综合能源社会化投资合作项目供冷供暖系统电气设计

电气设计设计依据《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）《20kV及以下变电所设计规范》（GB50053-2013）《3~110kV高压配电装置设计规范》(GB50060-2008)《低压配电设计规范》（GB50054-2011）《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB/T50062-2008）《通用用电设备配电设计规范》（GB50055-2011）《电力装置电测量仪表装置设计规范》（GB/T50063-2017）《电力工程电缆设计标准》（GB50217-2018）《建筑照明设计标准》(GB/T50034-2024)《建筑设计防火规范（2018年版）》（GB50016-2014）《建筑机电工程抗震设计规范》（GB50981-2014）《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》（GB51309-2018）暖通专业提供的设计条件单。设计范围与分界本工程为房山新校区（一期）综合能源项目，本次电气设计内容包括南、北能源站及其二级泵站工程内10kV高压系统、10/0.4kV变压器、0.4kV配电系统及控制、内部动力、照明系统、线路敷设、防雷接地系统以及新建10处热泵机房的配电等内容。以高压配电室10kV进线柜电缆终端头为界。终端头以下部分为本设计内容，终端头以上部分不在本次设计范围内，以上部分由业主单位另行委托当地供电部门进行设计。用电负荷等级与供电电源按照《供配电系统设计规范》-GB50052-2009中的3.0.1条规定，综合能源站负荷等级按二级负荷设计。南区能源站供电拟从校内10kV分界室引两路10kV电源，进入南区能源站变配电室高压配电柜，同时使用，一路专用，一路备用，每路电源均可承担南区能源站100%运行负荷。该供电方案需以供电部门审批的最终方案为准。北区能源站供电拟从校内其他由主体院设计的10kV配电室引两路10kV电源，进入北区能源站变配电室高压配电柜，同时使用，一路专用，一路备用，每路电源均可承担北区能源站100%运行负荷。供配电负荷分布与供电方案南区能源站及其二级泵站本工程共设置2座变配电室，即南区能源站总变配电室（MCC1）和北区能源站分变配电室（MCC2）。用电设备为10kV或0.4kV电压等级，主要包含：5台离心式地源热泵机组（5用，全调速，10kV）；5台75kW地源热泵空调末端循环泵（5用，全调速，0.4kV）；5台160kW地源热泵地源侧循环泵（5用，全调速，0.4kV）等；其中调速泵电机装设了10kV或0.4kV变频器，采用变频器起动方式。南区能源站变配电室负荷计算表-冬季编号设备名称额定功率(kW)单位安装台数运行台数安装负荷(kW)运行负荷(KW)需要系数KxCOSΦ计算负荷P（KW）Q（KVAR）S（KVA）MCCMCC一南区能源站-冬季1冬季地源热泵空调末端循环泵75.0台55375375.000.900.95337.50110.93355.262地源热泵地源侧循环泵160.0台55800800.000.900.95720.00236.65757.893地源侧定压补水真空脱气机组4.0台2184.000.900.953.601.183.794空调末端侧综合水处理器6.9台116.96.900.900.806.214.667.765空调定压补水真空脱气机组11.0台212211.000.900.809.907.4312.386散热器供暖末端循环泵11.0台434433.000.900.9529.709.7631.267散热器供暖定压补水真空脱气机组3.0台2163.000.900.952.700.892.848散热器供暖末端综合水处理器0.5台110.50.500.900.800.450.340.569照明5.0台1155.000.800.904.001.944.4410UPS5.0台1155.001.000.855.003.105.8811检修5.0台1155.000.200.801.000.751.251277.401248.401120.061183.33二南区二级泵站（南区能源站所在地块二级泵站）1SC1板式换热机组5.1台115.145.140.900.804.633.475.782SC1模块泵组290.0台11290290.000.900.95261.0085.79274.743SC1潜水排污泵4.0台2288.000.900.807.205.409.004真空脱气机1.6台111.61.600.900.801.441.081.805全程水处理器0.1台110.120.120.900.800.110.080.146照明3.0台1133.000.800.902.401.162.677检修5.0台1155.000.200.801.000.751.25312.86312.86277.77295.37总计1590156113984751476.45同期系数0.900.95计算负荷12584521336.64补偿容量KVAR500补偿后功率因数1.00补偿后合计1258.05(48)1258.9810kV设备：负荷率保障率离心式地源热泵机组1472.2台5573617361.000.900.956624.902177.506973.58MCC：变配电室变压器（kVA/10/0.4KV）16002低压电容补偿容量(KVAR)：500.00计算负荷（KW）：12580.391.27变压器损耗：32160163.1710KV侧负荷总计：791523388253.01全厂计算负荷（KW）：7915全厂安装负荷（KW）：8951南区能源站变配电室负荷计算表-夏季编号设备名称额定功率(kW)单位安装台数运行台数安装负荷(kW)运行负荷(KW)需要系数KxCOSΦ计算负荷P（KW）Q（KVAR）S（KVA）MCCMCC一南区能源站-夏季1夏季地源热泵空调末端循环泵90.0台55450450.000.900.95405.00133.12426.322地源热泵地源侧循环泵160.0台55800800.000.900.95720.00236.65757.893地源侧定压补水真空脱气机组4.0台2184.000.900.953.601.183.794冷水机组冷却塔21.0台448484.000.900.9575.6024.8579.585夏季冷水机组冷却水泵90.0台54450360.000.900.95324.00106.49341.056夏季冷水机租末端循环泵55.0台32165110.000.900.9599.0032.54104.217夏季冷却水综合水处理器4.0台1144.000.900.853.602.234.248空调末端侧综合水处理器6.9台116.96.900.900.806.214.667.769空调定压补水真空脱气机组11.0台212211.000.900.809.907.4312.3810散热器供暖末端综合水处理器0.5台110.50.500.900.800.450.340.5611照明5.0台1155.000.800.904.001.944.4412UPS5.0台1155.001.000.855.003.105.8813暖通30.0台113030.000.800.8024.0018.0030.0013检修5.0台1155.000.200.801.000.751.252035.401875.401681.361779.35二南区二级泵站（南区能源站所在地块二级泵站）1SC1板式换热机组5.1台115.145.140.900.804.633.475.782SC1模块泵组290.0台11290290.000.900.95261.0085.79274.743SC1潜水排污泵4.0台2288.000.900.807.205.409.004真空脱气机1.6台111.61.600.900.801.441.081.805全程水处理器0.1台110.120.120.900.800.110.080.146照明3.0台1133.000.800.902.401.162.677暖通5.0台1155.000.800.804.003.005.007检修5.0台1155.000.200.801.000.751.25317.86317.86281.77300.37总计2353219319636742075.61同期系数0.900.95计算负27补偿容量KVAR500补偿后功率因数1.00补偿后合计1766.821401772.3810kV设备：负荷率保障率离心式地源热泵机组1222.4台5561126112.000.900.955500.801808.035790.32离心式冷水机组1016.5台2220332033.000.900.951829.70601.391926.00MCC：变配电室变压器（kVA/10/0.4KV）16002低压电容补偿容量(KVAR)：500.00计算负荷（KW）：17670.550.90变压器损耗：32160163.1710KV侧负荷总计：912925709484.16全厂计算负荷（KW）：9129全厂安装负荷（KW）：10498南区能源站总变配电室（MCC1）设置在校园南部，包括：10kV配电室、0.4kV配电室、控制室和值班室等。两路10kV电源引自当地供电部门电力外线，正常情况下同时使用，当一路电源发生故障时，另一路电源能承担供电范围内100%的用电负荷。为了使10kV系统运行更为灵活，供电可靠性更高，10kV配电系统采用单母线分段结线方式，二进线开关与母联开关之间加装联锁，二进线开关与母联开关采用三合二方式。10kV配电系统共设置17面中置式开关柜，为南区总变配电室及其二级泵站提供配电及保护。0.4kV低压配电室内设置2台SC(B)14-1600kVA/10/0.4kV变压器两台及22面低压柜，为南区能源站及其二级泵站等低压负荷供电。2台变压器正常情况下分列运行，夏季用电高峰时，当其中一台发生故障或检修时，另一台能承担供电范围内90%的用电负荷，单台变压器负荷率约55%。低压配电柜采用单母线分段的接线方式，两进线及一母联采用三合二闭锁方式。北区能源站及其二级泵站用电设备为10kV或0.4kV电压等级，主要包含：4台离心式地源热泵机组（4用，全调速，10kV）；5台75kW地源热泵地源侧循环泵（4用1备，全调速，0.4kV）；2台301kW螺杆式冷水机组（2用，全调速，0.4kW）等；其中调速泵电机装设了10kV或0.4kV变频器，采用变频器起动方式。北区能源站分变配电室（MCC2）设置在校园北区，包括：10/0.4kV配电室、控制室等，2路10kV电源引自由主体院设计的其他10kV配电室10kV系统的两段母线。工程设置SC(B)14-1000kVA/10/0.4kV变压器2台及26面低压柜，为北区能源站及其二级泵站等处低压负荷供电。2台变压器正常情况下分列运行，夏季用电高峰时，当其中一台发生故障或检修，另一台能承担供电范围内84%的用电负荷，单台变压器负荷率约60%。低压配电柜采用单母线分段的接线方式，两进线及一母联采用三合二闭锁方式。北区能源站变配电室负荷计算表-冬季编号设备名称额定功率(kW)单位安装台数运行台数安装负荷(kW)运行负荷(KW)需要系数KxCOSΦ计算负荷P（KW）Q（KVAR）S（KVA）MCCMCC一北区能源站-冬季1冬季地源热泵空调末端循环泵30.0台54150120.000.900.95108.0035.50113.682地源热泵地源侧循环泵75.0台54375300.000.900.95270.0088.74284.213地源侧定压补水真空脱气机组1.5台2131.500.900.951.350.441.424空调末端侧综合水处理器3.0台1133.000.900.802.702.033.385空调定压补水真空脱气机组4.0台2184.000.900.803.602.704.506散热器供暖末端循环泵11.0台434433.000.900.9529.709.7631.267散热器供暖定压补水真空脱气机组2.2台214.42.200.900.951.980.652.088散热器供暖末端综合水处理器0.4台110.40.400.900.800.360.270.459照明5.0台1155.000.800.904.001.944.4410UPS5.0台1155.001.000.855.003.105.8811检修5.0台1155.000.200.801.000.751.25602.80479.10427.69452.56二北区二级泵站（北区能源站所在地块二级泵站）1NC2模块泵组231.4台11231.4231.400.900.95208.2668.45219.222NC2潜水泵4.0台2288.000.900.807.205.409.003照明3.0台1133.000.800.902.401.162.674检修5.0台1155.000.200.801.000.751.25247.40247.40218.86232.14总计850727647222683.49同期系数0.900.95计算负荷582211618.82补偿容量KVAR300补偿后功率因数0.99补偿后合计581.90(89)588.7310kV设备：负荷率保障率离心式地源热泵机组816台4432643264.000.900.952937.60965.543092.21MCC：变配电室变压器（kVA/10/0.4KV）10002低压电容补偿容量(KVAR)：300.00计算负荷（KW）：5820.291.70变压器损耗：20100101.9810KV侧负荷总计：353910663696.49全厂计算负荷（KW）：3539全厂安装负荷（KW）：4114北区能源站变配电室负荷计算表-夏季编号设备名称额定功率(kW)单位安装台数运行台数安装负荷(kW)运行负荷(KW)需要系数KxCOSΦ计算负荷P（KW）Q（KVAR）S（KVA）MCCMCC一北区能源站-夏季1夏季地源热泵空调末端循环泵37.0台54185148.000.900.95133.2043.78140.212地源热泵地源侧循环泵75.0台54375300.000.900.95270.0088.74284.213地源侧定压补水真空脱气机组1.5台2131.500.900.951.350.441.424空调末端侧综合水处理器3.0台1133.000.900.802.702.033.385空调定压补水真空脱气机组4.0台2184.000.900.803.602.704.506螺杆式冷水机组301.2台22602.4602.400.900.95542.16178.20570.697冷水机组冷却塔10.5台222121.000.900.9518.906.2119.898冷水机组末端循环泵18.5台3255.537.000.900.9533.3010.9535.059冷水机组冷却水泵45.0台3213590.000.900.9581.0026.6285.2610夏季冷却水综合水处理器1.0台1111.000.900.800.900.681.1311照明5.0台1155.000.800.904.001.944.4412UPS5.0台1155.001.000.855.003.105.8813检修5.0台1155.000.200.801.000.751.251403.901222.901097.111157.32二北区二级泵站（北区能源站所在地块二级泵站）1NC2模块泵组231.4台11231.4231.400.900.95208.2668.45219.222NC2潜水泵4.0台2288.000.900.807.205.409.003照明3.0台1133.000.800.902.401.162.674检修5.0台1155.000.200.801.000.751.25247.40247.40218.86232.14总计1651147013164421388.18同期系数0.900.95计算负荷11844201256.57补偿容量KVAR300补偿后功率因数0.99补偿后合计1184.371201190.4210kV设备：负荷率保障率离心式地源热泵机组518.7台442074.82074.800.900.951867.32613.761965.60MCC：变配电室变压器（kVA/10/0.4KV）10002低压电容补偿容量(KVAR)：300.00计算负荷（KW）：11840.600.84变压器损耗：20100101.9810KV侧负荷总计：30727143153.66全厂计算负荷（KW）：3072全厂安装负荷（KW）：3726南、北区二级泵站本项目共设置9个二级泵站（除南、北能源站自带二级泵站外），泵站设备电源均引自本单体变配电系统，以泵站内泵组控制柜、动力箱或照明箱电源进线端为界，进线端以下为本设计范围内容，以上部分由主体院进行设计。主要用电设备电气控制（1）地源热泵机组控制：每台地源热泵机组配置独立的控制柜，实现机组的启停控制、运行参数监测（如进出水温度、压力、流量、压缩机电流、电压等）及保护功能（如过载、过压、欠压、水流开关保护等）。控制柜具备本地手动和远程自动控制模式，可接收自控系统的控制指令。（2）市政热力换热系统控制：热力入口设置电动调节阀，根据二次侧供水温度或负荷需求，由自控系统控制阀门开度；循环水泵采用变频调速控制，根据系统压力或流量信号自动调节水泵转速，实现节能运行。水泵控制柜具备过载、短路、缺相保护及手动/自动切换功能。（3）冷水机组控制：每台冷水机组配置独立的控制柜，实现机组的启停控制、运行参数监测（如进出水温度、压力、流量、压缩机电流、电压等）及保护功能（如过载、过压、欠压、水流开关保护等）。控制柜具备本地手动和远程自动控制模式，可接收自控系统的控制指令。（4）辅助设备控制：包括地源侧循环水泵、冷却塔（若有）、补水泵等辅助设备，均采用变频控制或直接启动方式，根据工艺要求和自控系统指令进行启停和调节，配置相应的保护装置和状态监测元件。电动机的起动方式为保障大容量电机在启动时，低压母线容量压降能满足《通用用电设备配电设计规范》上关于“电动机启动”章节要求，容量大于40kW的电动机采用软启动方式，容量小于40kW的电动机均采用直接启动方式。所有变频电动机配用变频器工作方式。继电保护高压系统继电保护采用微机综合保护装置，设置管理机，微机综合保护装置与管理机通讯采用现场总线。按《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB50062-2008，设置如下保护：10kV进线：带时限的电流速断、过流保护、零序；10kV母联：带时限的速断、过流保护；10kV出线：速断、过流保护、零序；10/0.4kV变压器：速断、过流、过负荷、温度保护、零序。操作、控制电源南区能源站变配电室10kV系统的操作、控制电源采用PLC控制的免维护电池的直流220V电源，电池容量为100AH。10kV断路器采用弹簧储能操作机构。北区能源站变配电室10kV系统的操作、控制电源采用PLC控制的免维护电池的直流220V电源，电池容量为50AH。10kV断路器采用弹簧储能操作机构。功率因数补偿及谐波治理地源热泵空调末端循环泵等采用变频调速，可不做补偿。其余低压用电设备在各变配电室低压侧进行集中自动补偿，补偿后的功率因数达到0.95以上。工程选用的10kV变频器均采用多脉冲整流、多电平IGBT/PWM逆变的技术，即：采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出，变频器对电网谐波污染极小，谐波电压、电流完全低于国标规定的公共电网谐波限值。工程选用的所有0.4kV变频器在进线端配置了工业级EMC滤波器，在抑制谐波的基础上减小变频器对低压系统其余设备的辐射。在出线端配置了du/dt滤波器，滤除了输出电压的高频分量，解决了电机电缆长度对系统的影响，并减小电机噪音，保护电机绝缘。2座变配电室的低压系统中变频设备所占比例较高，造成谐波电压和谐波电流均不满足规范要求，并易对同一变压器供电的其它设备造成影响，此部分低压系统设置谐波抑制设施。本设计采用低压侧集中有源滤波方式，在各变配电室电能质量柜内实施，有效抑制谐波。计量计量采用10kV侧计量方式，南、北区能源站变配电室10kV系统的两路进线处均设置专用计量柜，柜内设置供电局指定的专用计量表。电气系统的控制方式10kV系统控制方式：通过“就地/远方”选择开关实现站内本柜、本站管理机两种控制方式（10kV水泵控制除外）。无论何种控制操作方式，都应满足“五防”要求。低压电机（低压成套设备除外）设置就地按钮箱，按钮箱上设有开、停、急停按钮和开、停、故障指示，转换开关设置在低压开关柜上，当设置在就地时，可在就地操作；当设置在低压开关柜时，可在低压开关柜操作；当设置在自动时，由本工段上的PLC根据工艺过程自动控制，也可在中控室完成操作控制。低压成套设备设置就地控制箱，控制箱上设有开、停、急停按钮和开、停、故障指示，转换开关设置在就地控制箱上，当设置在就地时，可在就地操作；当设置在自动时，由本工段上的PLC根据工艺过程自动控制，也可在中控室完成操作控制。防雷接地与电气安全（1）防雷保护：在变配电所、屋顶等关键位置设置避雷针或避雷带，电气设备的电源进线端安装避雷器，防止雷击过电压损坏设备。（2）接地系统：采用TN-S接地系统，工作接地、保护接地、防雷接地共用一组接地极，接地电阻不大于1Ω。设备金属外壳、配电柜、电缆桥架等均可靠接地，确保人身和设备安全。（3）电气安全措施：所有电气设备的操作手柄、按钮等均设置明显的安全标识，配电柜前后设置绝缘垫，带电设备设置防护栏或防护罩。重要场所设置应急照明和疏散指示标志，应急电源保障应急照明和重要控制设备的供电。管线敷设及电缆选择各变配电室内设电缆沟，所有室内的电缆均经过电缆沟敷设。对于室外电缆敷设根数较多的线路设置电缆沟，其它电缆根数较少的线路采用铜芯聚氯乙烯绝缘电缆穿保护管的方式敷设或铠装电缆直埋敷设。照明设计生产构筑物采用工厂配照灯，壁灯等，光源尽量采用节能灯。变、配电室功率密度值为6.5W/m2，对应照度200lx；变压器室功率密度值为6.5W/m2，对应照度200lx；一般控制室功率密度值为6.5W/m2，对应照度300lx；中央控制室功率密度值为9.5W/m2，对应照度500lx；泵房功率密度值为2.5W/m2，对应照度100lx；在各变配电室选用细管径荧光灯，T8、T5直管型荧光灯配用电子镇流器；生产车间采用节能型LED灯具。光源显色指数Ra不小于80。厂区照明拟采用采用节能型LED灯具。在各变配电室以及主要生产构筑物设置事故照明灯，内置蓄电池，正常情况下与其它照明灯同样工作，当发生事故停电时，事故照明灯仍能工作1小时，以保证事故情况下能正常工作。插座电源设漏电保护装置。电气抗震设计根据现行《建筑机电工程抗震设计规范》GB50981的要求，北京房山地区抗震烈度为8度，本项目电气系统应进行抗震设计。对于电气设备选择和安装的具体要求如下：变配电所内地面设备安装就位后，与基础支撑钢板焊接，或者采用螺栓连接，需满足抗震要求。在电缆梯架、电缆槽盒内敷设的缆线在引进、引出和转弯处，在长度上留有余量。引入建筑物的电气管路敷设时，在进口处采用挠性线管或采取其他抗震措施；当进口井贴临建筑物设置时，线缆在井中留有余量，进户套管与引入管之间的间隙应采用柔性防腐、防水材料密封。电气管路敷设时符合下列规定：当线路采用金属导管、电缆梯架敷设时，使用刚性托架或支架固定。当金属导管、电缆梯架或槽盒穿越防火分区时，其缝隙采用柔性防火封堵材料封堵，并在贯穿部位附近设置抗震支撑；金属导管的直线段部分每隔30m设置伸缩节。配电线路穿金属管或刚性塑料管与设备连接时，进口处应转为挠性管过渡。主要电气设备材料表序号名称型号和规格单位数量备注110kV中置柜KYN28-12面17MCC110kV母排配套套1MCC1210kV变频柜1800kW面5MCC1设备配套310kV变频柜1250kW面2MCC1设备配套4干式变压器（带外壳）SC(B)14，10/0.4KV-1600KVA台2MCC15免维护直流屏DC220V100AH铅酸电池面1MCC1610kV监控系统含通讯机、软件套1MCC17低压开关柜MNS组合抽屉式面18MCC180.4kV滤波柜400A面2MCC190.4kV补偿柜500KVAR面2MCC110低压密集母线桥I-LINE3200A米20MCC1配电室标准化含挡鼠板、信号屏、模拟屏等套1MCC11110kV中置柜KYN28-12面14MCC21210kV变频柜800kW面4MCC2设备配套13干式变压器（带外壳）SC(B)14，10/0.4KV-1000KVA台2MCC214免维护直流屏DC220V50AH铅酸电池面1MCC21610kV监控系统含通讯机、软件、保护主机套1MCC2配电室标准化含挡鼠板、信号屏、模拟屏等套1MCC217低压开关柜MNS组合抽屉式面22MCC2190.4kV滤波柜250A面2MCC22