王海芹

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(guān)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《體育建筑設計規范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)濟影響；

2）、場(chǎng)內人員密集，安防、消防設備供電可靠；

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

4）、場(chǎng)地照明、攝像轉播及體育工藝用電量大，設備分散，對電源質(zhì)量要求高。

依據《2009全民用建筑工程電氣設計技術(shù)措施/電氣》要求，體育場(chǎng)館電氣設計應安全可靠、經(jīng)濟合理、技術(shù)、整天美觀(guān)、維護管理方便；電氣設計應對電池、聲、光污染采取綜合治理，達到環(huán)境保護相關(guān)標準的要求，確保人居環(huán)境安全；電氣裝備水平應與工程的功能要求和使用性質(zhì)相適應；電氣設備應選擇符合技術(shù)標準的產(chǎn)品，并應采用成熟、有效的節能措施，降低電能消耗。

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

主接線(xiàn)設計時(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及可能反饋電能的另一側，裝設高壓隔離開(kāi)關(guān)。在低壓斷路器的電源側及可能反饋電能的另一側，裝設低壓刀開(kāi)關(guān)。在裝設高壓熔斷器-負荷開(kāi)關(guān)的出線(xiàn)柜母線(xiàn)側，裝設高壓隔離開(kāi)。變配電所高壓母線(xiàn)上及架空線(xiàn)路末端，裝設避雷器。裝于母線(xiàn)上的避雷器，宜與電壓互感器共用一組隔離開(kāi)關(guān)。接于變壓器引出線(xiàn)上的避雷器，不宜裝設隔離開(kāi)關(guān)。

可靠性即變配電所的主結線(xiàn)方案，與其負荷等級相適應。對一級負荷，應有兩個(gè)電源供電。對二級負荷，應有兩回路或者一回架空（電纜）供電；采用電纜供電時(shí)，應采用兩根電纜組成的線(xiàn)路，且每根電纜應能承受 95%的二級負荷。變配電所的非電源進(jìn)線(xiàn)側，應裝設帶短路保護的斷路器或串熔斷器的負荷開(kāi)關(guān)。當雙電源供多個(gè)變配電所時(shí)，宜采用環(huán)網(wǎng)供電方式。變配電所低壓側的總開(kāi)關(guān)，宜采用低壓斷路器。當有繼電保護或自動(dòng)切換電源要求時(shí)，低壓側總開(kāi)關(guān)和低壓母線(xiàn)分段開(kāi)關(guān)，均應采用低壓斷路器。

 2 項目簡(jiǎn)介

     本項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)區及地下車(chē)庫組成，總建筑面積約36萬(wàn)m2，建成后將成為標志性建筑及新城區內大規模商業(yè)娛樂(lè )綜合體。能源中心是奧體中心的配套設施，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動(dòng)力中心，主要由鍋爐房、冷凍機房與水泵間、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。與常規能源中心變配電系統不同的是冷凍機組采用的是10kV 高壓供電方式^[2]。

        圖 1 奧體中心全景

 3 負荷等級

由于奧體中心在全運會(huì )其間的重要性，其空調及熱水等動(dòng)力負荷按二級負荷考慮，因此本能源中心電力負荷為二級，二級負荷容量3559.5kW,其中4 臺冷水機組容量為2476 kW。

 4 電壓等級確定

根據暖通方案論證結果，采用水蓄冷能源方式，其中冷水機組4 臺，單臺容量平均在600 kW左右，如果低壓380V 供電，則每臺冷水機組的供電電流將達到1000A以上,對開(kāi)關(guān)、電纜、啟動(dòng)保護等設備的選擇將是具有挑戰性的,經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單經(jīng)濟技術(shù)比較，冷水機組決定采用高壓10kV 供電。

 5 供配電系統設計

本工程由位于體育館內的東區總變配電站不同母線(xiàn)段引兩路10kV 電源，兩路電源單母線(xiàn)分段接線(xiàn)，同時(shí)工作。正常運行時(shí),兩路電源分列運行，各承擔50%的負荷；當一路電源發(fā)生故障時(shí),線(xiàn)路保護動(dòng)作,無(wú)壓掉閘,分段開(kāi)關(guān)自動(dòng)/手動(dòng)投入運行，另一路電源可承擔全部負荷。變配電室內設高壓柜10面，高壓冷水機組控制柜4 面（與機組配套），2 臺1000kVA 變壓器及低壓配電柜8 面、控制柜11 面(泵類(lèi))。

5.1高壓供配電系統

高壓配電柜采用SF6 絕緣緊湊型開(kāi)關(guān)柜，考慮能源中心單獨計量，設立了計量柜。進(jìn)線(xiàn)及母聯(lián)采用真空開(kāi)關(guān)，饋線(xiàn)為負荷開(kāi)關(guān)熔斷器組合電器。進(jìn)線(xiàn)柜配兩段定時(shí)限過(guò)流保護、兩段零序定時(shí)限保護、無(wú)壓跳閘保護，當一路電源發(fā)生故障時(shí),線(xiàn)路保護動(dòng)作,無(wú)壓跳閘,母聯(lián)開(kāi)關(guān)自動(dòng)/手動(dòng)投入；母聯(lián)柜設電流速斷、過(guò)電流保護。電流速斷保護合閘后解除。饋線(xiàn)柜配熔斷器保護、變壓器高溫(報警)、變壓器超溫(掉閘)保護。

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

高壓冷水機組控制柜為金屬鎧裝移開(kāi)式，內設溫、濕度傳感器，溫度或濕度過(guò)高均會(huì )發(fā)出報警信號，并具除濕功能。其微機綜合保護模塊具有過(guò)電流、過(guò)負荷、接地故障、短路、相不平衡、電壓過(guò)高、電壓過(guò)低、錯相、反相等保護，為使電氣設備的絕緣免受過(guò)電壓的損害，另選配三相組合式氧化鋅避雷器。

高壓功率因數就地補償，每臺高壓冷水機組控制柜內裝設并聯(lián)補償電容器，使補償后的功率因數大于0.92。配電圖如圖2。

 圖2 高壓供配電系統

根據保護功能配置要求，進(jìn)線(xiàn)柜選用安科瑞公司的AM5-F線(xiàn)路保護測控裝置，母聯(lián)柜選用AM5-B母聯(lián)保護裝置，變壓器饋線(xiàn)柜選用AM5-T變壓器保護測控裝置，高壓冷水機控制柜選用AM5-M電動(dòng)機保護測控裝置。

各裝置詳細功能與報價(jià)見(jiàn)表1。

 表1  高壓配電方案二次設備清單

5.2 低壓供配電系統

低壓配電系統為兩級。單臺大容量設備放射式供電，其他為樹(shù)干分支式。

單臺裝機容量為75kW、90kW 的冷卻水循環(huán)泵、冷凍水一次泵采用軟啟動(dòng)，單臺裝機容量為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。鍋爐控制設備設于值班室，其他小容量用電設備的配電及啟動(dòng)裝置在設備臨近處。

變壓器負載率為60%~65%，對于任一變壓器組，其中的1 臺變壓器故障時(shí)，另一臺變壓器可在一定時(shí)間內工作在110%~130% 負載率，負擔所有低壓二級負荷。

低壓供配電系統見(jiàn)圖3。

 圖3  低壓配電系統

低壓柜采用抽屜式開(kāi)關(guān)柜，主進(jìn)線(xiàn)柜設三段保護：長(cháng)延時(shí)、短延時(shí)、瞬時(shí)過(guò)電流保護；母聯(lián)柜設瞬時(shí)過(guò)電流保護；饋電柜設長(cháng)延時(shí)、短延時(shí)、瞬時(shí)過(guò)電流保護。低壓配電線(xiàn)路上選用安科瑞公司的ALP智能型低壓線(xiàn)路保護裝置進(jìn)行線(xiàn)路保護，選用ACR系列監測儀表進(jìn)行出線(xiàn)柜電量監測。具體設備清單見(jiàn)表2。

表2  低壓配電線(xiàn)路設備清單

5.3 諧波監測與治理

由于非線(xiàn)性負載的使用會(huì )產(chǎn)生諧波，會(huì )導致微機保護裝置誤動(dòng)作，造成不必要的供電中斷；諧波還會(huì )使電氣測量?jì)x表計量不準確，產(chǎn)生計量誤差，因此須合理有效的抑制諧波干擾。

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置ARC系列無(wú)功補償器，在配電前端設置安科瑞公司的ANAPF有源濾波器，采用集中方式抑制諧波。在各出現柜上設置ACR330系列諧波監測儀表，用于監測2-31次諧波。

ANAPF有源濾波器以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過(guò)實(shí)時(shí)監測負載的諧波和無(wú)功分量，采用PWM變流技術(shù)，從變流器中產(chǎn)生一個(gè)和當前諧波分量和無(wú)功分量對應的反響分量并實(shí)時(shí)注入電力系統，實(shí)現諧波治理和無(wú)功補償。本諧波抑制方案具體設備清單如表3。

 圖4 低壓配電系統諧波抑制方案

  表3  諧波抑制方案設備清單

5.4 漏電火災監測

由于體育館內人員密集，安防、消防設備供電可靠，有效地防止電氣火災的發(fā)生，保證廣大觀(guān)眾和運動(dòng)員的安全。Acrel-6000電氣火災監控系統由漏電（包括電流）探頭、探測控制器和監控設備三部分組成。探測控制器與漏電（電流）探頭需配套使用。所有需要監控的電路分支點(diǎn)均安裝，探測控制器均并聯(lián)于二總線(xiàn)上，監控設備由一臺工業(yè)控制用PC機及外圍設備組成。監控系統如圖5，采用Acrel-6000/Q琴臺式監控設備，消防火災監控系統中所有設備清單見(jiàn)表4。

   管理軟件能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地顯示各個(gè)監控點(diǎn)的工作情況，值班人員在控制中心通過(guò)觀(guān)察計算機屏幕就可以了解所有監控點(diǎn)的工作情況。監控設備具有龐大的數據庫，能夠存儲配電

圖5  漏電火災監測系統

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

表4  消防火災監控系統設備清單

5.5 電能計量

本奧體中心內的普通照明，鍋爐、水泵、通風(fēng)等動(dòng)力電能計量采用安科瑞公司的終端電能計量計，該計量計采用DIN35mm導軌式安裝，能計量電能及其它電參量，可進(jìn)行時(shí)鐘、費率時(shí)段等參數設置，并具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機實(shí)現數據交換。電能集抄系統采用網(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(jiàn)表5。

  表5 電能計量設備清單

5.6變配電室布置及土建條件

   該項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），原設計高低壓柜進(jìn)出線(xiàn)均為上進(jìn)上出方式，電纜橋架敷設。但因SF6 絕緣緊湊型高壓開(kāi)關(guān)柜柜型限制，只能下進(jìn)下出，因此在施工圖設計中，我們將高壓配電柜做局部基礎抬高處理。

由于高壓設備的配電設計需由當地供電部門(mén)審核及深化，2008年5月供電部門(mén)提出原設計高壓配電柜（SF6 絕緣緊湊型開(kāi)關(guān)柜）柜前操作距離只能按平臺寬度算，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組控制柜）整體抬高。經(jīng)過(guò)與建筑及結構協(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，柜下設溝，取消配電柜上方電纜橋架，進(jìn)出線(xiàn)均為下進(jìn)下出。目前此工程施工已經(jīng)完成。

 6 結論

配電系統設計在減少不合理?yè)p耗的前提下還遵循以下原則：

1）、體育館配電系統設計，在條件允許的情況下，盡可能采用數字化電能監察及控制儀表。 針對體育館供電半徑大，變配電所布點(diǎn)多的特點(diǎn)，設置智能化配電控制系統，可以提高對配電系統運行的有效管理和監控，大限度的減少電能逸損，提高配電系統的運行效率。

2）、現下體育館電氣設計中所選用的配電變壓器都具有較好的過(guò)載能力，因此配電系統設計應充分挖掘變壓器的這種潛力。在系統設計時(shí)和對配電容量分配上!每臺變壓器對應的低壓母線(xiàn)段應平衡的布置長(cháng)時(shí)耗負荷，如照明用電負荷等；間歇行負荷，如活動(dòng)室用電負荷等；以及季節性用電負荷，如空調用電負荷等，而對不同類(lèi)型的配電負荷均應設置獨立的饋電回路。通過(guò)實(shí)際運行時(shí)的合理調度控制，即可大限度的消峰填谷，達到節約電能，減少不合理?yè)p耗的目的。

7 參考文獻

[1]體育館的供配電系統設計.王學(xué)源.魅力.2010年5月(上)總113期

[2]濟南奧體中心能源中心供配電設計.孫寶瑩.智能建筑電氣設計.2009.6 3卷3期

[3]能效管理系統設計安裝圖冊.安科瑞電氣股份有限公司.2013年合訂本

[4]2009全民用建筑工程設計技術(shù)措施/電氣.建筑標準設計研究院

作者簡(jiǎn)介：

王海芹，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能配電系統設計，: