深圳灣體育中心自備發電機接入方案分析

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

2.1 10kV配電系統一次線路

根據相關規范的規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，母聯斷路器246、256斷開。其10kV配電系統主接線可簡化為圖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電設備接入。2009年1月業主方根據深圳消防局要求，提出原供配電系統需增設發電機，需要設計方據此提出具體方案。根據業主要求，設計組對發電機接入供配電系統的方案進行了研究，并決定設置自備應急電源（柴油發電機）。

3 柴油發電機接入方案

3.1 原有供配電系統概況

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/自動聯絡；低壓側設應急母線，為大運會賽時臨時發電機提供接口。具體見圖1。

3.2 發電機接入方案

3.2.1 發電機接入原則

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電機的方案無法解決柴油發電機排風排煙問題；另外由于現有可以設置柴油發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電機接入供配電系統。

其次，根據目前的設計資料，經統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，發電機接入方案總體設置原則如下：

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

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生火災的情況（需同消防部門溝通），發電機容量初步定為2×1250kW，總計2500kW。

3.2.2 發電機接入方案

據此，我們提出五種方案。其中方案一為常規低壓發電機接入方案，方案二～方案五為10kV發電機接入方案。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：設置發電機房，內設10kV自備發電機。由發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 應急發電機接入方案一

方案二：設置發電機房，內設10kV自備發電機、應急變壓器。由3#10kV市電引來一路電源至發電機房，與10kV發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 應急發電機接入方案二

方案三：設置發電機房，內設10kV自備發電機、應急變壓器。由10kV發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 應急發電機接入方案三

方案四：設置發電機房，內設10kV自備發電機。由10kV發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 應急發電機接入方案四

方案五：設置發電機房，內設10kV自備發電機。由10kV發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 發電機接入方案對比上述五種方案中，各方案優缺點對比如下。方案一為常規低壓發電機接入方案，其優點是：

1）民用建筑中最常用，技術成熟；

2）發電機制造商多，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 應急發電機接入方案五

缺點是：發電容量和供電距離受限制，排風排煙需仔細考慮。

方案二的優點包括：

1）自備發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，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，多了一個環節，可靠性較高。

缺點包括：

1）自備發電機和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。

方案三的優點包括：

1）自備發電機可兼顧賽時技術負荷的需求；

2）系統接線簡單，現有高壓配電系統無需調整；

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，發電機、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。

方案四的優點包括：

1）自備發電機可兼顧賽時技術負荷的需求；

2）不增加應急變壓器，投資節省。

缺點包括：

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

2）各分變電所取消應急母線，低壓系統需相應調整；

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

方案五的優點包括：

1）自備發電機可兼顧賽時技術負荷的需求；

2）系統簡潔，現有高壓配電系統調整幅度小于方案四。

缺點包括：

1）現有高壓配電系統仍需調整；

2）系統取消第三路市電，系統無將來擴容可能；

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范的相關要求，3路10kV市電亦可采用合環操作進一步提高供電可靠性（需與供電部門協商），如能與深圳消防部門溝通，不增加永久的自備發電機為宜。

其次，若確實需增加永久設置的自備發電機，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。其中方案一為常規低壓發電機接入方案，技術成熟，但本工程需要仔細考慮發電機排風排煙通道；方案二為10kV發電機接入，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電機組，發電機組分列運行，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。

自備發電機是最為常用也最容易獲得的應急電源。柴油發電機通常需接入整個體育建筑的供配電系統中，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]中國航空工業規劃設計研究等.工業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部.DL/T 596-2005電力設備預防性試驗規程[S].北京：中國電力出版社，2005.