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造成較大的政治、經(jīng)濟(jì)影響；

    2）、場內(nèi)人員密集，安防、消防設(shè)備供電必須可靠；

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

    依據(jù)《2009全國民用建筑工程電氣設(shè)計(jì)技術(shù)措施/電氣》要求，體育場館電氣設(shè)計(jì)應(yīng)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、整天美觀、維護(hù)管理方便；電氣設(shè)計(jì)應(yīng)對電池、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)選擇符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，并應(yīng)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(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)，必須裝設(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)，必須裝設(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)，必須裝設(shè)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(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，必須與其負(fù)荷等級相適應(yīng)。對一級負(fù)荷，應(yīng)有兩個(gè)電源供電。對二級負(fù)荷，應(yīng)有兩回路或者一回專用架空（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 100%的二級負(fù)荷。變配電所的非專用電源進(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)目簡介

    本項(xiàng)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(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)場地的東北角，是整個(gè)奧林匹克體育中心的主要動力中心，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

    由于奧體中心在全運(yùn)會其間的重要性，其空調(diào)及熱水等動力負(fù)荷按二級負(fù)荷考慮，因此本能源中心電力負(fù)荷為二級，二級負(fù)荷容量3559.5kW,其中4 臺冷水機(jī)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(jié)果，采用水蓄冷能源方式，其中冷水機(jī)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(jī)組的供電電流將達(dá)到1000A以上,對開關(guān)、電纜、啟動保護(hù)等設(shè)備的選擇將是具有挑戰(zhàn)性的,經(jīng)過簡單經(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)動作,無壓掉閘,分段開關(guān)自動/手動投入運(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)動作,無壓跳閘,母聯(lián)開關(guān)自動/手動投入；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)最多只能有兩個(gè)開關(guān)同時(shí)處于合閘位置。操作及信號電源為直流110V，65Ah。

    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發(fā)出報(bào)警信號，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)測控裝置，高壓冷水機(jī)控制柜選用AM5-M電動機(jī)保護(hù)測控裝置。

    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。單臺大容量設(shè)備放射式供電，其他為樹干分支式。

    單臺裝機(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，單臺裝機(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)備的配電及啟動裝置在設(shè)備臨近處。

    變壓器負(fù)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(nèi)工作在110%~130% 負(fù)載率，負(fù)擔(dān)所有低壓二級負(fù)荷。

    低壓供配電系統(tǒng)見圖3。

圖3 低壓配電系統(tǒng)