冬奧場館供電安全運(yùn)行保障研究

楊志東，張 皓，許方晨，徐 航，盛 萌，劉宇途

（國網(wǎng)北京市電力公司，北京100041；2.東北電力大學(xué)，吉林 吉林 122000）

1 場館供電安全保障管理研究

供電安全保障是指在某一特殊區(qū)域的特殊時(shí)期內(nèi)的保證電能安全性和供電安全性的活動(dòng)。較常用的保電內(nèi)容有會(huì)議保電、慶典典禮保電、演出保電等。供電系統(tǒng)安全保護(hù)的特性，是指當(dāng)該系統(tǒng)特定的保電時(shí)期完成后，隨著保電范圍迅速步入日常的供用電狀況，供電負(fù)荷對電能品質(zhì)、電源安全性的要求也就會(huì)明顯下降。但近年來，隨著供電系統(tǒng)的迅速發(fā)展，它所面對的安全問題也越來越復(fù)雜，供電系統(tǒng)的突發(fā)事件往往給社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和民眾財(cái)富以及人身安全都造成了巨大的影響危險(xiǎn)[1-4]。

外國電力公司的經(jīng)營一般采取開放型、商業(yè)化經(jīng)營管理模式、電力公司的電網(wǎng)管理規(guī)模大和經(jīng)營區(qū)域面積小，且用電戶數(shù)少，以及用戶對電力品質(zhì)的要求較高等，促使其大量引入先進(jìn)的設(shè)備和管理方法。同中國國內(nèi)每年大量投放資本進(jìn)行的發(fā)電廠、輸配電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不同，海外部分發(fā)達(dá)國家，尤其是歐美各國的電力系統(tǒng)通過逾百余年的漫長發(fā)展，已經(jīng)完成了以向外部擴(kuò)展為主的發(fā)展階段，并形成了能夠適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求的充足輸配電供給能力[5]。

國外投資電力行業(yè)的資金大多用于智慧電網(wǎng)研究發(fā)展等領(lǐng)域，通過滿足多元化的用電要求普及可再生能源，通過改善電力供應(yīng)的可靠性和安全來增加電力公司在經(jīng)濟(jì)上的收益。由于美國各地區(qū)與歐洲各國存在不同電力公司之間的競爭，導(dǎo)致各個(gè)電力公司的供電區(qū)域并沒有嚴(yán)格限制，因此用戶可借助自動(dòng)化用電裝置，更便捷地從各個(gè)電力公司中獲取電力，從而提高用戶的用電可靠性。

由于目前的中國輸配電網(wǎng)絡(luò)，受工程環(huán)境、設(shè)備運(yùn)維投入、氣象地質(zhì)影響等各種因素限制，不可避免地會(huì)發(fā)生短時(shí)的供電中斷的現(xiàn)象。雙路電源供電方法是目前最普遍使用的安全供電保障方法，可以解決很多重要負(fù)載對用電持續(xù)性的需求。在用戶對不間斷的電力供應(yīng)有特殊要求時(shí)，采用雙路電源供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)需要兩臺(tái)電源相對獨(dú)立工作，在任一電源出現(xiàn)故障時(shí)，另一電源不會(huì)同時(shí)遭受損害，同時(shí)要求每個(gè)電源都能獨(dú)自承擔(dān)整個(gè)用電負(fù)荷。

針對各類大中型場館的這種特殊重要負(fù)荷情況，在采用雙路電源供電方法之外，還要另外增加應(yīng)急電源，在正常供電電源全部失電時(shí)，應(yīng)急電源能夠及時(shí)保障電力供應(yīng)，并且當(dāng)正常供電電源修復(fù)后，可以采用人工、手動(dòng)的切換方法恢復(fù)至原工作方式。

上述兩種配電方法，都需要各斷路器間裝有安全的閉鎖裝置，在運(yùn)行過程中不允許出現(xiàn)兩路電源同時(shí)向一負(fù)荷供電的情況[6]。

2 場館供電安全保障電氣設(shè)計(jì)研究

場館電氣設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)按照國家現(xiàn)行的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格進(jìn)行規(guī)劃，且必須符合國家體育部門頒發(fā)的各項(xiàng)體育競賽規(guī)則中對電氣設(shè)計(jì)的要求：在設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)時(shí)，要依據(jù)簡單可靠、靈活方便的原則，做到減少電能損失、提高管理和維護(hù)效率，在滿足賽時(shí)和賽后的供配電需求的同時(shí)最大限度地降低建設(shè)成本。

在北京冬奧會(huì)的三個(gè)賽區(qū)中，延慶賽區(qū)和張家口賽區(qū)的場館大部分為戶外山地，給供電服務(wù)保障工作帶來了賽區(qū)地理氣象復(fù)雜、低溫負(fù)荷敏感、冬季保障經(jīng)驗(yàn)欠缺等諸多挑戰(zhàn)。為了提高供電的可靠性和安全性，不論是在指揮聯(lián)動(dòng)、設(shè)備保障還是安全防護(hù)方面，電氣設(shè)計(jì)均應(yīng)緊密結(jié)合冬奧場館山地特征和實(shí)際保電需求，研發(fā)應(yīng)用各類具有抗低溫特性的新技術(shù)、新裝備，為圓滿完成冬奧會(huì)供電保障增添底氣[7]。

在山地媒體中心停車場，服務(wù)于低碳冬奧的整體移動(dòng)式發(fā)充儲(chǔ)放示范充電站已經(jīng)竣工投運(yùn)，綜合實(shí)現(xiàn)了交直流配網(wǎng)、分布式能源發(fā)電、充電設(shè)備、儲(chǔ)能系統(tǒng)之間不同能源的互動(dòng)融合和靈活調(diào)配，有效提高了賽區(qū)電力供應(yīng)的可靠性。在賽區(qū)安檢處，國內(nèi)首輛大容量氫能源發(fā)電車投入使用，經(jīng)受住了為專用大巴車充電和提供綠色應(yīng)急電源兩方面的實(shí)踐檢驗(yàn)，為冬奧綠電畫卷增添了絢爛的色彩。在高山滑雪賽道旁，占地面積小、容易拆裝的室外綜合保障平臺(tái)首次投入使用，平臺(tái)可放置發(fā)電機(jī)和UPS應(yīng)急電源，為人員值守提供便利。在重要保障點(diǎn)位，被叫做“雪屋”的充氣式保障艙是供電保障人員的“家”，由光伏發(fā)電和柴油發(fā)電機(jī)搭配提供電能。為了對抗低溫，充氣式保障艙采用雙層充氣式設(shè)計(jì)，搭載儲(chǔ)能、監(jiān)測、取暖等裝置，兩方面措施使得其能夠承受零下40攝氏度的嚴(yán)寒。

此外，各場館中廣泛應(yīng)用嚴(yán)寒UPS、智能快接低壓電纜分支箱、低壓終端配電箱、智慧路燈等新裝備，以清潔低碳、經(jīng)濟(jì)高效、互聯(lián)互通的優(yōu)勢搭建起了能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)先實(shí)踐陣地。傳統(tǒng)UPS受限于裝置內(nèi)部電力電子等元器件對運(yùn)行環(huán)境溫度的適應(yīng)性，不能適應(yīng)戶外低溫高寒的惡劣環(huán)境；為保障在嚴(yán)寒條件下的場館供電工作，嚴(yán)寒UPS應(yīng)運(yùn)而生。嚴(yán)寒UPS是一種含有儲(chǔ)能裝置電源保護(hù)設(shè)備，基于“整流逆變”原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，以逆變器為主要元件，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)壓穩(wěn)頻輸出，為部分對電源穩(wěn)定性要求較高的設(shè)備提供不間斷的電源。當(dāng)市電能夠正常輸入時(shí)，UPS發(fā)揮著交流式電穩(wěn)壓器的作用，對市電進(jìn)行穩(wěn)壓處理后供應(yīng)給負(fù)荷使用，還能給自身的機(jī)內(nèi)電池充電；當(dāng)市電供應(yīng)發(fā)生中斷時(shí)，UPS能夠通過逆變器切換轉(zhuǎn)換的方法立即將電池的直流電能轉(zhuǎn)換為負(fù)荷可以使用的220 V交流電，并將電力供應(yīng)給負(fù)荷使用，維持負(fù)荷的正常工作。為滿足冬奧會(huì)供電工作對裝備輕量化、機(jī)動(dòng)化的保障需求。嚴(yán)寒UPS做到了專項(xiàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過優(yōu)化系統(tǒng)排布大幅降低設(shè)備體積和重量；為滿足供電保障工作靈活性的需求，嚴(yán)寒UPS添加了實(shí)時(shí)采集UPS設(shè)備電氣量及箱體內(nèi)部環(huán)境信息量的功能，將數(shù)據(jù)上傳至后臺(tái)即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測及異常預(yù)警。嚴(yán)寒UPS可靈活適應(yīng)冬奧會(huì)山地及平原地區(qū)各場館的不同應(yīng)用環(huán)境，廣泛應(yīng)用于戶外嚴(yán)寒地區(qū)重要活動(dòng)的供電保障情境，突破了傳統(tǒng)UPS無法應(yīng)用在戶外低溫情況的技術(shù)壁壘。為了應(yīng)對場館嚴(yán)寒低溫的惡劣天氣條件，電纜分支箱箱體采用保溫型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，底部裝設(shè)有加熱裝置，同時(shí)箱體的夾層裝設(shè)保溫材料，確保元器件在低溫環(huán)境下正常工作。箱體內(nèi)部還能進(jìn)行空氣循環(huán)，底部的加熱裝置啟動(dòng)后，熱空氣向上擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)箱內(nèi)空氣的冷熱循環(huán)。

3 場館供電運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)研究

風(fēng)險(xiǎn)管理是維護(hù)項(xiàng)目運(yùn)行安全的重要手段，風(fēng)險(xiǎn)管理的主體是風(fēng)險(xiǎn)管理單位，主體不僅可以是個(gè)人、家庭和企業(yè)，也可以是政府、事業(yè)單位和社會(huì)團(tuán)體，還可以是跨國集團(tuán)和國際聯(lián)合組織等。由此可得出，場館風(fēng)險(xiǎn)管理即以場館為主體進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)管理?；陲L(fēng)險(xiǎn)及場館的概念，本文將冬奧會(huì)場館運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)定義為：在各場館運(yùn)行過程中，由于各種突發(fā)的、非預(yù)期的特殊事件帶來的負(fù)面影響使得場館運(yùn)行過程中的實(shí)際情況與預(yù)期結(jié)果相比存在著偏差或不利，從而產(chǎn)生使相關(guān)組織或人員蒙受損失的可能性。其中的損失包括經(jīng)濟(jì)損失、場館形象和聲譽(yù)的損失以及對場館未來發(fā)展的不利影響。因此在研究冬奧會(huì)場館供電運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，必須緊密結(jié)合場館運(yùn)行的實(shí)際情況與特征，在分析場館運(yùn)行與管理體制的基礎(chǔ)之上，對其日常運(yùn)行管理內(nèi)容進(jìn)行分類[9]。

自然災(zāi)害帶來的風(fēng)險(xiǎn)。冬奧會(huì)于冬季舉辦，而冬奧會(huì)的三個(gè)賽區(qū)都處于容易突發(fā)雪災(zāi)的地區(qū)，雪災(zāi)不僅會(huì)影響賽事的正常進(jìn)行，對電網(wǎng)造成的損壞也尤為嚴(yán)重。雪災(zāi)對電網(wǎng)的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是雪災(zāi)勢頭較猛、持續(xù)時(shí)間較長、影響范圍較廣，對整個(gè)賽區(qū)內(nèi)的電網(wǎng)設(shè)施均有不同程度的損壞，極有可能導(dǎo)致場館中止供電；二是雪災(zāi)后的電力設(shè)備恢復(fù)時(shí)間緊、任務(wù)重、難度大，北方的風(fēng)雪天氣會(huì)使設(shè)備、物資運(yùn)輸艱難，現(xiàn)場工作條件惡劣，搶修恢復(fù)場館供電極為困難。

國家電網(wǎng)對這種大面積、災(zāi)難性的電網(wǎng)停電事故的應(yīng)急處理能力尚存缺陷，主要原因有以下四點(diǎn)：一是對電網(wǎng)的投資不足。長期以來，由于政府對電網(wǎng)投資的關(guān)注度不足，電網(wǎng)之間的連接一直較為薄弱，導(dǎo)致了抗風(fēng)險(xiǎn)能力較差。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，從2003年至2007年電網(wǎng)和電源累計(jì)投資情況看，我國電網(wǎng)與電源的投資比重約為33∶67，而世界主要發(fā)達(dá)國家的投資比重約為60∶40，反映出了我國仍處于電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)張階段，電網(wǎng)投資嚴(yán)重滯后于電源投資。二是電力部門與氣象部門協(xié)調(diào)程度較弱。電網(wǎng)的設(shè)計(jì)對風(fēng)雪天氣極為敏感，需要?dú)庀蟛块T提前預(yù)警以便提前加以應(yīng)對。三是輸電線路網(wǎng)絡(luò)化未能形成規(guī)模。在受災(zāi)地區(qū)的多個(gè)電源點(diǎn)之間僅架設(shè)了一條線路，無法滿足事故發(fā)生時(shí)及時(shí)切換的要求。四是電力設(shè)施大多使用架空線路進(jìn)行供電。發(fā)達(dá)國家的城市配電一般使用地下電纜，不僅能避免架空線路對城市環(huán)境的影響，還可以提高供電可靠性，保證供電安全。但中國的電力設(shè)施以架空線路為主，對風(fēng)、雨、雪等惡劣天氣的抵擋能力較差，容易造成大面積停電事故。

4 結(jié)語

本文分別對場館供電安全保障管理、場館供電安全保障電氣設(shè)計(jì)、場館供電運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)三方面進(jìn)行了研究，并從不同角度提出了預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)的建議，對于場館供電系統(tǒng)運(yùn)行的安全保障工作的實(shí)施提供了具有一定的針對性和可實(shí)施性的經(jīng)驗(yàn)。