冬奧場館供電安全運行保障研究

楊志東，張 皓，許方晨，徐 航，盛 萌，劉宇途

（國網北京市電力公司，北京100041；2.東北電力大學，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域的特殊時期內的保證電能安全性和供電安全性的活動。較常用的保電內容有會議保電、慶典典禮保電、演出保電等。供電系統安全保護的特性，是指當該系統特定的保電時期完成后，隨著保電范圍迅速步入日常的供用電狀況，供電負荷對電能品質、電源安全性的要求也就會明顯下降。但近年來，隨著供電系統的迅速發展，它所面對的安全問題也越來越復雜，供電系統的突發事件往往給社會經濟發展和民眾財富以及人身安全都造成了巨大的影響危險[1-4]。

外國電力公司的經營一般采取開放型、商業化經營管理模式、電力公司的電網管理規模大和經營區域面積小，且用電戶數少，以及用戶對電力品質的要求較高等，促使其大量引入先進的設備和管理方法。同中國國內每年大量投放資本進行的發電廠、輸配電網絡建設不同，海外部分發達國家，尤其是歐美各國的電力系統通過逾百余年的漫長發展，已經完成了以向外部擴展為主的發展階段，并形成了能夠適應經濟發展要求的充足輸配電供給能力[5]。

國外投資電力行業的資金大多用于智慧電網研究發展等領域，通過滿足多元化的用電要求普及可再生能源，通過改善電力供應的可靠性和安全來增加電力公司在經濟上的收益。由于美國各地區與歐洲各國存在不同電力公司之間的競爭，導致各個電力公司的供電區域并沒有嚴格限制，因此用戶可借助自動化用電裝置，更便捷地從各個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絡，受工程環境、設備運維投入、氣象地質影響等各種因素限制，不可避免地會發生短時的供電中斷的現象。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載對用電持續性的需求。在用戶對不間斷的電力供應有特殊要求時，采用雙路電源供電系統，該系統需要兩臺電源相對獨立工作，在任一電源出現故障時，另一電源不會同時遭受損害，同時要求每個電源都能獨自承擔整個用電負荷。

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

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，在運行過程中不允許出現兩路電源同時向一負荷供電的情況[6]。

2 場館供電安全保障電氣設計研究

場館電氣設計應當按照國家現行的有關標準嚴格進行規劃，且必須符合國家體育部門頒發的各項體育競賽規則中對電氣設計的要求：在設計供電系統時，要依據簡單可靠、靈活方便的原則，做到減少電能損失、提高管理和維護效率，在滿足賽時和賽后的供配電需求的同時最大限度地降低建設成本。

在北京冬奧會的三個賽區中，延慶賽區和張家口賽區的場館大部分為戶外山地，給供電服務保障工作帶來了賽區地理氣象復雜、低溫負荷敏感、冬季保障經驗欠缺等諸多挑戰。為了提高供電的可靠性和安全性，不論是在指揮聯動、設備保障還是安全防護方面，電氣設計均應緊密結合冬奧場館山地特征和實際保電需求，研發應用各類具有抗低溫特性的新技術、新裝備，為圓滿完成冬奧會供電保障增添底氣[7]。

在山地媒體中心停車場，服務于低碳冬奧的整體移動式發充儲放示范充電站已經竣工投運，綜合實現了交直流配網、分布式能源發電、充電設備、儲能系統之間不同能源的互動融合和靈活調配，有效提高了賽區電力供應的可靠性。在賽區安檢處，國內首輛大容量氫能源發電車投入使用，經受住了為專用大巴車充電和提供綠色應急電源兩方面的實踐檢驗，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首次投入使用，平臺可放置發電機和UPS應急電源，為人員值守提供便利。在重要保障點位，被叫做“雪屋”的充氣式保障艙是供電保障人員的“家”，由光伏發電和柴油發電機搭配提供電能。為了對抗低溫，充氣式保障艙采用雙層充氣式設計，搭載儲能、監測、取暖等裝置，兩方面措施使得其能夠承受零下40攝氏度的嚴寒。

此外，各場館中廣泛應用嚴寒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、經濟高效、互聯互通的優勢搭建起了能源互聯網領先實踐陣地。傳統UPS受限于裝置內部電力電子等元器件對運行環境溫度的適應性，不能適應戶外低溫高寒的惡劣環境；為保障在嚴寒條件下的場館供電工作，嚴寒UPS應運而生。嚴寒UPS是一種含有儲能裝置電源保護設備，基于“整流逆變”原理進行設計，以逆變器為主要元件，能夠實現穩壓穩頻輸出，為部分對電源穩定性要求較高的設備提供不間斷的電源。當市電能夠正常輸入時，UPS發揮著交流式電穩壓器的作用，對市電進行穩壓處理后供應給負荷使用，還能給自身的機內電池充電；當市電供應發生中斷時，UPS能夠通過逆變器切換轉換的方法立即將電池的直流電能轉換為負荷可以使用的220 V交流電，并將電力供應給負荷使用，維持負荷的正常工作。為滿足冬奧會供電工作對裝備輕量化、機動化的保障需求。嚴寒UPS做到了專項結構設計，通過優化系統排布大幅降低設備體積和重量；為滿足供電保障工作靈活性的需求，嚴寒UPS添加了實時采集UPS設備電氣量及箱體內部環境信息量的功能，將數據上傳至后臺即可實現遠程監測及異常預警。嚴寒UPS可靈活適應冬奧會山地及平原地區各場館的不同應用環境，廣泛應用于戶外嚴寒地區重要活動的供電保障情境，突破了傳統UPS無法應用在戶外低溫情況的技術壁壘。為了應對場館嚴寒低溫的惡劣天氣條件，電纜分支箱箱體采用保溫型結構設計，底部裝設有加熱裝置，同時箱體的夾層裝設保溫材料，確保元器件在低溫環境下正常工作。箱體內部還能進行空氣循環，底部的加熱裝置啟動后，熱空氣向上擴散，實現箱內空氣的冷熱循環。

3 場館供電運行風險研究

風險管理是維護項目運行安全的重要手段，風險管理的主體是風險管理單位，主體不僅可以是個人、家庭和企業，也可以是政府、事業單位和社會團體，還可以是跨國集團和國際聯合組織等。由此可得出，場館風險管理即以場館為主體進行的風險管理。基于風險及場館的概念，本文將冬奧會場館運行風險定義為：在各場館運行過程中，由于各種突發的、非預期的特殊事件帶來的負面影響使得場館運行過程中的實際情況與預期結果相比存在著偏差或不利，從而產生使相關組織或人員蒙受損失的可能性。其中的損失包括經濟損失、場館形象和聲譽的損失以及對場館未來發展的不利影響。因此在研究冬奧會場館供電運行風險時，必須緊密結合場館運行的實際情況與特征，在分析場館運行與管理體制的基礎之上，對其日常運行管理內容進行分類[9]。

自然災害帶來的風險。冬奧會于冬季舉辦，而冬奧會的三個賽區都處于容易突發雪災的地區，雪災不僅會影響賽事的正常進行，對電網造成的損壞也尤為嚴重。雪災對電網的影響主要體現在兩個方面，一是雪災勢頭較猛、持續時間較長、影響范圍較廣，對整個賽區內的電網設施均有不同程度的損壞，極有可能導致場館中止供電；二是雪災后的電力設備恢復時間緊、任務重、難度大，北方的風雪天氣會使設備、物資運輸艱難，現場工作條件惡劣，搶修恢復場館供電極為困難。

國家電網對這種大面積、災難性的電網停電事故的應急處理能力尚存缺陷，主要原因有以下四點：一是對電網的投資不足。長期以來，由于政府對電網投資的關注度不足，電網之間的連接一直較為薄弱，導致了抗風險能力較差。據有關數據統計顯示，從2003年至2007年電網和電源累計投資情況看，我國電網與電源的投資比重約為33∶67，而世界主要發達國家的投資比重約為60∶40，反映出了我國仍處于電網規模擴張階段，電網投資嚴重滯后于電源投資。二是電力部門與氣象部門協調程度較弱。電網的設計對風雪天氣極為敏感，需要氣象部門提前預警以便提前加以應對。三是輸電線路網絡化未能形成規模。在受災地區的多個電源點之間僅架設了一條線路，無法滿足事故發生時及時切換的要求。四是電力設施大多使用架空線路進行供電。發達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。但中國的電力設施以架空線路為主，對風、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計、場館供電運行風險三方面進行了研究，并從不同角度提出了預防風險的建議，對于場館供電系統運行的安全保障工作的實施提供了具有一定的針對性和可實施性的經驗。