濟(jì)南奧體中心主場館供電可靠性分析

黃 偉 ，范憲銘 ，李向奎 ，李 寧

（1.華北電力大學(xué)，北京 102206；2.濟(jì)南供電公司，山東 濟(jì)南 250012）

0 引言

濟(jì)南奧體中心位于濟(jì)南東部新城區(qū)，占地面積81 hm2，總建筑面積約35萬m2。其中體育場60 000座席，建筑面積14.7萬m2；體育館10 000座席，建筑面積5.9萬m2；游泳館4 000座席，建筑面積4.7萬m2；網(wǎng)球館4 000座席，建筑面積3.1萬m2。結(jié)合地形地勢，在西場區(qū)布置體育場，東場區(qū)布置體育館、游泳館、網(wǎng)球館。東區(qū)的場館布局，以圓形的體育館為中心，游泳館、網(wǎng)球館以對稱的體型環(huán)抱體育館，從而與西場區(qū)的體育場實現(xiàn)了空間及體量上的雙軸對稱。西區(qū)的體育場，以濟(jì)南的“市樹”—柳樹為母題，東區(qū)的體育館，以濟(jì)南的“市花”—荷花為母題，形成了“東荷西柳”的建筑景觀。

濟(jì)南供電公司作為全運會電力保障主體，為確保電力保障萬無一失，先后投資建設(shè)五項配套輸變電工程，形成由三座220 kV變電站提供電源支撐，兩座110 kV變電站向奧體中心片區(qū)供電的供電網(wǎng)絡(luò)。在開幕式獨立電源系統(tǒng)建設(shè)中，根據(jù)組委會供電要求及負(fù)荷分布情況，新增容量18 800 kVA，新增變壓器12臺，電纜分支箱、低壓配電箱、低壓終端箱共計62臺。

結(jié)合奧體中心體育場開幕式期間供電需求，從輸電網(wǎng)、供電系統(tǒng)、配電網(wǎng)以及獨立供電系統(tǒng)、后備電源供電方式進(jìn)行整體供電可靠性分析，從重要體育賽事主場館滿足“N-1”的安全供電要求角度，對奧體中心體育場全運會開幕式期間供電可靠性進(jìn)行綜合分析研究。

1 奧體中心體育場開幕式負(fù)荷分類及可靠性要求

奧體中心體育場在開幕式期間，主要用電負(fù)荷為演出前觀眾入場負(fù)荷、演出負(fù)荷及演出結(jié)束后觀眾退場負(fù)荷三部分，其中觀眾入場、退場電力供應(yīng)使用體育場原有供電系統(tǒng)，主要包括場地?zé)艄?、消防系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、安保系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等。在中央電視臺開幕式演出團(tuán)隊提出的《第十一屆全國運動會（開幕式）電力說明及要求》中，對開幕式演出各類負(fù)荷及容量進(jìn)行了具體說明，演出負(fù)荷主要包括燈光、視頻、舞美、威亞、音響共五類負(fù)荷，總負(fù)荷容量約為11 600 KW，為避免體育場原有供電系統(tǒng)故障影響演出效果，以及各類負(fù)荷之間形成干擾，需采用獨立變壓器雙電源供電。

在全運會電力保障過程中，濟(jì)南供電公司從諸多方案中統(tǒng)籌考慮成本及供電可靠性因素，采用了獨立供電系統(tǒng)為開幕式演出提供用電負(fù)荷、移動發(fā)電車提供備用負(fù)荷的供電方式。

第十一屆全運會組委會電力保障完全參照2008年北京奧運會電力保障要求執(zhí)行。組委會對運行和場地管理、技術(shù)、廣播、新聞發(fā)布、觀眾服務(wù)、接待、典禮儀式的用電量、電能質(zhì)量及供電可靠性均有明確的要求?，F(xiàn)場供電的電能質(zhì)量應(yīng)100%滿足要求，須100%保證最重要用戶的供電可靠性，同時在合理成本下，充分保證其他電力用戶的電能質(zhì)量；在電網(wǎng)供電可靠性方面要求從容量、系統(tǒng)安全角度充分保證全運會開幕式的供電可靠性。

2 奧體中心體育場全電壓等級供電可靠性分析

全運會開幕式供電電網(wǎng)可靠性采用全電壓等級供電可靠性分析原則，即全運場館供電可靠性不僅由10 kV、400 V配電網(wǎng)可靠性決定，而是需要由各電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)配合、各電壓等級運行方式變化相互影響、共同應(yīng)對才能達(dá)到供電可靠性要求。全電壓等級供電可靠性分析原則以奧體中心體育場演出負(fù)荷為核心，各級電壓等級電網(wǎng)運行方式變化均不會對演出造成不可逆轉(zhuǎn)性影響。在全運會開幕式獨立供電系統(tǒng)設(shè)計、建設(shè)中，除保證10 kV終端變壓器實現(xiàn)獨立雙電源供電以外，其第三備用方式采用移動式發(fā)電車供電，保證了在電網(wǎng)多重故障情況下也不會對開幕式演出造成影響。

2.1 110 kV及以上電網(wǎng)供電可靠性分析

在正常運行方式下，全運會開幕式供電網(wǎng)絡(luò)中3座220 kV變電站位于濟(jì)南220～500 kV雙回路環(huán)網(wǎng)框架內(nèi)。兩座110 kV變電站由以上3座220 kV變電站的3路出線提供電源支撐。各相關(guān)變電站的主變壓器、線路均無過載的情況。

在主變壓器、相關(guān)220 kV、110 kV線路因異常出現(xiàn)“N-1”情況下，全運會開幕式供電網(wǎng)不損失負(fù)荷，各正常運行的主變、線路無過載情況。

在220 kV及110 kV變電站因故全停的情況下，所帶的110 kV或10 kV開幕式用電負(fù)荷能夠通過運行方式的變化，在短時間內(nèi)恢復(fù)正常供電，承擔(dān)轉(zhuǎn)移負(fù)荷的220 kV、110 kV變電站主變的負(fù)載率在允許范圍內(nèi)，不會出現(xiàn)過載情況。

在110 kV變電站的各分段母線之間，均設(shè)置備自投裝置，在某段母線供電電源失電情況下可以實現(xiàn)自動切換。

2.2 10 kV電網(wǎng)供電可靠性分析

正常運行方式下，全運會開幕式供電的10 kV線路來自110 kV兩座變電站的4段不同母線，分別向奧體中心體育場中心開關(guān)站四段不同10 kV母線供電。所有相關(guān)線路無過載情況。

在因線路異常發(fā)生“N-1”運行情況下，體育場中心開關(guān)站備自投裝置動作，母聯(lián)開關(guān)閉合，保證10 kV變壓器受電電源不間斷供應(yīng)。承擔(dān)轉(zhuǎn)移負(fù)荷的110 KV主變壓器、10 kV母線、10 kV線路及中心開關(guān)站10 kV母線不會出現(xiàn)過載現(xiàn)象。

在10kV線路、設(shè)備雙重故障情況下，通過10kV變壓器出線備投，僅會使演出現(xiàn)場1/8～1/4負(fù)荷供電中斷，在體育場演出負(fù)荷分散交叉接線運行方式下，均勻分布的1/4負(fù)荷不會對演出效果造成任何影響。

在10 kV配電網(wǎng)多重故障乃至配電網(wǎng)癱瘓情況下，通過對移動發(fā)電車接口斷路器進(jìn)行倒閘操作，現(xiàn)場演出負(fù)荷由14部移動發(fā)電車持續(xù)供電，移動發(fā)電車油料可支撐持續(xù)供電4 h以上，足以確保演出繼續(xù)進(jìn)行。

向奧體中心體育場供電的4回10 kV線路均為專用線路，線路上未連接任何其他用戶及設(shè)備，避免了公用線路上其他用戶設(shè)備異常干擾場館正常用電的情況，提高了供電可靠性。

2.3 400 V電網(wǎng)供電可靠性分析

2009年全運會開幕式電力保障，供電部門與演出創(chuàng)作團(tuán)隊的責(zé)任分界點位于400 V低壓電源箱出線壓接處，因此同2008年北京奧運會電力保障相比，全運會開幕式電力保障范圍更大，除10 kV及以上電網(wǎng)及設(shè)備外，還要包括400 V低壓線路及部分低壓設(shè)備。

正常運行方式下，每兩臺10 kV變壓器構(gòu)成一個箱變組，提供一個10 kV供電電源點。每個箱變組的兩段低壓母線之間設(shè)有備投及母聯(lián)斷路器，在變壓器及前段失電情況下可以實現(xiàn)自動投切。在負(fù)荷轉(zhuǎn)移情況下，任何一臺變壓器不會出現(xiàn)過載現(xiàn)象。400 V母線另設(shè)聯(lián)絡(luò)斷路器，上端與移動發(fā)電車出線相連，發(fā)電車斷路器僅允許手動操作。

全運會開幕式燈光類負(fù)荷約為7 700 kW，由均勻分布于體育場各區(qū)域的34個低壓電源箱的66個回路提供，燈光類負(fù)荷低壓電源箱為單電源供電；視頻、音響、威亞、舞美類負(fù)荷約為3 900 kW，由按需求分布于體育場各區(qū)域的23個帶有ATS自動切換開關(guān)的低壓電源箱提供，此類負(fù)荷的ATS開關(guān)可以實現(xiàn)瞬時自動切換。

在低壓線路發(fā)生異常“N-1”情況下，燈光類負(fù)荷均勻熄滅相應(yīng)負(fù)荷，亮度均勻減弱。根據(jù)場地?zé)艄饬炼仍O(shè)計規(guī)范，在燈光均勻熄滅0～1/4范圍內(nèi)，不會對場地演出、比賽造成任何影響，也不會影響電視轉(zhuǎn)播效果。音響、視頻、威亞、舞美類負(fù)荷通過ATS開關(guān)動作，實現(xiàn)自動切換后正常運行。

在音響、視頻控制系統(tǒng)以及視頻發(fā)射控制、威亞同步控制、舞美效果控制系統(tǒng)中，任何設(shè)備投切均會對演出效果控制造成影響，在全運會開幕式演出期間采用了接入UPS不間斷電源的方式，確?？刂葡到y(tǒng)不會因為電力供應(yīng)產(chǎn)生任何形式的影響。

3 主配網(wǎng)一體化供電可靠性分析方法的研究與應(yīng)用

為實現(xiàn)濟(jì)南奧體中心全運會主場館全電壓等級供電可靠性分析，本文使用了主配網(wǎng)一體化供電可靠性分析方法，把與該場館有關(guān)的高壓輸電網(wǎng)、高壓配電網(wǎng)、低壓配電網(wǎng)及鏈接設(shè)備按接線關(guān)系繪制在一張電網(wǎng)接線圖上，根據(jù)電網(wǎng)可能出現(xiàn)的異常情況逐一對供電可靠性進(jìn)行分析，通過后備措施的完善確保全運會開幕式電力保障的萬無一失。

重要用戶供電可靠性主要體現(xiàn)在受電用戶的安全與否、以及主電網(wǎng)運行的可靠性上，但是由于主電網(wǎng)與受電用戶不會直接相連接，雙回或多回供電電源的分析往往局限于高壓配電電壓等級。主配網(wǎng)一體化供電可靠性分析方法建立了主、配網(wǎng)及對應(yīng)設(shè)備的連線關(guān)系，將開幕式主場館這一特別重要用戶電源與各級電網(wǎng)的主接線和系統(tǒng)接線組織在一起，清晰直觀的反映各電壓等級的開幕式供電電網(wǎng)情況，通過從電網(wǎng)到供電線路、再到主場館，多電壓等級全方位地對2009年全運會開幕式供電可靠性進(jìn)行分析，分析準(zhǔn)確性高，分析全面。

4 結(jié)語

全運會場館，特別是開幕式場館這類特別重要用戶對電網(wǎng)的供電可靠性要求很高，采用主配網(wǎng)一體化供電可靠性分析方法，對供電可靠性的統(tǒng)籌分析，從而有針對性的提出改進(jìn)建議及措施，為全運會開幕式的可靠供電提供了決策依據(jù)和技術(shù)保障。另外，電力保障是一項系統(tǒng)工程，定值大小、動作時間、運行方式等需要通過不斷的運行、測試進(jìn)行調(diào)整、完善，同時需要供用電雙方通力協(xié)作、相互協(xié)調(diào)。第十一屆全運會開幕式供電方式研究及其供電可靠性分析，為各類重大活動、賽事的供電保障工作提供了參考和借鑒。