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、消防設備供電必須可靠；

    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、技術先進、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、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，必須裝設高壓隔離開關。在低壓斷路器的電源側及可能反饋電能的另一側，必須裝設低壓刀開關。在裝設高壓熔斷器-負荷開關的出線柜母線側，必須裝設高壓隔離開。變配電所高壓母線上及架空線路末端，必須裝設避雷器。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，必須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專用架空（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 100%的二級負荷。變配電所的非專用電源進線側，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

    根據暖通專業方案論證結果，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，即三個開關最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，65Ah。

    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