房用电及其他用电负荷。

2.2负荷统计：

2.2.1用电负荷指标：

1. 对水泵、风机、电梯等用电设备按其设备安装容量进行统计；

B.对其他各功能场所的用电负荷按同类建筑物单位用电指标，结合工本程各功能场所的使用需求及发展预期，本工程各功能场所的用电容量按单位面积功率法进行统计，如：办公室（含空调）100W/m²、配套用的商铺(无燃气)250W/m²；

C.对员工宿舍每间用电指标进行统计[如4KW/套]；

D.电动非车载慢充充电桩按7KW/辆，快充按30kW/辆。

E.厂房生产车间用电（含空调）：100W/m²(建设单位的要求)，后期需要根据实际投入工艺设备再复核原有设计预留的用电负荷能否满足用电需求。

2.2.2各类负荷统计：

消防负荷：Pe=1940KW；

一二级负荷(非消防)：Pe=435KW；

三级负荷：Pe=35356kW；

本项目设备安装容量：Pe=36331kW(不包含仅在火灾时才使用的用电负荷)。

2.3供电电源及电压等级：

1)项目所在地区配电网电压等级有：110kV、35kV、10kV、0.38kV。通过与当地供电部门沟通了解，本项目市电供电电源等级为拟采用10KV。本项目6~13号厂房属于大工业用电性质，1号配套大楼属于一般工商业用电性质，2、3、5号宿舍楼属于居民生活用电性质定。

根据当地供电业扩报装管理细则，本项目暂按4回业扩进线设置业扩开关站，每回业扩高压开关柜暂按8面设置（6面断路器柜+1面PT柜+1面自动化柜）。按照变电所位置的选择要求深入或靠近负荷中心，进出线方便，设备吊装、运输方便等分析，开关站应设置在一期建设交付的范围内，9号厂房符合上述要求，在9号厂房一层靠外墙侧设置业扩开关站（净空尺寸：长11.8mx宽6.1m，梁底下净高不低于4.5m）。本项目拟从业扩开关站引出多路10kV高压电缆至本项目各变电所，部分变电所采用手拉手的方式。

2.4 10/0.4kV变电所设置

1）本项目厂房变电所不同的设置方案对比分析（不含宿舍楼、办公楼）

方案1：(厂房设置4个变电所)

7号、8号、9号厂房合设一座10/0.4KV变电所（设于8号厂房）；

6号、10、11厂房合设一座10/0.4KV变电所（设于10号厂房）

12号厂房设一座10/0.4KV变电所（设于12号厂房）

13号厂房设一座10/0.4KV变电所（设于13号厂房）

方案2：(厂房设置7个变电所)

7、8号厂房合设一座10/0.4KV变电所（设于8号厂房一层）；

6、9、10、11、12、13号厂房各设一座10/0.4KV变电所（各设于厂房首层）；

在满足项目近远期供电需求，供电系统满足经济性、可靠性及后期招商扩展改造灵活性的前提下，结合项目所在地供电部门和建设单位的要求，综合分析两种变电所设置方案的优缺点和投资成本，最终选择最优合理经济的方案（2）。

变配电所:本工程本期拟设9座10/0.4kV室内变配电室，本工程设备安装容量如下：

2.5应急电源：

本项目存在一级负荷，需要由双重电源供电，当一电源发生故障时，另一电源不应同时受到损坏。依据确保负荷的允许断电时间、容量、 停电影响等负荷特性，按照各类应急电源在启动时间、切换方式、容量大小、持续供电时间、电能质量、节能环保、适用场所等方面的技术性能，经过综合比较，自备电源比从电力系统取得第二电源更经济合理。

本项目自备应急发电机作为第二电源，计算容量应按消防状态与非消防状态对第二电源需求的较大值，选择自备应急发电机容量。其中建筑物消防用电设备的计算负荷，应按共用的消防用电设备、发生火灾的防火分区内的消防用电设备及所有与其关联的防火分区消防用电设备的计算负荷之和确定。

施工图设计阶段，应急柴油发电机组容量一般按下列方法计算的最大容量确定：

1)按需要供电的稳定负荷来计算发电机容量；

2)按最大的单台电动机或成组电动机启动的需要，计算发电机容量；

3)按启动电动机时，发电机母线允许电压降计算发电机容量。

根据各单体的一二级负荷的消防或非消防负荷容量，经计算后，本工程选用1台常用功率为800kW的G2型丙类应急柴油发动机组作为应急自备电源。

柴油发电机房设于本项目拟建的15号地下室地下一层，机房梁底下净高不低于3.5m。自备柴油发电机组应设置自动和手动启动装置，平时应处于自启动状态。

当10kV市电停电、缺相、电压或频率超出范围，或各变电房的每两台变压器故障时，从低压配电房市电/发电机转换用的ATSE的市电侧拾取柴油发电机组的启动信号(ZN-KYJY-4x2.5)至柴油发电机组控制屏，信号延时0~10S(可调)自动启动柴油发电机组30s内达到额定转速、电压、频率后投入额定负载运行。当市电恢复30~60S(可调)后，由ATS自动恢复市电供电，柴油发电机组经冷却延时后，自动停机。

柴油发电机房储油间的设置要求：建筑物内的备用发电机组全负荷连续运行的储油用量按不超过1m³设置，柴油发电机组的小时耗油量大约200g/k▪Wh，连续运行时间≥3h，超出用量,采用预留外部油罐车接至室内储油间的油路管线，储油箱的输油管设置自动和手动切断阀，储油箱应具备储油量低位报警或显示的功能，所使用柴油闪点不应低于60℃，储油箱设置通向室外的通气管，其通气管设有带阻火器的呼吸阀。

备用柴油发电机组排烟通过雨淋箱烟气处理后经专用烟气竖井通向至屋面高空排放。

市电电源与发电机电源之间除设电气联锁之外，还必须设有机械联锁，以保证应急发电机组不向市电网络供电。

在柴油发电机房内设置三台低压出线柜(GCK)，放射出线至每个变电所低压ATSE切换柜应急电源进线侧，采用TN-CS接地形式。

2.6高、低压供电系统结线型式及运行方式：

1)中压供电系统：每个变电所的高压系统采用单母线接线方式。

开关房的10KV中压系统设计及其运行方式由当地供电部门确定。

2)低压供电系统

低压每两台变压器之间采用单母线分段运行，两段母线之间设联络开关，设手(自)投功能，如采用自投方式时，应装设“自投不自复”、“自投手复”、“自投停用”三种状态位 置选择开关的断路器，并应有一定的延时，自投时应自动断开非保证负荷(采用失压脱扣或分励脱扣方式)，以保证变压器正常工作。低压主进开关与联络开关之间设电气联锁，任何情况下只能合其中的两个开关。

2.7中压系统继电保护装置的设置：

中压系统采用综合继电保护装置，进线断路器柜设定时限过流、限时速断、零序；分段母线柜(母联)设定时限过流、速断保护；出线断路器柜设定时限过流、速断保护；干式变压器(800kVA及以上)断路器出线柜设过流、速断、零序；干式变压器设高温报警、变压器超温跳闸及信号装置；

2.8操作电源和信号：

1)真空断路器采用直流操作。

2)直流电源采用直流110V铅酸免维护电池柜作为操作、继电保护及信号的工作电源。直流屏采用自带微机控制型，并通过通信接口与主机连接。充电装置采用高频开关电源，模块按N＋1配置，每台真空断路器按4Ah/220V配置电池容量根据实际情况设计确定。

2.9低压保护装置：

低压主进框架断路器设过载长延时、短路瞬时脱扣、短路短延时、单相接地故障保护脱扣器，联络断路器设过载长延时、短路短延时保护脱扣器。低压主进框架断路器不设欠压保护。

低压出线馈电断路器设过载长延时、短路短延时、短路瞬时脱扣器。非消防负荷的低压出线的断路器，均配备分励脱扣+辅助触头器，可在火灾时切断非消防设备电源及在自动互投时，卸载部分负荷，并具有瞬时和过载保护。火灾时可立即切断的非消防电源有：普通动力负荷、普通空调用电、普通照明用电（不含公共照明）等。火灾时不应立即切掉的非消防电源有：正常公共照明、生活给水泵、安全防范系统设施、客梯用电。具体哪些回路在火灾时分阶段切除需要建设单位与消防专业安装公司协商确定，避免水系统动作后引起触电事故及二次灾害。低压出线断路器均不设欠压保护。

2.10 计量：

本工程根据当地供电部门的要求，本项目专用变压器的高压侧均设专用计量柜，其中变压器的高压侧按办公楼、宿舍楼、工业分别设高压专用计量；

低压配电出线柜各出线回路设分项电能计量装置，并为节能考核之用设置电能计量系统末端接口(数字式计量仪表)，计量系统由计量设备供应商深化设计并提交设计确认。

对外出租或可售用房应按经济核算单元设置电能计量装置(一户一表集中表箱供电)；

每栋宿舍、厂房、办公楼的公共区域（公共楼梯间、电梯厅、公共卫生间、公共走道等），应单独设置电能计量装置；

宿舍楼应按居室单独设置电能计量装置，采用带有通讯端口的导轨式电子计量表，集中电表箱，安装楼层电气竖井内；

电能计量装置的选型与配置应符合下列规定：多功能电能表和数字电能表的精度等级不应低于1.0级；数字电能表应至少具有计量三相(单相)有功电能的功能；多功能电能表应至少具有监测和计量电流、电压、有功电能、无功电能等功能，并具有可扩展有功功率、无功功率、功率因数、谐波含量、最大需量等监测功能；电流互感器精度等级不应低于0.5级，变比应与被测量回路的电流值相适应；电能计量装置应具有断电数据保护功能，当恢复供电后，应能自动恢复正常计量功能。上述电能计量装置采用带有通讯接口的数显有功电度表,分别安装于变配电所或楼层电气间等处,嵌装于箱(柜)面上,应按生产厂家的技术要求进行安装及接线,经通讯总线传输至楼控工作站实现集中监视与计量，完成各类负荷的分区叠加和累计,并打印报表。

2.11 无功功率补偿及谐波治理：

由于功率因数未达到供电主管部门要求，在配变电所低压侧设无功功率集中自动补偿装置，要求补偿后的功率因数不小于0.90。低压无功补偿采用动态补偿，电容无功补偿装置采用分相补偿或混合补偿方式，实施等容量或不等容量分组循环自动投切；当采用混合补偿时，分相补偿容量不得小于总补偿容量的40%；同时为抑制电网中的谐波电流在电容器组前串接一定容量的电抗器，电抗器电抗率为14%或14.8%。

由于谐波分布的多变性和谐波工程计算的复杂性，配变电房设计时预留谐波设备平面安装位置，待系统正式运行后对谐波进行实测和分析，根据实际情况采取相应有效的谐波治理措施。变频等设备谐波含量超出标准者，就地设谐波吸收装置。

2.12.光伏发电系统

厂房每座变电所预留一台光伏发电并网开关柜的位置，便于后期接入 380伏太阳能分布式电源，发电自用、余电上网。

2.13电力监控系统

1）干式变压器温度控制箱及传感器由变压器厂商配套提供，要求变压器温度控制箱能通过RS485接口向电力自动监控系统提供绕组超温报警、铁芯超温报警、传感器故障等信号。

2）直流柜自带控制器并通过RS485关接口将有关信息传送至电力监控系统。

3）中压开关柜采用微机保护测控单元进行数据采集及控制，装置集保护测控功能于一体,安装于中压开关柜上，通过总线与主控单元进行通信。测控功能:具有齐全完备的测量功能：U、I、P、Q、kWh、kVARh、COS∅等，采集开关位置信号,手车位置信号，保护动作信号等,可以对开关进行遥控操作。

4）低压开关柜采用智能电力测量仪进行数据采集，电力测量仪装于低压开关柜上，通过总线与主控单元进行通信。智能电力测量仪必须具有齐全完备的测量功能：U、I、P、Q、kWh、kVARh、COS∅等，可采集开关位置信号。低压电力监控采集信号包括进线、母联、发电机及联络断路器状态信号、保护动作信号，自投动作信号，所有低压出线开关位置信号；各回路的电流；进线、发电机回路还包括有功功率，母线电压、功率因数、1-13次谐波含量等。还有监控以下内容：变压器温度报警信号、发电机组水温过高（过低）报警、发电机组油温过高（过低）报警。发电机组油压过低报警、邮箱油位信号报警。

5）高压进出线配置微机保护装置，并配置智能电力仪表；

6）低压主进线及母联开关等所有框架断路器加装MOBUS通讯模块。低压馈电回路，根据实际的监控要求,一般出线回路均配置智能电力仪表（带通讯接口），工业用电负荷（低压出线回路）另多配置电子式电度表(峰平谷尖)，具备远程抄表功能及体现峰平谷值。

7）电容器回路:配置智能型功率因数控制器,并配置智能电力仪表；

8）本工程电力自动监控系统独立自成系统，同时通过网络将有关电能数据提供给楼宇自动监控系统。

9）本工程系统结构分为三层：间隔层、站级层和网络层。间隔层由微机综合保护装置及智能测量仪表组成，分别就地安装在各自的开关柜上，并以总线形式接入站级层，介质采用屏蔽双绞线。主要完成保护、测量、控制命令下传和信号采集上传等功能。站级层由主控单元构成，其主要任务是数据的处理、存放、调配，通信规约的转换，各部分之间的通信衔接以及对本地系统状态的控制和监视等。

三．低配电系统：

1.各单体低压配电系统采用~220/380V放射式、树干式及混合式相结合的方式，对于单台容量较大的负荷或重要负荷采用放射式供电；对于普通照明及一般负荷采用放射式、树干式或混合式相结合的供电方式。各单体所有配电系统均按区及楼层配置，构成相对独立系统，以便日后管理、维护。

2.各栋厂房车间非消防负荷的竖向配电采用哪一种方式较合适，简单分析一下：

从成本、后期运营改造等多方面因素综合比较后，6~13号厂房车间采用双电流全封闭密集绝缘铜制母线槽上楼层的电井（树干式配电），错层供电，每层增加一个备用插接箱，提高供电可靠性，相当于低压配电房的母排延伸到电井，可以在不改变变压器容量的前提下，灵活适用于终端的改造、增容等，实现真正用电的调剂；而电缆放射式供电做不到用电调剂，并无法避免电缆的局限（如超过400A，采用双拼电缆，无法避免长短不一致，电缆承受电流有偏差，不均匀，使用时长，电缆绝缘层加速老化，造成电气火灾）。母线槽初始投资成本略高，但损耗低、节能，便于灵活多变，满足大多数的客户使用需求，作为互换备用或增容使用。

四．结语

上述为笔者在实际项目中的一些总结，希望能够对新科技产业项目的供配电起到一定作用。由于本人水平有限，不妥之处，望专家及业内同行予以斧正。

参考文献

[1]中国航空规划设计研究院有限公司，工业与民用配电设计手册 第四版 北京：中国电力出版社，2016.

[2]中国建筑东北设计研究院有限公司， GB51348-2019民用建筑电气设计标准[S]  北京：中国建筑工业出版社，2020.

[3]中国联合工程公司， GB 50052-2009 供配电系统设计规范[S]  北京：中国计划出版社，2010.