某奧體中心能源中心供配電設(shè)計(jì)與監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

徐霜

安科瑞電氣股份有限公司  上海 嘉定 201801

1 引言

    體育館是指具有一定觀眾容量，場(chǎng)地符合舉辦各種體育比賽要求的體育建筑。根據(jù)《體育建筑設(shè)計(jì)規(guī)范JGJ31-2003》，其用電特點(diǎn)主要為^[1]：

1）、重大比賽或演出中斷供電會(huì)造成較大的政治、經(jīng)濟(jì)影響；

2）、場(chǎng)內(nèi)人員密集，安防、消防設(shè)備供電可靠；

3）、使用時(shí)段性強(qiáng)，平時(shí)與比賽時(shí)負(fù)荷相差很大；

4）、場(chǎng)地照明、攝像轉(zhuǎn)播及體育工藝用電量大，設(shè)備分散，對(duì)電源質(zhì)量要求高。

依據(jù)《2009全國(guó)民用建筑工程電氣設(shè)計(jì)技術(shù)措施/電氣》要求，體育場(chǎng)館電氣設(shè)計(jì)應(yīng)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)、整天美觀、維護(hù)管理方便；電氣設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)電池、聲、光污染采取綜合治理，達(dá)到環(huán)境保護(hù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，確保人居環(huán)境安全；電氣裝備水平應(yīng)與工程的功能要求和使用性質(zhì)相適應(yīng)；電氣設(shè)備應(yīng)選擇符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，并應(yīng)采用成熟、的節(jié)能措施，降低電能消耗。

體育館變電所位置和數(shù)量的確定除需要考慮盡量設(shè)在負(fù)荷中心外，還要特別注意驗(yàn)算末端用電設(shè)備電壓偏移，采取減小電壓偏移的措施，保證電壓偏移不超過允許值。

主接線設(shè)計(jì)時(shí)要注意安全性和可靠性要求。安全性即在高壓斷路器的電源側(cè)及可能反饋電能的另一側(cè)，裝設(shè)高壓隔離開關(guān)。在低壓斷路器的電源側(cè)及可能反饋電能的另一側(cè)，裝設(shè)低壓刀開關(guān)。在裝設(shè)高壓熔斷器-負(fù)荷開關(guān)的出線柜母線側(cè)，裝設(shè)高壓隔離開。變配電所高壓母線上及架空線路末端，裝設(shè)避雷器。裝于母線上的避雷器，宜與電壓互感器共用一組隔離開關(guān)。接于變壓器引出線上的避雷器，不宜裝設(shè)隔離開關(guān)。

可靠性即變配電所的主結(jié)線方案，與其負(fù)荷等級(jí)相適應(yīng)。對(duì)一級(jí)負(fù)荷，應(yīng)有兩個(gè)電源供電。對(duì)二級(jí)負(fù)荷，應(yīng)有兩回路或者一回架空（電纜）供電；采用電纜供電時(shí)，應(yīng)采用兩根電纜組成的線路，且每根電纜應(yīng)能承受 的二級(jí)負(fù)荷。變配電所的非電源進(jìn)線側(cè)，應(yīng)裝設(shè)帶短路保護(hù)的斷路器或串熔斷器的負(fù)荷開關(guān)。當(dāng)雙電源供多個(gè)變配電所時(shí)，宜采用環(huán)網(wǎng)供電方式。變配電所低壓側(cè)的總開關(guān)，宜采用低壓斷路器。當(dāng)有繼電保護(hù)或自動(dòng)切換電源要求時(shí)，低壓側(cè)總開關(guān)和低壓母線分段開關(guān)，均應(yīng)采用低壓斷路器。

 2 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

     本項(xiàng)目奧體中心主要由體育場(chǎng)、體育館、游泳館、網(wǎng)球中心、中心商業(yè)區(qū)及地下車庫(kù)組成，總建筑面積約36萬(wàn)m2，建成后將成為標(biāo)志性建筑及新城區(qū)內(nèi)大規(guī)模商業(yè)娛樂綜合體。能源中心是奧體中心的配套設(shè)施，位于整個(gè)場(chǎng)地的東北角，是整個(gè)奧林匹克體育中心的主要?jiǎng)恿χ行?，主要由鍋爐房、冷凍機(jī)房與水泵間、變配電室組成，室外另有蓄水罐、冷卻塔。 建筑面積約1200m2 ，為半地下建筑。與常規(guī)能源中心變配電系統(tǒng)不同的是冷凍機(jī)組采用的是10kV 高壓供電方式^[2]。

        圖 1 奧體中心全景

 3 負(fù)荷等級(jí)

由于奧體中心在全運(yùn)會(huì)其間的重要性，其空調(diào)及熱水等動(dòng)力負(fù)荷按二級(jí)負(fù)荷考慮，因此本能源中心電力負(fù)荷為二級(jí)，二級(jí)負(fù)荷容量3559.5kW,其中4 臺(tái)冷水機(jī)組容量為2476 kW。

 4 電壓等級(jí)確定

根據(jù)暖通方案論證結(jié)果，采用水蓄冷能源方式，其中冷水機(jī)組4 臺(tái)，單臺(tái)容量平均在600 kW左右，如果低壓380V 供電，則每臺(tái)冷水機(jī)組的供電電流將達(dá)到1000A以上,對(duì)開關(guān)、電纜、啟動(dòng)保護(hù)等設(shè)備的選擇將是具有挑戰(zhàn)性的,經(jīng)過簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，冷水機(jī)組決定采用高壓10kV 供電。

 5 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本工程由位于體育館內(nèi)的東區(qū)總變配電站不同母線段引兩路10kV 電源，兩路電源單母線分段接線，同時(shí)工作。正常運(yùn)行時(shí),兩路電源分列運(yùn)行，各承擔(dān)50%的負(fù)荷；當(dāng)一路電源發(fā)生故障時(shí),線路保護(hù)動(dòng)作,無(wú)壓掉閘,分段開關(guān)自動(dòng)/手動(dòng)投入運(yùn)行，另一路電源可承擔(dān)全部負(fù)荷。變配電室內(nèi)設(shè)高壓柜10面，高壓冷水機(jī)組控制柜4 面（與機(jī)組配套），2 臺(tái)1000kVA 變壓器及低壓配電柜8 面、控制柜11 面(泵類)。

5.1高壓供配電系統(tǒng)

高壓配電柜采用SF6 絕緣緊湊型開關(guān)柜，考慮能源中心單獨(dú)計(jì)量，設(shè)立了計(jì)量柜。進(jìn)線及母聯(lián)采用真空開關(guān)，饋線為負(fù)荷開關(guān)熔斷器組合電器。進(jìn)線柜配兩段定時(shí)限過流保護(hù)、兩段零序定時(shí)限保護(hù)、無(wú)壓跳閘保護(hù)，當(dāng)一路電源發(fā)生故障時(shí),線路保護(hù)動(dòng)作,無(wú)壓跳閘,母聯(lián)開關(guān)自動(dòng)/手動(dòng)投入；母聯(lián)柜設(shè)電流速斷、過電流保護(hù)。電流速斷保護(hù)合閘后解除。饋線柜配熔斷器保護(hù)、變壓器高溫(報(bào)警)、變壓器超溫(掉閘)保護(hù)。

進(jìn)線及母聯(lián)開關(guān)采取防并聯(lián)措施，即三個(gè)開關(guān)zui多只能有兩個(gè)開關(guān)同時(shí)處于合閘位置。操作及信號(hào)電源為直流110V，6h。

高壓冷水機(jī)組控制柜為金屬鎧裝移開式，內(nèi)設(shè)溫、濕度傳感器，溫度或濕度過高均會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并具除濕功能。其微機(jī)綜合保護(hù)模塊具有過電流、過負(fù)荷、接地故障、短路、相不平衡、電壓過高、電壓過低、錯(cuò)相、反相等保護(hù)，為使電氣設(shè)備的絕緣免受過電壓的損害，另選配三相組合式氧化鋅避雷器。

高壓功率因數(shù)就地補(bǔ)償，每臺(tái)高壓冷水機(jī)組控制柜內(nèi)裝設(shè)并聯(lián)補(bǔ)償電容器，使補(bǔ)償后的功率因數(shù)大于0.92。配電圖如圖2。

 圖2 高壓供配電系統(tǒng)

根據(jù)保護(hù)功能配置要求，進(jìn)線柜選用安科瑞公司的AM5-F線路保護(hù)測(cè)控裝置，母聯(lián)柜選用AM5-B母聯(lián)保護(hù)裝置，變壓器饋線柜選用AM5-T變壓器保護(hù)測(cè)控裝置，高壓冷水機(jī)控制柜選用AM5-M電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置。

各裝置詳細(xì)功能與報(bào)價(jià)見表1。

 表1  高壓配電方案二次設(shè)備清單

5.2 低壓供配電系統(tǒng)

低壓配電系統(tǒng)為兩級(jí)。單臺(tái)大容量設(shè)備放射式供電，其他為樹干分支式。

單臺(tái)裝機(jī)容量為75kW、90kW 的冷卻水循環(huán)泵、冷凍水一次泵采用軟啟動(dòng)，單臺(tái)裝機(jī)容量為160kW 的冷凍水二次泵采用變頻控制，控制柜置于變配電室低壓側(cè)。鍋爐控制設(shè)備設(shè)于值班室，其他小容量用電設(shè)備的配電及啟動(dòng)裝置在設(shè)備臨近處。

變壓器負(fù)載率為60%~65%，對(duì)于任一變壓器組，其中的1 臺(tái)變壓器故障時(shí)，另一臺(tái)變壓器可在一定時(shí)間內(nèi)工作在110%~130% 負(fù)載率，負(fù)擔(dān)所有低壓二級(jí)負(fù)荷。

低壓供配電系統(tǒng)見圖3。

 圖3  低壓配電系統(tǒng)

低壓柜采用抽屜式開關(guān)柜，主進(jìn)線柜設(shè)三段保護(hù)：長(zhǎng)延時(shí)、短延時(shí)、瞬時(shí)過電流保護(hù)；母聯(lián)柜設(shè)瞬時(shí)過電流保護(hù)；饋電柜設(shè)長(zhǎng)延時(shí)、短延時(shí)、瞬時(shí)過電流保護(hù)。低壓配電線路上選用安科瑞公司的ALP智能型低壓線路保護(hù)裝置進(jìn)行線路保護(hù)，選用ACR系列監(jiān)測(cè)儀表進(jìn)行出線柜電量監(jiān)測(cè)。具體設(shè)備清單見表2。

表2  低壓配電線路設(shè)備清單

5.3 諧波監(jiān)測(cè)與治理

由于非線性負(fù)載的使用會(huì)產(chǎn)生諧波，會(huì)導(dǎo)致微機(jī)保護(hù)裝置誤動(dòng)作，造成不必要的供電中斷；諧波還會(huì)使電氣測(cè)量?jī)x表計(jì)量不準(zhǔn)確，產(chǎn)生計(jì)量誤差，因此須合理的抑制諧波干擾。

低壓配電諧波抑制方案如圖4所示，本方案中在低壓電容器柜中設(shè)置ARC系列無(wú)功補(bǔ)償器，在配電前端設(shè)置安科瑞公司的ANAPF有源濾波器，采用集中方式抑制諧波。在各出現(xiàn)柜上設(shè)置ACR330系列諧波監(jiān)測(cè)儀表，用于監(jiān)測(cè)2-31次諧波。

ANAPF有源濾波器以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)負(fù)載的諧波和無(wú)功分量，采用PWM變流技術(shù)，從變流器中產(chǎn)生一個(gè)和當(dāng)前諧波分量和無(wú)功分量對(duì)應(yīng)的反響分量并實(shí)時(shí)注入電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)諧波治理和無(wú)功補(bǔ)償。本諧波抑制方案具體設(shè)備清單如表3。

 圖4 低壓配電系統(tǒng)諧波抑制方案

  表3  諧波抑制方案設(shè)備清單

5.4 漏電火災(zāi)監(jiān)測(cè)

由于體育館內(nèi)人員密集，安防、消防設(shè)備供電可靠，地防止電氣火災(zāi)的發(fā)生，保證廣大觀眾和運(yùn)動(dòng)員的安全。Acrel-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由漏電（包括電流）探頭、探測(cè)控制器和監(jiān)控設(shè)備三部分組成。探測(cè)控制器與漏電（電流）探頭需配套使用。所有需要監(jiān)控的電路分支點(diǎn)均安裝，探測(cè)控制器均并聯(lián)于二總線上，監(jiān)控設(shè)備由一臺(tái)工業(yè)控制用PC機(jī)及外圍設(shè)備組成。監(jiān)控系統(tǒng)如圖5，采用Acrel-6000/Q琴臺(tái)式監(jiān)控設(shè)備，消防火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中所有設(shè)備清單見表4。

   管理軟件能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地顯示各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的工作情況，值班人員在控制中心通過觀察計(jì)算機(jī)屏幕就可以了解所有監(jiān)控點(diǎn)的工作情況。監(jiān)控設(shè)備具有龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠存儲(chǔ)配電

圖5  漏電火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

系統(tǒng)產(chǎn)生的所有情況記錄，便于有關(guān)人員查詢和分析。

表4  消防火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備清單

5.5 電能計(jì)量

本奧體中心內(nèi)的普通照明，鍋爐、水泵、通風(fēng)等動(dòng)力電能計(jì)量采用安科瑞公司的終端電能計(jì)量計(jì)，該計(jì)量計(jì)采用DIN35mm導(dǎo)軌式安裝，能計(jì)量電能及其它電參量，可進(jìn)行時(shí)鐘、費(fèi)率時(shí)段等參數(shù)設(shè)置，并具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。電能集抄系統(tǒng)采用國(guó)網(wǎng)集抄形式，即分為主站、集中器、采集器、終端儀表4層。所用儀表清單見表5。

  表5 電能計(jì)量設(shè)備清單

5.6變配電室布置及土建條件

   該項(xiàng)目能源中心建筑于巖石層上，層高不低于5.7m，考慮向下挖溝及做電纜夾層的工程量較大（需要炸石），原設(shè)計(jì)高低壓柜進(jìn)出線均為上進(jìn)上出方式，電纜橋架敷設(shè)。但因SF6 絕緣緊湊型高壓開關(guān)柜柜型限制，只能下進(jìn)下出，因此在施工圖設(shè)計(jì)中，我們將高壓配電柜做局部基礎(chǔ)抬高處理。

由于高壓設(shè)備的配電設(shè)計(jì)需由當(dāng)?shù)毓╇姴块T審核及深化，2008年5月供電部門提出原設(shè)計(jì)高壓配電柜（SF6 絕緣緊湊型開關(guān)柜）柜前操作距離只能按平臺(tái)寬度算，6 0 0 m m 不夠，此建議將高壓室部分（包括高壓配電柜及冷水機(jī)組控制柜）整體抬高。經(jīng)過與建筑及結(jié)構(gòu)協(xié)商，為保持變配電室的完整性，盡可能沿用原變配電室布置，減少土建改動(dòng)，我們決定變配電室低壓部分也隨高壓部分抬高，柜下設(shè)溝，取消配電柜上方電纜橋架，進(jìn)出線均為下進(jìn)下出。目前此工程施工已經(jīng)完成。

 6 結(jié)論

配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)在減少不合理?yè)p耗的前提下還遵循以下原則：

1）、體育館配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在條件允許的情況下，盡可能采用數(shù)字化電能監(jiān)察及控制儀表。 針對(duì)體育館供電半徑大，變配電所布點(diǎn)多的特點(diǎn)，設(shè)置智能化配電控制系統(tǒng)，可以提高對(duì)配電系統(tǒng)運(yùn)行的管理和監(jiān)控，zui大限度的減少電能逸損，提高配電系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

2）、現(xiàn)下體育館電氣設(shè)計(jì)中所選用的配電變壓器都具有較好的過載能力，因此配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)充分挖掘變壓器的這種潛力。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)和對(duì)配電容量分配上!每臺(tái)變壓器對(duì)應(yīng)的低壓母線段應(yīng)平衡的布置長(zhǎng)時(shí)耗負(fù)荷，如照明用電負(fù)荷等；間歇行負(fù)荷，如活動(dòng)室用電負(fù)荷等；以及季節(jié)性用電負(fù)荷，如空調(diào)用電負(fù)荷等，而對(duì)不同類型的配電負(fù)荷均應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的饋電回路。通過實(shí)際運(yùn)行時(shí)的合理調(diào)度控制，即可zui大限度的消峰填谷，達(dá)到節(jié)約電能，減少不合理?yè)p耗的目的。

7 參考文獻(xiàn)

[1]體育館的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì).王學(xué)源.魅力中國(guó).2010年5月(上)總113期

[2]濟(jì)南奧體中心能源中心供配電設(shè)計(jì).孫寶瑩.智能建筑電氣設(shè)計(jì).2009.6 第3卷第3期

[3]能效管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝圖冊(cè).安科瑞電氣股份有限公司.2013年合訂本

[4]2009全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施/電氣.中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院

作者簡(jiǎn)介：

  徐霜，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄芘潆娤到y(tǒng)設(shè)計(jì)，: