大運賽事游泳館10kV失壓保供電應急方案

葉旭坤， 吳秀全

（廣東電網公司 東莞供電局，廣東東莞523009）

第26屆世界大運賽事游泳館作為一級賽事場館，必須按照保供電原則［1］要求，確保電網發生故障時一級負荷設備能夠正常供電。否則，若系統電網出現故障（如10kV進線失壓）或異常，將造成難以預料的后果，甚至導致失壓事故無法正常進行賽事，將直接影響到場館賽事的正常用電，造成不良的社會影響。

1 10～0.4kV運行方式

1.1 10kV運行方式

游泳館自動轉換開關電器10kV、0.4kV的ATSE（Automatic Transfer Switching Equipment，ATSE）接線圖（見圖1）。游泳館專用電房（＃1電房）、游泳場專用電房（＃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電房正常運行方式是10kV單母線運行，采用進線開關互投模式。進線開關柜的控制開關均設定在自動位置，當主供電源失壓，自動分開其進線開關，然后自動合上備供電源開關，動作時間為4s；當主供電源恢復電壓時，不分開備供電源開關；當備供電源失壓，自動合上主供電源開關，動作時間為4s。

1.2 0.4kV運行方式

＃1電房、＃2電房總容量均為2臺1 250kVA干式變壓器，正常運行方式是4臺變壓器單母分段分列運行。有需要時同一電房內變壓器可通過低壓母聯手動互供，且4臺變壓器低壓總開關均已解除失壓線圈。

＃1電房和＃2電房0.4kV正常運行方式如下：＃1電房Ⅰ段母線由＃1變1002開關供電，Ⅱ段母線由＃2變2001開關供電，應急母由市電1012開關主供，＃2電房應急段母線4078出線，4078開關出線通過1013開關備供；＃2電房Ⅰ段母線由＃3變3001開關供電，Ⅱ段母線由＃4變4001開關供電，應急母線由市電（指380VAC進線，下同）4032開關主供，場館720kW發電機備供。

賽事期間，1002、2001、1012、3001、4001、4032開關在合位；1001、1013、3023、4033、4078開關在分閘位置；1002、2001、1001、3001、4001、3023開關 KK控制開關設定在手動位置；1012、1013、4032、4033、4078開關KK控制開關設定在自動位置。

2 0.4kV一級負荷

2.1 ＃1電房0.4kV一級負荷

＃1電房Ⅱ段母線主供的一級負荷包括：游泳池插座及照明、貴賓休息廳、LED室內照明、比賽池應急照明、新聞發布中心、媒體工作區。應急段母線主供的一級負荷包括：轉播信息辦公室、評論員控制室、計時計分室、成績處理室、安保指揮中心、場館正副主任辦公室、貴賓室內女更衣室燈、插座、大屏幕LED、聲控室；60盞比賽照明燈由240kW開關不間斷電源（Uninterruptible Power System，UPS）發電車主供（正常由＃3變3025開關供電），由應急母1065開關備供，其ATSE裝置設定在手動位置。

2.2 ＃2電房0.4kV一級負荷

＃2電房Ⅰ母主供的一級負荷包括：電視轉播車、3025UPS車主供電源；應急母主供的一級負荷無；48盞比賽照明燈一路由75kW發電車主供，另一路由應急母線段4049開關備供，其ATSE裝置設定在手動位置。

3 0.4kV ATSE

ATSE簡稱為雙電源自動轉換開關或雙電源開關，是由一個或幾個轉換開關電器和其他必需的電器組成，用于監測電源電路（失壓、過壓、欠壓、斷相、頻率偏差等），并將一個或幾個負載電路從一個電源自動轉換到另一個電源的電器。

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

3.1 0.4kV ATSE類型

游泳館0.4kV一級負荷均配置有自投自復、自投不自復等類型ATSE，不同類型的ATSE有著不同的動作特性，須分別研究分析。

3.1.1 自投自復

自投自復有主、備兩路電源，當主電源正常供電時，主電源自動投入，備用電源備用。當主電源故障或失電時，備用電源投入；若主電源恢復正常，則自動切換到主電源供電。

3.1.2 自投不自復

自投不自復有主、備兩路電源，當主電源正常供電時，主電源自動投入，備用電源備用。當主電源故障或失電時，備用電源投入；若主電源恢復正常，將不再自動切換到主電源供電；只有當人為切換或備用電源故障或失電時，才能切換到主電源供電。

3.2 0.4kV ATSE配置

游泳館0.4kV一級負荷配置的ATSE如表1所示。

表1 游泳館0.4kV一級負荷配置的ATSE

4 0.4kV UPS

當市電輸入正常時，UPS將市電穩壓后供應給負載使用，此時的UPS就是一臺交流式電穩壓器，同時它還向儲能裝置如電池組充電；當市電中斷（事故停電）時，UPS立即將儲能裝置（如電池組或飛輪儲能系統）的電能，通過逆變轉換的方法向負載繼續供應交流電，使負載維持正常工作并保護負載軟、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定的直流母線電壓，同時兼充電器功能，并采用業界先進的溫度補償技術，可有效延長電池使用壽命；第二級變換（DC－AC）采用大功率絕緣柵雙極性晶體管（Insolated Gate Bipolar Transistor，IGBT）逆變器，控制上采用了先進的空間矢量脈寬調制（Spacevector Pulsewidth Modulation，SVPWM）技術，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

當市電輸入正常時，整流器和逆變器均正常工作，市電先經UPS整流器整流，再經逆變器逆變后為負載提供連續不中斷的交流電源，電池開關閉合且電池在直流母線電壓下處于穩定的浮充狀態。

當市電停電時，整流器停止工作，UPS自動轉電池模式運行，電池通過逆變器逆變給負載提供后備電源，電池逆變時間的長短取決于負載的大小及電池的容量，負載電源不會中斷。

當市電在允許的時間內恢復正常時，UPS自動切換回市電逆變供電模式，無需任何人工干預，整流器將自動啟動（此時其輸出功率逐漸增加），重新給負載供電并對電池進行充電；因此，負載的供電不會中斷。

若電池電壓下降到預先設定的放電終止電壓，而市電還未恢復正常，逆變器將自動停止工作，UPS的操作控制顯示面板將顯示相應告警信息，UPS將關機（如果主旁不同源且旁路正常，系統轉由旁路供電）。

當市電停電時間過長，電池放電至終止電壓導致逆變器關機后，如市電恢復，經設定的延時時間后，UPS會自動開機。

通過包含可控電子開關電路的“靜態開關”模塊的智能控制，使負載既可以由逆變器供電也可以由旁路電源來供電。

在正常情況下，負載由逆變器供電，此時逆變器側的靜態開關閉合；當出現過載（過載時間到）或逆變器故障時，“靜態開關”模塊自動將負載切換到旁路電源側。如出現逆變器故障，負載自動轉由旁路供電，輸出電源不會中斷。

在正常運行狀態下，要實現逆變器與旁路電源間無間斷切換，必須控制逆變器輸出與旁路電源完全同步。鑒于此，當旁路電源頻率在同步范圍內時，逆變器控制電路總是使逆變輸出頻率跟蹤旁路電源頻率。

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

UPS還設置了手動維修旁路開關，用于UPS因維護而需要關機的情況，由旁路電源通過手動維修旁路開關直接給重要負載供電。當負載由旁路或維修旁路供電時，供電不能得到相應的保證。

5 保供電應急措施

5.1 10kV F1失壓時自帶UPS的一級負荷供電

對圖1而言，10kV F1失壓時，公用配電房2＃開關跳開；＃1電房自動跳開1012開關；＃2電房自動跳開4032開關；自動起動720kW發電機G1。

自帶UPS的一級負荷，包括60路射燈電源、電視轉播信息辦公室、游泳池配電箱、計時計分配電箱、成績處理配電箱、安保指揮中心配電箱、新聞發布中心配電箱、媒體工作區配電箱等的ATSE主備電源市電均失壓，此時自動切換到一級負荷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電池過放電。UPS車市電失壓，60盞燈自動切換到UPS車電池逆變供電，保證供電，但需要考慮電池容量，防止UPS車電池過放電。

5.2 10kV F16備自投成功引起的競爭問題

10kV F16備自投動作時間為4s，720kW發電機G1完全帶負荷動作時間為6s。自10kV F1失壓起，到720kW發電機G1完全帶負荷前的這段時間，為10kV F16備自投成功一級負荷供電恢復的關鍵時間。

經過4s后，10kV F16備自投成功，則會自動合上公用配電房1＃開關，＃1電房、＃2電房市電恢復。＃1電房自動合上1012開關；＃2電房自動合上4032開關；720kW發電機G1自動恢復熱備用狀態。

此時，＃1電房Ⅱ母開關或＃2電房Ⅰ母開關則在公用配電房1＃開關自動合上后立即帶電，而＃1電房應急母開關須等待1012開關自動合上后才恢復有壓，兩者恢復有壓的時間存在時間差t1。

對于以＃1電房應急母開關作為主供電源，以＃1電房Ⅱ母開關或＃2電房Ⅰ母開關作為備供電源的一級負荷ATSE而言，由于其ATSE動作切換時間t2與t1可能存在配合問題，將引起1012開關合閘時間與ATSE切換動作時間的競爭，動作時序圖如圖3所示。

圖3 10kV F16備自投成功引起的時間競爭動作時序圖

針對ATSE切換動作先于主供電源電壓恢復的情況，即t2＜t1時，自投自復的一級負荷ATSE將在主供電源電壓恢復后自動切換到主供電源供電，這樣將造成一級負荷2次失壓。此時的應對措施是將一級負荷ATSE類型改為自投不自復或者將自投自復ATSE切換時間延長，使t2＞t1。表1中，序號為4、5、7、8、9、10、12、13、16的一級負荷ATSE類型均為自投不自復，序號為15的一級負荷ATSE類型仍為自投自復，但自投自復切換時間已經延長至2s，均能較好地解決競爭問題，保證供電。

6 結 語

綜上所述，第26屆世界大學生夏季運動會游泳館作為一級賽事場館，在10kV進線失壓的嚴重故障情況下，考慮保證一級負荷供電的方案，有著極其重要的意義。筆者針對游泳館一級負荷情況提出行之有效的保供電措施，保證供電，確保賽事正常進行。

［1］深圳第26屆世界大學生夏季運動會場館電力保障設計導則 ［S］.深圳：深圳第26屆世界大學生夏季運動會組委會.2011.

［2］尚鴻雁，沈 雁，陳小學.串并聯補償式UPS逆變技術及故障研究［J］.華中科技大學學報：自然科學版，2009，37（Suppl）：168－171.

［3］吳衛華.斷路器越級跳閘時ATSE選擇性轉換的實現［J］.智能建筑電氣技術，2011，5（6）：86－88.

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

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