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趙娜

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(jù)《體育建筑設計規(guī)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(jīng)濟影響；

2）、場內(nèi)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(zhuǎn)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(jù)《2009全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(jīng)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(huán)境保護相關標準的要求，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家技術標準的產(chǎn)品，并應采用成熟、有效的節(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。對級負荷，應有兩個電源供電。對二級負荷，應有兩回路或者回架空（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(huán)網(wǎng)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(wǎng)球中心、中心商業(yè)區(qū)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(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(guī)能源中心變配電系統(tǒng)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*其間的重要性，其空調(diào)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(jù)暖通專業(yè)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(zhàn)性的,經(jīng)過簡單經(jīng)濟技術比較，冷水機組決定采用高壓10kV 供電。

 5 供配電系統(tǒng)設計

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，同時工作。正常運行時,兩路電源分列運行，各承擔50%的負荷；當路電源發(fā)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，另路電源可承擔全部負荷。變配電室內(nèi)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(tǒng)

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(lián)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、兩段序定時限保護、無壓跳閘保護，當路電源發(fā)生故障時,線路保護動作,無壓跳閘,母聯(lián)開關自動/手動投入；母聯(lián)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(lián)開關采取防并聯(lián)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(nèi)設溫、濕度傳感器，溫度或濕度過高均會發(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(shù)就地補償，每臺高壓冷水機組控制柜內(nèi)裝設并聯(lián)補償電容器，使補償后的功率因數(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(lián)柜選用AM5-B母聯(lián)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(tǒng)

低壓配電系統(tǒng)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(huán)泵、冷凍水次泵采用軟啟動，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%，對于任變壓器組，其中的1 臺變壓器故障時，另臺變壓器可在定時間內(nèi)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(tǒng)見圖3。

 圖3  低壓配電系統(tǒng)

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(lián)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(jiān)測儀表進行出線柜電量監(jiān)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(jiān)測與治理

由于非線性負載的使用會產(chǎn)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(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系列無功補償器，在配電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(xiàn)柜上設置ACR330系列諧波監(jiān)測儀表，用于監(jiān)測2-31次諧波。

ANAPF有源濾波器以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過實時監(jiān)測負載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術，從變流器中產(chǎn)生個和當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(tǒng)，實現(xiàn)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(tǒng)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(jiān)測

由于體育館內(nèi)人員密集，安防、消防設備供電必須可靠，有效地防止電氣火災的發(fā)生，保證廣大觀眾和運動員的安全。Acrel-6000電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)由漏電（包括電流）探頭、探測控制器和監(jiān)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(jiān)控的電路分支點均安裝，探測控制器均并聯(lián)于二總線上，監(jiān)控設備由臺工業(yè)控制用PC機及外圍設備組成。監(jiān)控系統(tǒng)如圖5，采用Acrel-6000/Q琴臺式監(jiān)控設備，消防火災監(jiān)控系統(tǒng)中所有設備清單見表4。

   管理軟件能實時動態(tài)地顯示各個監(jiān)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(jiān)控點的工作情況。監(jiān)控設備具有龐大的數(shù)據(jù)庫，能夠存儲配電

圖5  漏電火災監(jiān)測系統(tǒng)

系統(tǒng)產(chǎn)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(jiān)控系統(tǒng)設備清單

5.5 電能計量

本奧體中心內(nèi)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(shù)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(xiàn)數(shù)據(jù)交換。電能集抄系統(tǒng)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?shù)毓╇姴块T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)過與建筑及結構專業(yè)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，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。目此工程施工已經(jīng)完成。

 6 結論

配電系統(tǒng)設計在減少不合理損耗的提下還必須遵循以下原則：

1）、體育館配電系統(tǒng)設計，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(tǒng)，可以提高對配電系統(tǒng)運行的有效管理和監(jiān)控，zui大限度的減少電能逸損，提高配電系統(tǒng)的運行效率。

2）、現(xiàn)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(tǒng)設計應充分挖掘變壓器的這種潛力。在系統(tǒng)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(jié)性用電負荷，如空調(diào)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(diào)度控制，即可zui大限度的消峰填谷，達到節(jié)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(tǒng)設計.王學源.魅力中.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(tǒng)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措施/電氣.中建筑標準設計研究院

作者簡介：

 趙娜，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(tǒng)設計，:2880157858