大運(yùn)賽事游泳館10kV失壓保供電應(yīng)急方案

葉旭坤， 吳秀全

（廣東電網(wǎng)公司 東莞供電局，廣東東莞523009）

第26屆世界大運(yùn)賽事游泳館作為一級(jí)賽事場(chǎng)館，必須按照保供電原則［1］要求，確保電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)一級(jí)負(fù)荷設(shè)備能夠正常供電。否則，若系統(tǒng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障（如10kV進(jìn)線失壓）或異常，將造成難以預(yù)料的后果，甚至導(dǎo)致失壓事故無(wú)法正常進(jìn)行賽事，將直接影響到場(chǎng)館賽事的正常用電，造成不良的社會(huì)影響。

1 10～0.4kV運(yùn)行方式

1.1 10kV運(yùn)行方式

游泳館自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電器10kV、0.4kV的ATSE（Automatic Transfer Switching Equipment，ATSE）接線圖（見(jiàn)圖1）。游泳館專用電房（＃1電房）、游泳場(chǎng)專用電房（＃2電房）由兩座不同的110kV變電站的兩條10kV線路雙電源供電，主供電源為110kV創(chuàng)新站10kV F 1體育二線，備供電源為110kV寶安站10kV F 16體育一線。

圖1 游泳館10kV～0.4kV－ATS接線圖

＃1電房和＃2電房正常運(yùn)行方式是10kV單母線運(yùn)行，采用進(jìn)線開(kāi)關(guān)互投模式。進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜的控制開(kāi)關(guān)均設(shè)定在自動(dòng)位置，當(dāng)主供電源失壓，自動(dòng)分開(kāi)其進(jìn)線開(kāi)關(guān)，然后自動(dòng)合上備供電源開(kāi)關(guān)，動(dòng)作時(shí)間為4s；當(dāng)主供電源恢復(fù)電壓時(shí)，不分開(kāi)備供電源開(kāi)關(guān)；當(dāng)備供電源失壓，自動(dòng)合上主供電源開(kāi)關(guān)，動(dòng)作時(shí)間為4s。

1.2 0.4kV運(yùn)行方式

＃1電房、＃2電房總?cè)萘烤鶠?臺(tái)1 250kVA干式變壓器，正常運(yùn)行方式是4臺(tái)變壓器單母分段分列運(yùn)行。有需要時(shí)同一電房?jī)?nèi)變壓器可通過(guò)低壓母聯(lián)手動(dòng)互供，且4臺(tái)變壓器低壓總開(kāi)關(guān)均已解除失壓線圈。

＃1電房和＃2電房0.4kV正常運(yùn)行方式如下：＃1電房Ⅰ段母線由＃1變1002開(kāi)關(guān)供電，Ⅱ段母線由＃2變2001開(kāi)關(guān)供電，應(yīng)急母由市電1012開(kāi)關(guān)主供，＃2電房應(yīng)急段母線4078出線，4078開(kāi)關(guān)出線通過(guò)1013開(kāi)關(guān)備供；＃2電房Ⅰ段母線由＃3變3001開(kāi)關(guān)供電，Ⅱ段母線由＃4變4001開(kāi)關(guān)供電，應(yīng)急母線由市電（指380VAC進(jìn)線，下同）4032開(kāi)關(guān)主供，場(chǎng)館720kW發(fā)電機(jī)備供。

賽事期間，1002、2001、1012、3001、4001、4032開(kāi)關(guān)在合位；1001、1013、3023、4033、4078開(kāi)關(guān)在分閘位置；1002、2001、1001、3001、4001、3023開(kāi)關(guān) KK控制開(kāi)關(guān)設(shè)定在手動(dòng)位置；1012、1013、4032、4033、4078開(kāi)關(guān)KK控制開(kāi)關(guān)設(shè)定在自動(dòng)位置。

2 0.4kV一級(jí)負(fù)荷

2.1 ＃1電房0.4kV一級(jí)負(fù)荷

＃1電房Ⅱ段母線主供的一級(jí)負(fù)荷包括：游泳池插座及照明、貴賓休息廳、LED室內(nèi)照明、比賽池應(yīng)急照明、新聞發(fā)布中心、媒體工作區(qū)。應(yīng)急段母線主供的一級(jí)負(fù)荷包括：轉(zhuǎn)播信息辦公室、評(píng)論員控制室、計(jì)時(shí)計(jì)分室、成績(jī)處理室、安保指揮中心、場(chǎng)館正副主任辦公室、貴賓室內(nèi)女更衣室燈、插座、大屏幕LED、聲控室；60盞比賽照明燈由240kW開(kāi)關(guān)不間斷電源（Uninterruptible Power System，UPS）發(fā)電車主供（正常由＃3變3025開(kāi)關(guān)供電），由應(yīng)急母1065開(kāi)關(guān)備供，其ATSE裝置設(shè)定在手動(dòng)位置。

2.2 ＃2電房0.4kV一級(jí)負(fù)荷

＃2電房Ⅰ母主供的一級(jí)負(fù)荷包括：電視轉(zhuǎn)播車、3025UPS車主供電源；應(yīng)急母主供的一級(jí)負(fù)荷無(wú)；48盞比賽照明燈一路由75kW發(fā)電車主供，另一路由應(yīng)急母線段4049開(kāi)關(guān)備供，其ATSE裝置設(shè)定在手動(dòng)位置。

3 0.4kV ATSE

ATSE簡(jiǎn)稱為雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)或雙電源開(kāi)關(guān)，是由一個(gè)或幾個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電器和其他必需的電器組成，用于監(jiān)測(cè)電源電路（失壓、過(guò)壓、欠壓、斷相、頻率偏差等），并將一個(gè)或幾個(gè)負(fù)載電路從一個(gè)電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)電源的電器。

ATSE主要適用于低壓供電系統(tǒng)（額定電壓交流不超過(guò)1kV或直流不超過(guò)1.5kV）市電與發(fā)電的轉(zhuǎn)換、兩路市電的轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換電源期間中斷向負(fù)載供電。

3.1 0.4kV ATSE類型

游泳館0.4kV一級(jí)負(fù)荷均配置有自投自復(fù)、自投不自復(fù)等類型ATSE，不同類型的ATSE有著不同的動(dòng)作特性，須分別研究分析。

3.1.1 自投自復(fù)

自投自復(fù)有主、備兩路電源，當(dāng)主電源正常供電時(shí)，主電源自動(dòng)投入，備用電源備用。當(dāng)主電源故障或失電時(shí)，備用電源投入；若主電源恢復(fù)正常，則自動(dòng)切換到主電源供電。

3.1.2 自投不自復(fù)

自投不自復(fù)有主、備兩路電源，當(dāng)主電源正常供電時(shí)，主電源自動(dòng)投入，備用電源備用。當(dāng)主電源故障或失電時(shí)，備用電源投入；若主電源恢復(fù)正常，將不再自動(dòng)切換到主電源供電；只有當(dāng)人為切換或備用電源故障或失電時(shí)，才能切換到主電源供電。

3.2 0.4kV ATSE配置

游泳館0.4kV一級(jí)負(fù)荷配置的ATSE如表1所示。

表1 游泳館0.4kV一級(jí)負(fù)荷配置的ATSE

4 0.4kV UPS

當(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時(shí)的UPS就是一臺(tái)交流式電穩(wěn)壓器，同時(shí)它還向儲(chǔ)能裝置如電池組充電；當(dāng)市電中斷（事故停電）時(shí)，UPS立即將儲(chǔ)能裝置（如電池組或飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)）的電能，通過(guò)逆變轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)交流電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞。

4.1 0.4kV UPS原理

UPS原理圖如圖2所示。UPS第一級(jí)變換（AC－DC）采用可控整流器（Semicondutor Controlled Recitifier，SCR）三相全控橋式整流器，把三相交流輸入電壓變換成穩(wěn)定的直流母線電壓，同時(shí)兼充電器功能，并采用業(yè)界先進(jìn)的溫度補(bǔ)償技術(shù)，可有效延長(zhǎng)電池使用壽命；第二級(jí)變換（DC－AC）采用大功率絕緣柵雙極性晶體管（Insolated Gate Bipolar Transistor，IGBT）逆變器，控制上采用了先進(jìn)的空間矢量脈寬調(diào)制（Spacevector Pulsewidth Modulation，SVPWM）技術(shù)，把直流母線電壓逆變回交流電壓。

圖2 UPS原理圖

4.2 0.4kV UPS工作方式

當(dāng)市電輸入正常時(shí)，整流器和逆變器均正常工作，市電先經(jīng)UPS整流器整流，再經(jīng)逆變器逆變后為負(fù)載提供連續(xù)不中斷的交流電源，電池開(kāi)關(guān)閉合且電池在直流母線電壓下處于穩(wěn)定的浮充狀態(tài)。

當(dāng)市電停電時(shí)，整流器停止工作，UPS自動(dòng)轉(zhuǎn)電池模式運(yùn)行，電池通過(guò)逆變器逆變給負(fù)載提供后備電源，電池逆變時(shí)間的長(zhǎng)短取決于負(fù)載的大小及電池的容量，負(fù)載電源不會(huì)中斷。

當(dāng)市電在允許的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常時(shí)，UPS自動(dòng)切換回市電逆變供電模式，無(wú)需任何人工干預(yù)，整流器將自動(dòng)啟動(dòng)（此時(shí)其輸出功率逐漸增加），重新給負(fù)載供電并對(duì)電池進(jìn)行充電；因此，負(fù)載的供電不會(huì)中斷。

若電池電壓下降到預(yù)先設(shè)定的放電終止電壓，而市電還未恢復(fù)正常，逆變器將自動(dòng)停止工作，UPS的操作控制顯示面板將顯示相應(yīng)告警信息，UPS將關(guān)機(jī)（如果主旁不同源且旁路正常，系統(tǒng)轉(zhuǎn)由旁路供電）。

當(dāng)市電停電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，電池放電至終止電壓導(dǎo)致逆變器關(guān)機(jī)后，如市電恢復(fù)，經(jīng)設(shè)定的延時(shí)時(shí)間后，UPS會(huì)自動(dòng)開(kāi)機(jī)。

通過(guò)包含可控電子開(kāi)關(guān)電路的“靜態(tài)開(kāi)關(guān)”模塊的智能控制，使負(fù)載既可以由逆變器供電也可以由旁路電源來(lái)供電。

在正常情況下，負(fù)載由逆變器供電，此時(shí)逆變器側(cè)的靜態(tài)開(kāi)關(guān)閉合；當(dāng)出現(xiàn)過(guò)載（過(guò)載時(shí)間到）或逆變器故障時(shí)，“靜態(tài)開(kāi)關(guān)”模塊自動(dòng)將負(fù)載切換到旁路電源側(cè)。如出現(xiàn)逆變器故障，負(fù)載自動(dòng)轉(zhuǎn)由旁路供電，輸出電源不會(huì)中斷。

在正常運(yùn)行狀態(tài)下，要實(shí)現(xiàn)逆變器與旁路電源間無(wú)間斷切換，必須控制逆變器輸出與旁路電源完全同步。鑒于此，當(dāng)旁路電源頻率在同步范圍內(nèi)時(shí)，逆變器控制電路總是使逆變輸出頻率跟蹤旁路電源頻率。

負(fù)載由靜態(tài)旁路市電電源供電的供電方式可以看作是負(fù)載在逆變器供電和維修旁路供電之間相互轉(zhuǎn)換的一種中間供電方式，或異常工作狀態(tài)的供電方式。

UPS還設(shè)置了手動(dòng)維修旁路開(kāi)關(guān)，用于UPS因維護(hù)而需要關(guān)機(jī)的情況，由旁路電源通過(guò)手動(dòng)維修旁路開(kāi)關(guān)直接給重要負(fù)載供電。當(dāng)負(fù)載由旁路或維修旁路供電時(shí)，供電不能得到相應(yīng)的保證。

5 保供電應(yīng)急措施

5.1 10kV F1失壓時(shí)自帶UPS的一級(jí)負(fù)荷供電

對(duì)圖1而言，10kV F1失壓時(shí)，公用配電房2＃開(kāi)關(guān)跳開(kāi)；＃1電房自動(dòng)跳開(kāi)1012開(kāi)關(guān)；＃2電房自動(dòng)跳開(kāi)4032開(kāi)關(guān)；自動(dòng)起動(dòng)720kW發(fā)電機(jī)G1。

自帶UPS的一級(jí)負(fù)荷，包括60路射燈電源、電視轉(zhuǎn)播信息辦公室、游泳池配電箱、計(jì)時(shí)計(jì)分配電箱、成績(jī)處理配電箱、安保指揮中心配電箱、新聞發(fā)布中心配電箱、媒體工作區(qū)配電箱等的ATSE主備電源市電均失壓，此時(shí)自動(dòng)切換到一級(jí)負(fù)荷ATSE自帶的UPS電池逆變供電，并保證正常供電，但需要考慮電池容量，防止UPS電池過(guò)放電。UPS車市電失壓，60盞燈自動(dòng)切換到UPS車電池逆變供電，保證供電，但需要考慮電池容量，防止UPS車電池過(guò)放電。

5.2 10kV F16備自投成功引起的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題

10kV F16備自投動(dòng)作時(shí)間為4s，720kW發(fā)電機(jī)G1完全帶負(fù)荷動(dòng)作時(shí)間為6s。自10kV F1失壓起，到720kW發(fā)電機(jī)G1完全帶負(fù)荷前的這段時(shí)間，為10kV F16備自投成功一級(jí)負(fù)荷供電恢復(fù)的關(guān)鍵時(shí)間。

經(jīng)過(guò)4s后，10kV F16備自投成功，則會(huì)自動(dòng)合上公用配電房1＃開(kāi)關(guān)，＃1電房、＃2電房市電恢復(fù)。＃1電房自動(dòng)合上1012開(kāi)關(guān)；＃2電房自動(dòng)合上4032開(kāi)關(guān)；720kW發(fā)電機(jī)G1自動(dòng)恢復(fù)熱備用狀態(tài)。

此時(shí)，＃1電房Ⅱ母開(kāi)關(guān)或＃2電房Ⅰ母開(kāi)關(guān)則在公用配電房1＃開(kāi)關(guān)自動(dòng)合上后立即帶電，而＃1電房應(yīng)急母開(kāi)關(guān)須等待1012開(kāi)關(guān)自動(dòng)合上后才恢復(fù)有壓，兩者恢復(fù)有壓的時(shí)間存在時(shí)間差t1。

對(duì)于以＃1電房應(yīng)急母開(kāi)關(guān)作為主供電源，以＃1電房Ⅱ母開(kāi)關(guān)或＃2電房Ⅰ母開(kāi)關(guān)作為備供電源的一級(jí)負(fù)荷ATSE而言，由于其ATSE動(dòng)作切換時(shí)間t2與t1可能存在配合問(wèn)題，將引起1012開(kāi)關(guān)合閘時(shí)間與ATSE切換動(dòng)作時(shí)間的競(jìng)爭(zhēng)，動(dòng)作時(shí)序圖如圖3所示。

圖3 10kV F16備自投成功引起的時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)動(dòng)作時(shí)序圖

針對(duì)ATSE切換動(dòng)作先于主供電源電壓恢復(fù)的情況，即t2＜t1時(shí)，自投自復(fù)的一級(jí)負(fù)荷ATSE將在主供電源電壓恢復(fù)后自動(dòng)切換到主供電源供電，這樣將造成一級(jí)負(fù)荷2次失壓。此時(shí)的應(yīng)對(duì)措施是將一級(jí)負(fù)荷ATSE類型改為自投不自復(fù)或者將自投自復(fù)ATSE切換時(shí)間延長(zhǎng)，使t2＞t1。表1中，序號(hào)為4、5、7、8、9、10、12、13、16的一級(jí)負(fù)荷ATSE類型均為自投不自復(fù)，序號(hào)為15的一級(jí)負(fù)荷ATSE類型仍為自投自復(fù)，但自投自復(fù)切換時(shí)間已經(jīng)延長(zhǎng)至2s，均能較好地解決競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，保證供電。

6 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，第26屆世界大學(xué)生夏季運(yùn)動(dòng)會(huì)游泳館作為一級(jí)賽事場(chǎng)館，在10kV進(jìn)線失壓的嚴(yán)重故障情況下，考慮保證一級(jí)負(fù)荷供電的方案，有著極其重要的意義。筆者針對(duì)游泳館一級(jí)負(fù)荷情況提出行之有效的保供電措施，保證供電，確保賽事正常進(jìn)行。

［1］深圳第26屆世界大學(xué)生夏季運(yùn)動(dòng)會(huì)場(chǎng)館電力保障設(shè)計(jì)導(dǎo)則 ［S］.深圳：深圳第26屆世界大學(xué)生夏季運(yùn)動(dòng)會(huì)組委會(huì).2011.

［2］尚鴻雁，沈 雁，陳小學(xué).串并聯(lián)補(bǔ)償式UPS逆變技術(shù)及故障研究［J］.華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，37（Suppl）：168－171.

［3］吳衛(wèi)華.斷路器越級(jí)跳閘時(shí)ATSE選擇性轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)［J］.智能建筑電氣技術(shù)，2011，5（6）：86－88.

［4］張洪陵.淺談地鐵低壓配電自投自復(fù)功能的設(shè)置［J］.電氣化鐵道，2011（3）：42－45.

［5］曹慶權(quán).PLC在低壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.電工技術(shù)，2010（5）：42－43，50.