Проект распределения электроэнергии в Большом театре Чэнъян в Циндао (подстанция) Решение

I. Обзор подстанции распределения электроэнергии для Большого театра

Будучи важной культурной достопримечательностью и художественной площадкой в северной части Циндао, Большой театр Циндао Чэнъян полагается на безопасную, стабильную, эффективную и интеллектуальную систему распределения электроэнергии для обеспечения каждого из своих представлений. Столкнувшись со сложными требованиями к электрической нагрузке театра (мощное сценическое освещение, высокоточные звуковые системы, тяжелое оборудование и кондиционирование воздуха в густонаселенных зрительных залах) и почти строгими требованиями к надежности электроснабжения, компания Hengfengyou Electrical разработала индивидуальное решение для подстанции и успешно реализовала основное решение по распределению электроэнергии. В этой статье будет представлен подробный анализ этого важнейшего инженерного проекта.

II. Стандарты и требования к проектированию подстанции Большого театра

1. Безопасность и надежность: проект должен соответствовать действующим национальным и местным стандартам проектирования электрооборудования, чтобы обеспечить безопасную, стабильную и непрерывную работу системы электроснабжения, гарантируя безопасность персонала и оборудования. Особое внимание должно быть уделено соблюдению требований надежности для критически важных нагрузок, таких как противопожарная защита, аварийное освещение и сценическое оборудование.

2. Достаточная мощность: обеспечить потребности в нагрузке всего электрооборудования (сценическое освещение, звуковые системы, механическое оборудование, кондиционирование воздуха, освещение, офисное оборудование, противопожарная защита, системы безопасности и т. д.) в театре на текущий период и определенный период в будущем, а также зарезервировать соответствующий запас мощности (Hengfengyou Electrical рекомендует 40 %).

3. Качество электроэнергии: обеспечить стабильное напряжение и частоту, эффективно подавлять гармоники (особенно те, которые генерируются оборудованием для регулирования освещения сцены) и удовлетворять требованиям к качеству электроэнергии для прецизионного оборудования (звуковые системы, системы управления).

4. Энергоэффективность: выбрать высокоэффективное энергосберегающее оборудование (трансформаторы, осветительные приборы, двигатели и т. д.) и разработать разумные режимы работы для снижения энергопотребления.

5. Интеллектуальное управление: создать комплексную систему мониторинга электроэнергии и управления энергопотреблением, обеспечивающую удаленный мониторинг, учет, анализ, сигнализацию и частичное управление, что повысит эффективность управления и скорость устранения неисправностей.

6. Простота обслуживания: правильно выбрать оборудование, обеспечить четкую компоновку и четкую маркировку для облегчения ежедневных проверок и технического обслуживания.

III. Основное содержание решения для подстанции Большого театра

1. Анализ и расчет нагрузки для подстанции Большого театра

A. Подробная статистика нагрузки:

Сценическая зона: сценическое освещение (фронтальное освещение, верхнее освещение, боковое освещение, прослеживающее освещение, эффектное освещение и т. д., с учетом нагрузки и гармонических характеристик шкафов с кремниевыми диммерами), сценическое оборудование (подъемные платформы, подвижные платформы, подъемники, занавесы и т. д., оборудование с электроприводом), звуковые системы (усилители, процессоры и т. д.), светодиодные экраны, системы контроля сцены, оборудование оркестровой ямы и т.

Зрительный зал: общее освещение, аварийное освещение, вентиляторы кондиционеров, вентиляция сидений, системы видеонаблюдения, указатели эвакуационных путей.

Закулисная зона: освещение и розетки гримерных, освещение и оборудование репетиционного зала, освещение и офисное оборудование офисной зоны, кондиционеры.

Общественные зоны: фойе, коридоры, освещение и розетки туалетов, рекламные световые короба, кондиционеры.

Технические помещения: чиллеры, насосы охлажденной воды, охлаждающие насосы, вентиляторы градирен, вентиляторы кондиционеров, приточные и вытяжные вентиляторы, пожарные насосы, бытовые водяные насосы, лифты и собственное электропитание подстанции.

Система противопожарной защиты: панель управления пожарной сигнализацией, пожарные насосы, спринклерные насосы, дымоудаляющие вентиляторы, противопожарные рольставни, аварийное освещение и система эвакуационной сигнализации.

Система безопасности: оборудование центра наблюдения, камеры, системы контроля доступа и патрулирования.

Прочее: кухонное оборудование, резервы коммерческих арендаторов и т. д.

B. Классификация нагрузок:

Критические нагрузки (особо важные): противопожарное оборудование (пожарные насосы, спринклерные насосы, дымоудаляющие вентиляторы, основное питание систем пожарной сигнализации, пожарные лифты, аварийное освещение и системы эвакуационной сигнализации), основные нагрузки для сценических представлений (основное освещение сцены, основные системы звукоусиления, питание системы управления сценическим оборудованием, системы связи для управления сценой). Двойное электропитание (два независимых контура электропитания) с конечным переключением + резервный дизель-генератор (Cummins + Stanford).

Критические нагрузки (важные): основные пассажирские лифты, бытовые водяные насосы, освещение основных коридоров и помещений с важным оборудованием, центр мониторинга безопасности, основная система управления театром. Обычно питание осуществляется от двух контуров с конечным переключением.

Вторичные нагрузки: обычные пассажирские лифты, системы кондиционирования воздуха (некритические зоны для представлений), общее освещение помещений, электропитание офисов и т. д. Обычно используется двойное электропитание.

Третичные нагрузки: электрооборудование общего назначения. Одноцепное электропитание.

C. Расчет нагрузки: Использует метод коэффициента спроса и метод коэффициента использования для детальных расчетов с целью определения мощности трансформатора, характеристик автоматического выключателя и размеров кабелей. Особое внимание уделяется нелинейным характеристикам и влиянию нагрузок сценического освещения.

2. План электроснабжения Большого театра:

A. Двухконтурное электроснабжение: Два независимых источника питания 10 кВ от разных подстанций или разных секций шинопровода одной подстанции.

Это является основой для обеспечения высокой надежности.

B. Метод электроснабжения:

Вариант A: Двойное электроснабжение + автоматический переключатель (ATS): Оба источника питания подключаются одновременно, один в качестве основного, а другой в качестве резервного. В случае сбоя в основном источнике питания ATS автоматически переключается на резервный источник питания, при этом время переключения соответствует требованиям для критических нагрузок (обычно <15 секунд). Подходит для критических нагрузок.

Вариант B: Двойное электропитание + сегментация шин + аварийное электропитание на месте: Установлены две независимые шины 10 кВ, каждая из которых питается от отдельного источника электропитания. Между двумя секциями шин установлен соединительный выключатель. В качестве аварийного источника электропитания также установлен дизель-генератор большой мощности для обеспечения электропитания особо важных нагрузок. При отказе обоих источников питания дизель-генератор автоматически запускается и подключается к аварийной шине через ATS. Это оптимальное решение для применений с чрезвычайно высокими требованиями к надежности работы.

C. Мощность и линии питания верхнего уровня: убедитесь, что подстанция верхнего уровня имеет достаточную мощность, а характеристики входящей линии соответствуют требованиям по токонесущей способности, короткозамкнутой мощности и падению напряжения.

3. Выбор и планировка подстанции большого театра:

A. Выбор местоположения: рядом с центром нагрузки (сцена, машинный зал кондиционеров и т. д.) для уменьшения расстояния распределения низкого напряжения и потерь. Учитывайте удобство для входящих и исходящих линий, каналов транспортировки оборудования, вентиляции и отвода тепла, защиты от наводнений, расстояния от источников возгорания, взрыва и вибрации, а также простоту эксплуатации и управления техническим обслуживанием. Расположена в специальном распределительном помещении.

B. Проект расположения: соответствует стандартам безопасности (расстояния безопасности, пути доступа), с четкими функциональными зонами (высоковольтное помещение, трансформаторное помещение, низковольтное распределительное помещение, диспетчерская/дежурная комната). Учитываются пространство для обработки, установки и обслуживания оборудования. Применяются комплексные меры по вентиляции, отводу тепла, освещению, противопожарной защите (газовая система пожаротушения), борьбе с вредителями и предотвращению влажности (осушители воздуха). Особое внимание уделяется расположению специальных распределительных шкафов в зоне сцены.

4. Выбор основного оборудования для подстанций:

A. Высоковольтная распределительная аппаратура 10 кВ:

Тип: KYN28A-12 и другие распространенные металлические выдвижные распределительные аппараты.

Выключатель: Вакуумный выключатель с надежной отключающей способностью.

Защита: оснащен микрокомпьютерным устройством комплексной защиты, обеспечивающим защиту от перегрузки по току, мгновенного отключения, нулевой последовательности, перенапряжения/пониженного напряжения и температуры трансформатора, с интерфейсами связи.

Учет: установлены специальные шкафы учета.

Эксплуатация: оснащен полной системой блокировки от неправильной эксплуатации (пять уровней защиты).

B. Распределительные трансформаторы:

Тип: энергоэффективные трансформаторы сухого типа SCB14 с эпоксидной смолой (огнестойкие, экологически чистые, с низким уровнем шума, подходят для использования в помещениях).

Мощность: определяется на основе расчетов нагрузки и коэффициента спроса с учетом резервирования N+1 или запаса места для расширения. Установлены два трансформатора SCB14-2500kVA-10/0,4kV с эпоксидной смолой сухого типа, способные работать параллельно для ограничения тока короткого замыкания.

C. Низковольтные распределительные шкафы:

Тип: выберите GCK или аналогичные модульные шкафы распределительного оборудования ящичного типа для удобства обслуживания и расширения.

Рамочные автоматические выключатели (ACB): для питающих, соединительных и высокомощных питающих цепей используйте серию Schneider Electric Masterpact™ MTZ, отличающуюся трехступенчатой защитой и функциональностью связи.

Автоматические выключатели в литом корпусе (MCCB): для питающих цепей используйте серию Schneider Electric Compact NSX, которая обладает достаточной отключающей способностью, модульной конструкцией и поддержкой цифровых функций.

Миниатюрные автоматические выключатели (MCB): для конечного распределения выбираются автоматические выключатели серии Schneider Acti9 iC60.

Конфигурация критических цепей: устройство переключения между двумя источниками питания (ATS).

Управление качеством электроэнергии:

Устройство динамической компенсации реактивной мощности (SVG/SVC): быстро компенсирует коэффициент мощности, подавляет колебания напряжения и мерцание, в частности, устраняя влияние реактивной мощности, генерируемой сценическим осветительным оборудованием.

Активный фильтр мощности (APF): обнаружение в реальном времени и активное подавление гармонических токов (особенно 3-й, 5-й и 7-й гармоник, генерируемых тиристорным диммированием сцены, источниками питания светодиодов и частотно-регулируемыми приводами), что значительно улучшает THDi и обеспечивает надежную работу чувствительного оборудования.

Устройство защиты от перенапряжения (SPD): устанавливается на всех уровнях распределения для эффективной защиты от молнии и эксплуатационных перенапряжений.

D. Система аварийного электроснабжения:

Дизель-генераторные установки: мощность, достаточная для обеспечения запуска и эксплуатации всех критически важных нагрузок (с учетом воздействия запуска двигателя). Оснащены функциями автоматического запуска, автоматического переключения и автоматического отключения. Низкошумная конструкция с низким уровнем выбросов, с выхлопными системами, соответствующими стандартам охраны окружающей среды. Запасы топлива соответствуют нормативным требованиям (обычно ≥24 часа).

Система бесперебойного питания (UPS): Обеспечивает бесперебойное переключение на уровне миллисекунд и высококачественное электропитание для критически важных устройств управления (таких как системы управления сценой, низковольтные оборудовательные помещения, помещения пожарного управления и некоторые важные системы освещения). Конфигурируется в соответствии с требованиями к нагрузочной способности и времени резервного питания.

Система питания постоянного тока: Обеспечивает надежное питание для работы и управления высоковольтными распределительными устройствами, релейными устройствами защиты и сигнальными системами.
 

5. Структура и защита распределительной системы подстанции:

Структура системы: комбинация радиальных и магистральных систем. Критические нагрузки (основное оборудование сцены, противопожарная защита, безопасность) питаются от выделенных радиальных цепей.

Координация защиты: разумно спроектированные настройки защиты и координация временных задержек обеспечивают избирательность (во время неисправности изолируется только неисправный участок, что сводит к минимуму площадь отключения электроэнергии).

Система заземления: Используется система TN-S. Установлена независимая и хорошо соединенная заземляющая сетка с сопротивлением заземления, соответствующим спецификациям (обычно ≤1 Ом). Все металлические корпуса оборудования, кабельные лотки, трубы и т. д. надежно заземлены. В зоне сцены может быть использовано локальное выравнивание потенциалов.
 

6. Интеллектуальное управление и управление энергоэффективностью:

Система мониторинга мощности и управления энергопотреблением: Установите интеллектуальные счетчики (многофункциональные счетчики электроэнергии) на критически важных цепях (входные линии, выходные линии, компенсация, генераторы) в высоковольтных и низковольтных шкафах для сбора данных, таких как напряжение, ток, мощность, коэффициент мощности, энергопотребление и гармоники. Установите блок управления связью для загрузки данных в бэкэнд-систему мониторинга через шину (Modbus).

Внедрение системы мониторинга: мониторинг данных в реальном времени, сигнализация о выходе за пределы допустимых значений, регистрация событий, анализ качества электроэнергии, кривые нагрузки, статистика отчетов (субсчетчики) и дистанционное управление (если разрешено).

Анализ энергоэффективности: определение основных потребителей энергии и оптимизация операционных стратегий (например, управление кондиционированием и вентиляцией по времени).

Интеллектуальное управление освещением: в общественных зонах используется интеллектуальная система управления освещением, которая обеспечивает управление сценами, управление по расписанию и управление на основе датчиков, тем самым повышая энергоэффективность.
 

7. Особые соображения (ядро Большого театра):

Распределение электроэнергии для сцены: Установите независимые распределительные шкафы для освещения сцены, звуковых и механических систем.

Цепи освещения сцены: Обеспечьте достаточное количество, рассмотрите возможность трехфазного сбалансированного распределения, а для цепей регулирования яркости (кремниевые шкафы) рассмотрите требования по смягчению гармоник и изоляционным трансформаторам.

Механические цепи сцены: высокая мощность и надежность. Оборудование с частотно-регулируемым приводом учитывает проблемы гармоник и ЭМС. Для предотвращения повреждения оборудования или травм персонала, вызванных разницей потенциалов на сцене, реализованы строгие меры заземления и выравнивания потенциалов.

Подавление гармоник: APF и SVG/SVC централизованно настроены на стороне низкого напряжения для устранения влияния гармоник и реактивной мощности от оборудования сцены.

Электромагнитная совместимость: Чувствительные системы управления (сцена, низкое напряжение) и источники помех, такие как приводы с переменной частотой и диммеры, будут изолированы с точки зрения проводки и заземления.

Блокировка пожарной сигнализации: Система распределения электроэнергии связана с системой пожарной сигнализации (FAS). После подтверждения пожара источники питания, не связанные с пожаром, отключаются, и включается аварийное питание.
 

8. Энергосбережение и защита окружающей среды:

Выбирайте трансформаторы с 2-уровневым рейтингом энергоэффективности в соответствии со стандартами GB 20052.

Оптимизируйте компенсацию реактивной мощности для поддержания высокого коэффициента мощности (>0,95).

Используйте высокоэффективные двигатели и частотно-регулируемое управление (например, насосы кондиционеров, вентиляторы).

Внедрите интеллектуальное управление освещением, чтобы сократить ненужное потребление энергии на освещение.

Выбирайте экологически чистые материалы (например, распределительные устройства без гексафторида серы, сухие трансформаторы).

Рассмотрите возможность использования рекуперации отработанного тепла (например, использование охлаждения трансформатора для предварительного нагрева свежего воздуха зимой).

9. Строительство, ввод в эксплуатацию и приемка подстанции:

Строго соблюдайте проектные чертежи и спецификации во время строительства.

Проводите заводские испытания и испытания при сдаче на месте для критически важного оборудования (включая испытания на выдерживаемое напряжение, испытания релейной защиты, испытания характеристик выключателей, испытания трансформаторов и т. д.).

Выполните ввод в эксплуатацию системы интеграции (включая переключение между двумя источниками питания, автоматический запуск генератора, интеграцию пожарной сигнализации и интеграцию системы мониторинга).

Испытания качества электроэнергии (напряжение, гармоники, мерцание) должны соответствовать требованиям стандартов GB/T 14549, GB/T 12325 и GB/T 12326, особенно при полной нагрузке во время испытаний.

Полная передача документов о завершении работ и обучение персонала по эксплуатации.
 

10. Рекомендации по эксплуатации и техническому обслуживанию подстанций

Разработать подробные процедуры эксплуатации и планы действий в чрезвычайных ситуациях для распределительной системы.

Вести полные записи об оборудовании и журналы эксплуатации и технического обслуживания.

Проводить регулярные профилактические испытания и техническое обслуживание (такие как инфракрасное измерение температуры, испытание характеристик выключателей, калибровка устройств защиты, испытание заряда/разряда аккумуляторов, испытание нагрузки генератора и т. д.).

В полной мере использовать систему мониторинга электроэнергии для ежедневных проверок и анализа данных.

Персонал, занимающийся эксплуатацией и техническим обслуживанием, проходит профессиональное обучение.

IV. Резюме

Решение по распределению электроэнергии, предоставленное компанией Hengfengyou Electrical для Большого театра Чэнъян, основано на создании современной подстанции с двумя источниками питания + ИБП, с эффективным трансформатором SCB14-2500kVA-10/0,4kV с эпоксидной смолой в качестве ядра, передовой динамической компенсацией реактивной мощности и активной фильтрацией в качестве средств защиты, а также интеллектуальным мониторингом в качестве средства. Важно глубоко понимать уникальные характеристики нагрузок сцены и уделять приоритетное внимание управлению качеством электроэнергии. Кроме того, высоконадежная конструкция, комплексные меры защиты, строгая интеграция противопожарной безопасности и интеллектуальное управление эксплуатацией и техническим обслуживанием имеют решающее значение для обеспечения безопасной, эффективной и бесперебойной работы большого театра.