大运赛事游泳馆10kV失压保供电应急方案

叶旭坤， 吴秀全

（广东电网公司 东莞供电局，广东东莞523009）

第26届世界大运赛事游泳馆作为一级赛事场馆，必须按照保供电原则［1］要求，确保电网发生故障时一级负荷设备能够正常供电。否则，若系统电网出现故障（如10kV进线失压）或异常，将造成难以预料的后果，甚至导致失压事故无法正常进行赛事，将直接影响到场馆赛事的正常用电，造成不良的社会影响。

1 10～0.4kV运行方式

1.1 10kV运行方式

游泳馆自动转换开关电器10kV、0.4kV的ATSE（Automatic Transfer Switching Equipment，ATSE）接线图（见图1）。游泳馆专用电房（＃1电房）、游泳场专用电房（＃2电房）由两座不同的110kV变电站的两条10kV线路双电源供电，主供电源为110kV创新站10kV F 1体育二线，备供电源为110kV宝安站10kV F 16体育一线。

图1 游泳馆10kV～0.4kV－ATS接线图

＃1电房和＃2电房正常运行方式是10kV单母线运行，采用进线开关互投模式。进线开关柜的控制开关均设定在自动位置，当主供电源失压，自动分开其进线开关，然后自动合上备供电源开关，动作时间为4s；当主供电源恢复电压时，不分开备供电源开关；当备供电源失压，自动合上主供电源开关，动作时间为4s。

1.2 0.4kV运行方式

＃1电房、＃2电房总容量均为2台1 250kVA干式变压器，正常运行方式是4台变压器单母分段分列运行。有需要时同一电房内变压器可通过低压母联手动互供，且4台变压器低压总开关均已解除失压线圈。

＃1电房和＃2电房0.4kV正常运行方式如下：＃1电房Ⅰ段母线由＃1变1002开关供电，Ⅱ段母线由＃2变2001开关供电，应急母由市电1012开关主供，＃2电房应急段母线4078出线，4078开关出线通过1013开关备供；＃2电房Ⅰ段母线由＃3变3001开关供电，Ⅱ段母线由＃4变4001开关供电，应急母线由市电（指380VAC进线，下同）4032开关主供，场馆720kW发电机备供。

赛事期间，1002、2001、1012、3001、4001、4032开关在合位；1001、1013、3023、4033、4078开关在分闸位置；1002、2001、1001、3001、4001、3023开关 KK控制开关设定在手动位置；1012、1013、4032、4033、4078开关KK控制开关设定在自动位置。

2 0.4kV一级负荷

2.1 ＃1电房0.4kV一级负荷

＃1电房Ⅱ段母线主供的一级负荷包括：游泳池插座及照明、贵宾休息厅、LED室内照明、比赛池应急照明、新闻发布中心、媒体工作区。应急段母线主供的一级负荷包括：转播信息办公室、评论员控制室、计时计分室、成绩处理室、安保指挥中心、场馆正副主任办公室、贵宾室内女更衣室灯、插座、大屏幕LED、声控室；60盏比赛照明灯由240kW开关不间断电源（Uninterruptible Power System，UPS）发电车主供（正常由＃3变3025开关供电），由应急母1065开关备供，其ATSE装置设定在手动位置。

2.2 ＃2电房0.4kV一级负荷

＃2电房Ⅰ母主供的一级负荷包括：电视转播车、3025UPS车主供电源；应急母主供的一级负荷无；48盏比赛照明灯一路由75kW发电车主供，另一路由应急母线段4049开关备供，其ATSE装置设定在手动位置。

3 0.4kV ATSE

ATSE简称为双电源自动转换开关或双电源开关，是由一个或几个转换开关电器和其他必需的电器组成，用于监测电源电路（失压、过压、欠压、断相、频率偏差等），并将一个或几个负载电路从一个电源自动转换到另一个电源的电器。

ATSE主要适用于低压供电系统（额定电压交流不超过1kV或直流不超过1.5kV）市电与发电的转换、两路市电的转换，在转换电源期间中断向负载供电。

3.1 0.4kV ATSE类型

游泳馆0.4kV一级负荷均配置有自投自复、自投不自复等类型ATSE，不同类型的ATSE有着不同的动作特性，须分别研究分析。

3.1.1 自投自复

自投自复有主、备两路电源，当主电源正常供电时，主电源自动投入，备用电源备用。当主电源故障或失电时，备用电源投入；若主电源恢复正常，则自动切换到主电源供电。

3.1.2 自投不自复

自投不自复有主、备两路电源，当主电源正常供电时，主电源自动投入，备用电源备用。当主电源故障或失电时，备用电源投入；若主电源恢复正常，将不再自动切换到主电源供电；只有当人为切换或备用电源故障或失电时，才能切换到主电源供电。

3.2 0.4kV ATSE配置

游泳馆0.4kV一级负荷配置的ATSE如表1所示。

表1 游泳馆0.4kV一级负荷配置的ATSE

4 0.4kV UPS

当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流式电稳压器，同时它还向储能装置如电池组充电；当市电中断（事故停电）时，UPS立即将储能装置（如电池组或飞轮储能系统）的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。

4.1 0.4kV UPS原理

UPS原理图如图2所示。UPS第一级变换（AC－DC）采用可控整流器（Semicondutor Controlled Recitifier，SCR）三相全控桥式整流器，把三相交流输入电压变换成稳定的直流母线电压，同时兼充电器功能，并采用业界先进的温度补偿技术，可有效延长电池使用寿命；第二级变换（DC－AC）采用大功率绝缘栅双极性晶体管（Insolated Gate Bipolar Transistor，IGBT）逆变器，控制上采用了先进的空间矢量脉宽调制（Spacevector Pulsewidth Modulation，SVPWM）技术，把直流母线电压逆变回交流电压。

图2 UPS原理图

4.2 0.4kV UPS工作方式

当市电输入正常时，整流器和逆变器均正常工作，市电先经UPS整流器整流，再经逆变器逆变后为负载提供连续不中断的交流电源，电池开关闭合且电池在直流母线电压下处于稳定的浮充状态。

当市电停电时，整流器停止工作，UPS自动转电池模式运行，电池通过逆变器逆变给负载提供后备电源，电池逆变时间的长短取决于负载的大小及电池的容量，负载电源不会中断。

当市电在允许的时间内恢复正常时，UPS自动切换回市电逆变供电模式，无需任何人工干预，整流器将自动启动（此时其输出功率逐渐增加），重新给负载供电并对电池进行充电；因此，负载的供电不会中断。

若电池电压下降到预先设定的放电终止电压，而市电还未恢复正常，逆变器将自动停止工作，UPS的操作控制显示面板将显示相应告警信息，UPS将关机（如果主旁不同源且旁路正常，系统转由旁路供电）。

当市电停电时间过长，电池放电至终止电压导致逆变器关机后，如市电恢复，经设定的延时时间后，UPS会自动开机。

通过包含可控电子开关电路的“静态开关”模块的智能控制，使负载既可以由逆变器供电也可以由旁路电源来供电。

在正常情况下，负载由逆变器供电，此时逆变器侧的静态开关闭合；当出现过载（过载时间到）或逆变器故障时，“静态开关”模块自动将负载切换到旁路电源侧。如出现逆变器故障，负载自动转由旁路供电，输出电源不会中断。

在正常运行状态下，要实现逆变器与旁路电源间无间断切换，必须控制逆变器输出与旁路电源完全同步。鉴于此，当旁路电源频率在同步范围内时，逆变器控制电路总是使逆变输出频率跟踪旁路电源频率。

负载由静态旁路市电电源供电的供电方式可以看作是负载在逆变器供电和维修旁路供电之间相互转换的一种中间供电方式，或异常工作状态的供电方式。

UPS还设置了手动维修旁路开关，用于UPS因维护而需要关机的情况，由旁路电源通过手动维修旁路开关直接给重要负载供电。当负载由旁路或维修旁路供电时，供电不能得到相应的保证。

5 保供电应急措施

5.1 10kV F1失压时自带UPS的一级负荷供电

对图1而言，10kV F1失压时，公用配电房2＃开关跳开；＃1电房自动跳开1012开关；＃2电房自动跳开4032开关；自动起动720kW发电机G1。

自带UPS的一级负荷，包括60路射灯电源、电视转播信息办公室、游泳池配电箱、计时计分配电箱、成绩处理配电箱、安保指挥中心配电箱、新闻发布中心配电箱、媒体工作区配电箱等的ATSE主备电源市电均失压，此时自动切换到一级负荷ATSE自带的UPS电池逆变供电，并保证正常供电，但需要考虑电池容量，防止UPS电池过放电。UPS车市电失压，60盏灯自动切换到UPS车电池逆变供电，保证供电，但需要考虑电池容量，防止UPS车电池过放电。

5.2 10kV F16备自投成功引起的竞争问题

10kV F16备自投动作时间为4s，720kW发电机G1完全带负荷动作时间为6s。自10kV F1失压起，到720kW发电机G1完全带负荷前的这段时间，为10kV F16备自投成功一级负荷供电恢复的关键时间。

经过4s后，10kV F16备自投成功，则会自动合上公用配电房1＃开关，＃1电房、＃2电房市电恢复。＃1电房自动合上1012开关；＃2电房自动合上4032开关；720kW发电机G1自动恢复热备用状态。

此时，＃1电房Ⅱ母开关或＃2电房Ⅰ母开关则在公用配电房1＃开关自动合上后立即带电，而＃1电房应急母开关须等待1012开关自动合上后才恢复有压，两者恢复有压的时间存在时间差t1。

对于以＃1电房应急母开关作为主供电源，以＃1电房Ⅱ母开关或＃2电房Ⅰ母开关作为备供电源的一级负荷ATSE而言，由于其ATSE动作切换时间t2与t1可能存在配合问题，将引起1012开关合闸时间与ATSE切换动作时间的竞争，动作时序图如图3所示。

图3 10kV F16备自投成功引起的时间竞争动作时序图

针对ATSE切换动作先于主供电源电压恢复的情况，即t2＜t1时，自投自复的一级负荷ATSE将在主供电源电压恢复后自动切换到主供电源供电，这样将造成一级负荷2次失压。此时的应对措施是将一级负荷ATSE类型改为自投不自复或者将自投自复ATSE切换时间延长，使t2＞t1。表1中，序号为4、5、7、8、9、10、12、13、16的一级负荷ATSE类型均为自投不自复，序号为15的一级负荷ATSE类型仍为自投自复，但自投自复切换时间已经延长至2s，均能较好地解决竞争问题，保证供电。

6 结 语

综上所述，第26届世界大学生夏季运动会游泳馆作为一级赛事场馆，在10kV进线失压的严重故障情况下，考虑保证一级负荷供电的方案，有着极其重要的意义。笔者针对游泳馆一级负荷情况提出行之有效的保供电措施，保证供电，确保赛事正常进行。

［1］深圳第26届世界大学生夏季运动会场馆电力保障设计导则 ［S］.深圳：深圳第26届世界大学生夏季运动会组委会.2011.

［2］尚鸿雁，沈 雁，陈小学.串并联补偿式UPS逆变技术及故障研究［J］.华中科技大学学报：自然科学版，2009，37（Suppl）：168－171.

［3］吴卫华.断路器越级跳闸时ATSE选择性转换的实现［J］.智能建筑电气技术，2011，5（6）：86－88.

［4］张洪陵.浅谈地铁低压配电自投自复功能的设置［J］.电气化铁道，2011（3）：42－45.

［5］曹庆权.PLC在低压配电系统中的应用［J］.电工技术，2010（5）：42－43，50.