某奧體中心能源中心供配電設計與監控系統應用

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》，其用電特點主要為^[1]：

1）、重大比賽或演出中斷供電會造成較大的政治、經濟影響；

2）、場內人員密集，安防、消防設備供電可靠；

3）、使用時段性強，平時與比賽時負荷相差很大；

4）、場地照明、攝像轉播及體育工藝用電量大，設備分散，對電源質量要求高。

依據《2009全國民用建筑工程電氣設計技術措施/電氣》要求，體育場館電氣設計應安全可靠、經濟合理、技術、整天美觀、維護管理方便；電氣設計應對電池、聲、光污染采取綜合治理，達到環境保護相關標準的要求，確保人居環境安全；電氣裝備水平應與工程的功能要求和使用性質相適應；電氣設備應選擇符合國家技術標準的產品，并應采用成熟、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允許值。

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

可靠性即變配電所的主結線方案，與其負荷等級相適應。對一級負荷，應有兩個電源供電。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，應采用兩根電纜組成的線路，且每根電纜應能承受 的二級負荷。變配電所的非電源進線側，應裝設帶短路保護的斷路器或串熔斷器的負荷開關。當雙電源供多個變配電所時，宜采用環網供電方式。變配電所低壓側的總開關，宜采用低壓斷路器。當有繼電保護或自動切換電源要求時，低壓側總開關和低壓母線分段開關，均應采用低壓斷路器。

 2 項目簡介

     本項目奧體中心主要由體育場、體育館、游泳館、網球中心、中心商業區及地下車庫組成，總建筑面積約36萬m2，建成后將成為標志性建筑及新城區內大規模商業娛樂綜合體。能源中心是奧體中心的配套設施，位于整個場地的東北角，是整個奧林匹克體育中心的主要動力中心，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其間的重要性，其空調及熱水等動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,對開關、電纜、啟動保護等設備的選擇將是具有挑戰性的,經過簡單經濟技術比較，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段引兩路10kV 電源，兩路電源單母線分段接線，同時工作。正常運行時,兩路電源分列運行，各承擔50%的負荷；當一路電源發生故障時,線路保護動作,無壓掉閘,分段開關自動/手動投入運行，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)。

5.1高壓供配電系統

高壓配電柜采用SF6 絕緣緊湊型開關柜，考慮能源中心單獨計量，設立了計量柜。進線及母聯采用真空開關，饋線為負荷開關熔斷器組合電器。進線柜配兩段定時限過流保護、兩段零序定時限保護、無壓跳閘保護，當一路電源發生故障時,線路保護動作,無壓跳閘,母聯開關自動/手動投入；母聯柜設電流速斷、過電流保護。電流速斷保護合閘后解除。饋線柜配熔斷器保護、變壓器高溫(報警)、變壓器超溫(掉閘)保護。

進線及母聯開關采取防并聯措施，即三個開關zui多只能有兩個開關同時處于合閘位置。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式，內設溫、濕度傳感器，溫度或濕度過高均會發出報警信號，并具除濕功能。其微機綜合保護模塊具有過電流、過負荷、接地故障、短路、相不平衡、電壓過高、電壓過低、錯相、反相等保護，為使電氣設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。

高壓功率因數就地補償，每臺高壓冷水機組控制柜內裝設并聯補償電容器，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，進線柜選用安科瑞公司的AM5-F線路保護測控裝置，母聯柜選用AM5-B母聯保護裝置，變壓器饋線柜選用AM5-T變壓器保護測控裝置，高壓冷水機控制柜選用AM5-M電動機保護測控裝置。

各裝置詳細功能與報價見表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，其他為樹干分支式。

單臺裝機容量為75kW、90kW 的冷卻水循環泵、冷凍水一次泵采用軟啟動，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，另一臺變壓器可在一定時間內工作在110%~130% 負載率，負擔所有低壓二級負荷。

低壓供配電系統見圖3。

 圖3  低壓配電系統

低壓柜采用抽屜式開關柜，主進線柜設三段保護：長延時、短延時、瞬時過電流保護；母聯柜設瞬時過電流保護；饋電柜設長延時、短延時、瞬時過電流保護。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裝置進行線路保護，選用ACR系列監測儀表進行出線柜電量監測。具體設備清單見表2。

表2  低壓配電線路設備清單

5.3 諧波監測與治理

由于非線性負載的使用會產生諧波，會導致微機保護裝置誤動作，造成不必要的供電中斷；諧波還會使電氣測量儀表計量不準確，產生計量誤差，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置ARC系列無功補償器，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有源濾波器以并聯方式接入電網，通過實時監測負載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術，從變流器中產生一個和當前諧波分量和無功分量對應的反響分量并實時注入電力系統，實現諧波治理和無功補償。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，地防止電氣火災的發生，保證廣大觀眾和運動員的安全。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均安裝，探測控制器均并聯于二總線上，監控設備由一臺工業控制用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表4。

   管理軟件能實時動態地顯示各個監控點的工作情況，值班人員在控制中心通過觀察計算機屏幕就可以了解所有監控點的工作情況。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

系統產生的所有情況記錄，便于有關人員查詢和分析。

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、通風等動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，可進行時鐘、費率時段等參數設置，并具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機實現數據交換。電能集抄系統采用國網集抄形式，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），原設計高低壓柜進出線均為上進上出方式，電纜橋架敷設。但因SF6 絕緣緊湊型高壓開關柜柜型限制，只能下進下出，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審核及深化，2008年5月供電部門提出原設計高壓配電柜（SF6 絕緣緊湊型開關柜）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。經過與建筑及結構協商，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，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，進出線均為下進下出。目前此工程施工已經完成。

 6 結論

配電系統設計在減少不合理損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，變配電所布點多的特點，設置智能化配電控制系統，可以提高對配電系統運行的管理和監控，zui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。在系統設計時和對配電容量分配上!每臺變壓器對應的低壓母線段應平衡的布置長時耗負荷，如照明用電負荷等；間歇行負荷，如活動室用電負荷等；以及季節性用電負荷，如空調用電負荷等，而對不同類型的配電負荷均應設置獨立的饋電回路。通過實際運行時的合理調度控制，即可zui大限度的消峰填谷，達到節約電能，減少不合理損耗的目的。

7 參考文獻

[1]體育館的供配電系統設計.王學源.魅力中國.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 第3卷第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全國民用建筑工程設計技術措施/電氣.中國建筑標準設計研究院

作者簡介：

  徐霜，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，: