深圳灣體育中心自備發(fā)電機接入方案分析

容 浩/ 汪 猛/ 趙亦寧

1.中南建筑設計院股份有限公司，湖北 武漢 430071； 2.北京市建筑設計研究院，北京 100045

1 概況

深圳灣體育中心包括體育場、體育館、游泳館、運動員接待中心及熱身館等用房。其一場兩館作為第26屆世界大學生夏季運動會分會場，承擔了足球預賽、乒乓球決賽、游泳訓練等比賽與訓練功能，隨著工程進展，其體育場還承擔大運會開幕式表演的功能。

體育場作為足球預賽場，可容納觀眾2萬人（固定席）；體育館為乒乓球決賽場，可容納觀眾1.3萬人（其中固定席1.0萬席）；游泳館為游泳訓練池，可容納觀眾 2000人（其中固定席650席）；其總建筑面積約為25.6萬m2。

2 供配電系統(tǒng)

2.1 10kV配電系統(tǒng)一次線路

根據相關規(guī)范的規(guī)定和本工程的使用性質，本工程共設置7個10kV變配電室，其中1#變配電室為10kV總配電室，2#～7#變配電室為分變配電室。變配電室設置情況詳見表1。

表1 變配電室配置

10kV配電網暫定為小電阻接地方式，具體由深圳供電部門確定。上級電源采用三路10kV電源，電纜引入1#變配電室。公用電房與1#變配電室貼臨設置。

10kV接線形式為單母線分段，三路電源，兩用一備。正常運行時，1#電源（201）斷路器帶4#母線負荷，2#電源（202）斷路器帶5#母線負荷，3#電源（203）斷路器為備用電源，母聯(lián)斷路器246、256斷開。其10kV配電系統(tǒng)主接線可簡化為圖1，圖中低壓部分僅畫出兩臺變壓器，其余未畫出。

2.2 自備應急電源

在項目設計之初，設計組參照北京奧運會的運行經驗，并考慮到本項目僅作為大運會分賽場，擬不設自備發(fā)電設備，但在各場館變配電室設置了應急母線，供賽時設置的移動發(fā)電設備接入。2009年1月業(yè)主方根據深圳消防局要求，提出原供配電系統(tǒng)需增設發(fā)電機，需要設計方據此提出具體方案。根據業(yè)主要求，設計組對發(fā)電機接入供配電系統(tǒng)的方案進行了研究，并決定設置自備應急電源（柴油發(fā)電機）。

3 柴油發(fā)電機接入方案

3.1 原有供配電系統(tǒng)概況

原設計方案為10kV接線形式采用單母線分段，三路電源，兩用一備，母線手動/自動聯(lián)絡；低壓每兩臺變壓器一組，單母線分段運行，母線手動/自動聯(lián)絡；低壓側設應急母線，為大運會賽時臨時發(fā)電機提供接口。具體見圖1。

3.2 發(fā)電機接入方案

3.2.1 發(fā)電機接入原則

首先，由于建筑整體方案中場館上方均有罩棚，因此在場館各分變電所分別設置低壓發(fā)電機的方案無法解決柴油發(fā)電機排風排煙問題；另外由于現有可以設置柴油發(fā)電機房的位置在體育場的東北角，距負荷中心距離較遠，因此考慮集中設置高壓柴油發(fā)電機接入供配電系統(tǒng)。

其次，根據目前的設計資料，經統(tǒng)計本工程消防負荷總容量約為3300kW，其中比賽館（5#變配電室）消防負荷約為1800kW；本工程賽時技術負荷約為1900kW（包括比賽場、比賽館的賽場燈光、擴聲、各技術機房等）。

經綜合考慮，發(fā)電機接入方案總體設置原則如下：

1）如發(fā)電機設置在場館外，距離負荷中心較遠，則應采用10kV高壓發(fā)電機接入系統(tǒng)；

2）不考慮消防負荷和賽時技術負荷同時使用情況，不考慮比賽館和其它場館同時發(fā)生火災的情況（需同消防部門溝通），發(fā)電機容量初步定為2×1250kW，總計2500kW。

3.2.2 發(fā)電機接入方案

據此，我們提出五種方案。其中方案一為常規(guī)低壓發(fā)電機接入方案，方案二～方案五為10kV發(fā)電機接入方案。同時為方便描述，下述方案均只按一個變電所、兩臺變壓器一組進行分析，具體如下。

方案一：設置發(fā)電機房，內設10kV自備發(fā)電機。由發(fā)電機房分別引干線至各分變電所應急母線段。具體見圖2。

圖2 應急發(fā)電機接入方案一

方案二：設置發(fā)電機房，內設10kV自備發(fā)電機、應急變壓器。由3#10kV市電引來一路電源至發(fā)電機房，與10kV發(fā)電機輸出電源切換后輸出至應急變壓器，應急變壓器低壓側饋出電纜引至各分變電所應急母線段。具體見圖3。

圖3 應急發(fā)電機接入方案二

方案三：設置發(fā)電機房，內設10kV自備發(fā)電機、應急變壓器。由10kV發(fā)電機輸出至應急變壓器，應急變壓器低壓側饋出電纜引至各分變電所應急母線段。具體見圖4。

圖4 應急發(fā)電機接入方案三

方案四：設置發(fā)電機房，內設10kV自備發(fā)電機。由10kV發(fā)電機引出電源至高壓總配電室，與3#10kV電源切換后輸出至10kV母線，作為1#10kV、2#10kV市電的備用電源。具體見圖5。

圖5 應急發(fā)電機接入方案四

方案五：設置發(fā)電機房，內設10kV自備發(fā)電機。由10kV發(fā)電機引出電源至高壓總配電室，作為1#10kV、2#10kV市電的備用電源，僅保證消防負荷或賽時技術負荷。具體見圖6。

3.2.3 發(fā)電機接入方案對比上述五種方案中，各方案優(yōu)缺點對比如下。方案一為常規(guī)低壓發(fā)電機接入方案，其優(yōu)點是：

1）民用建筑中最常用，技術成熟；

2）發(fā)電機制造商多，產品易于選擇；

3）自備電源直接接入低壓應急母線，可靠性最高。

圖6 應急發(fā)電機接入方案五

缺點是：發(fā)電容量和供電距離受限制，排風排煙需仔細考慮。

方案二的優(yōu)點包括：

1）自備發(fā)電機可兼顧賽時技術負荷的需求；

2）應急變壓器始終處于熱備份狀態(tài)，可隨時投入；

3）自備電源通過應急變壓器接入低壓應急母線，多了一個環(huán)節(jié)，可靠性較高。

缺點包括：

1）自備發(fā)電機和3#10kV市電需要設置一級切換，導致備用電源投入時間增加；

2）增加了應急變壓器的一次投資和平時空載損耗。

方案三的優(yōu)點包括：

1）自備發(fā)電機可兼顧賽時技術負荷的需求；

2）系統(tǒng)接線簡單，現有高壓配電系統(tǒng)無需調整；

3）應急變壓器無平時空載損耗。

缺點包括：

1）應急變壓器處于冷備份狀態(tài)，發(fā)電機、變壓器需要定期開機運轉測試；

2）增加了應急變壓器的一次投資。

方案四的優(yōu)點包括：

1）自備發(fā)電機可兼顧賽時技術負荷的需求；

2）不增加應急變壓器，投資節(jié)省。

缺點包括：

1）現有高壓配電系統(tǒng)需調整，應急發(fā)電機接入10kV市電母線的方案需和供電部門協(xié)商；

2）各分變電所取消應急母線，低壓系統(tǒng)需相應調整；

3）一旦6#母線故障，無論備用市政電源還是自備發(fā)電機均無法投入，可靠性下降。

方案五的優(yōu)點包括：

1）自備發(fā)電機可兼顧賽時技術負荷的需求；

2）系統(tǒng)簡潔，現有高壓配電系統(tǒng)調整幅度小于方案四。

缺點包括：

1）現有高壓配電系統(tǒng)仍需調整；

2）系統(tǒng)取消第三路市電，系統(tǒng)無將來擴容可能；

3）受自備電源容量所限，當一路市政電源失電時，供電質量受到影響；

4）各分變電所取消應急母線，低壓系統(tǒng)需相應調整。

3.3 實施方案

設計組認為，現3路10kV市電方案已能滿足消防規(guī)范的相關要求，3路10kV市電亦可采用合環(huán)操作進一步提高供電可靠性（需與供電部門協(xié)商），如能與深圳消防部門溝通，不增加永久的自備發(fā)電機為宜。

其次，若確實需增加永久設置的自備發(fā)電機，經設計組綜合考慮，認為方案一、方案二能較好的滿足使用要求。其中方案一為常規(guī)低壓發(fā)電機接入方案，技術成熟，但本工程需要仔細考慮發(fā)電機排風排煙通道；方案二為10kV發(fā)電機接入，供電半徑大，不受場館上方罩棚限制，且應急變壓器為熱備份，也是較好的實施方案。

通過與建筑師的配合，將柴油發(fā)電機房的排風排煙采用排風井道引至場館罩棚外，最終采用了方案一。即在體育場的西南側設置了兩臺1600kW遠置水箱散熱的柴油發(fā)電機組，發(fā)電機組分列運行，分別接入3#～6#變配電室低壓應急母線。

4 小結

對于承擔重要國際比賽的大型體育場館，確保其供電可靠性和提高防災應急自救能力十分重要，設置自備應急電源就成為一項常見的措施。

自備發(fā)電機是最為常用也最容易獲得的應急電源。柴油發(fā)電機通常需接入整個體育建筑的供配電系統(tǒng)中，以有效應對火災時、重要比賽時以及平時的各種不同使用需求。

自備發(fā)電機的設置應結合土建，考慮如下因素：供電范圍、輸出電壓等級、應急母線設置、應急電源的冷備用和熱備用、排風排煙以及散熱方式等。

[1]中國航空工業(yè)規(guī)劃設計研究等.工業(yè)與民用配電設計手冊（3版）[M].北京：中國電力出版社，2005.

[2]中華人民共和國電力工業(yè)部.DL/T 596-2005電力設備預防性試驗規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2005.