王偉，李欣竹

（1.中冶置業(yè)集團(tuán)有限公司，北京 100088；2.悉地（北京）國(guó)際建筑設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限公司，北京 100013；3.北京國(guó)家游泳中心有限責(zé)任公司，北京 100012）

1 引言

國(guó)家游泳中心（水立方）曾舉辦APEC 國(guó)事活動(dòng)，習(xí)近平總書(shū)記在晚宴現(xiàn)場(chǎng)向貴賓們介紹到“我們之所以選擇水立方來(lái)舉行這個(gè)晚宴，是因?yàn)樗谥袊?guó)文化中具有重要象征意義。亞太經(jīng)合組織各成員以太平洋之水結(jié)緣。 我們有責(zé)任使太平洋真正成為太平之洋、友誼之洋、合作之洋，見(jiàn)證亞太地區(qū)和平、發(fā)展、繁榮、進(jìn)步”。 作為2008 年北京奧運(yùn)會(huì)水上項(xiàng)目比賽場(chǎng)地，水立方經(jīng)過(guò)升級(jí)改造，成功地承擔(dān)了APEC、冬奧會(huì)等國(guó)事活動(dòng)任務(wù)。

本文簡(jiǎn)要介紹筆者所在團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)承擔(dān)的水立方APEC 國(guó)事活動(dòng)電氣改造設(shè)計(jì)和研究工作。

2 供配電系統(tǒng)改造

水立方APEC 國(guó)事活動(dòng)電氣改造遵循高可靠性、經(jīng)濟(jì)、靈活實(shí)用的原則。 隨著APEC 國(guó)事活動(dòng)日程的確定，相關(guān)單位提出用電負(fù)荷需求。 負(fù)荷需求已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家游泳中心現(xiàn)有配變電室裝機(jī)容量，同時(shí)備用回路也明顯不足。 業(yè)主和設(shè)計(jì)單位商定新設(shè)配變電室。 選址在地下1 層車(chē)道靠近原1 號(hào)主配變電室附近。

2.1 供電方案

根據(jù)《關(guān)于加強(qiáng)重要電力用戶(hù)供電電源及自備應(yīng)急電源配置監(jiān)督管理的意見(jiàn)》（原國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)2008 年43 號(hào)文）和GB/T 29328—2018《重要電力用戶(hù)供電電源及自備應(yīng)急電源配置技術(shù)規(guī)范》[1]， 水立方APEC 國(guó)事活動(dòng)期間按照重點(diǎn)客戶(hù)用電設(shè)計(jì)和實(shí)施。 根據(jù)有關(guān)部門(mén)要求，新增3 號(hào)配變電室2 臺(tái)成對(duì)變壓器，所有負(fù)荷全部設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)，同時(shí)所有低壓柜出線雙路互投至配電柜。

2.2 多電源系統(tǒng)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)多電源系統(tǒng)，市電備用。 供電電源配置適當(dāng)冗余，采用N+2 模式，故障時(shí)減機(jī)。 多電源系統(tǒng)通過(guò)并列運(yùn)行冗余供電， 一次故障時(shí)解列自動(dòng)退出運(yùn)行， 還可以保證基本負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)不間斷供電。 由于種種原因APEC 國(guó)事活動(dòng)實(shí)際執(zhí)行調(diào)整為市電主用，柴油發(fā)電機(jī)組備用。 多電源系統(tǒng)常用于供電可靠性要求高且活動(dòng)時(shí)間較短（數(shù)天或者月余）的場(chǎng)所，或當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)可靠性較低的地區(qū)。 國(guó)事活動(dòng)或者奧運(yùn)活動(dòng)持續(xù)時(shí)間短，柴油發(fā)電機(jī)組主用費(fèi)用可控，且可以通過(guò)租賃等形式節(jié)約投資。 我國(guó)的電力系統(tǒng)可靠性較高，且重要場(chǎng)館供電部門(mén)更是重點(diǎn)保障， 采用多電源系統(tǒng)只是為了更進(jìn)一步的提高可靠性[2]。 筆者曾參與某非洲杯足球場(chǎng)設(shè)計(jì)，非洲杯期間采用多電源系統(tǒng)，即4 臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行供電。

主接線形式可參考GB 50049—2011《小型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]，該規(guī)范第17.2.3 條規(guī)定：發(fā)電機(jī)電壓母線的接線方式應(yīng)根據(jù)發(fā)電廠的容量或負(fù)荷性質(zhì)確定， 第二款規(guī)定每段上的發(fā)電機(jī)容量為12 MW 以上時(shí)，可采用雙母線或者雙母線分段接線。 民用建筑的發(fā)電機(jī)容量一般較小，可采用單母線。 本工程每段發(fā)電機(jī)容量為2 MW，而且設(shè)計(jì)的主用柴油發(fā)電機(jī)組為租賃，設(shè)置在室外，空間有限，故確定為單母線。 供配電系統(tǒng)主接線如圖1 所示。

圖1 多電源系統(tǒng)圖示意

項(xiàng)目執(zhí)行當(dāng)時(shí)的現(xiàn)行規(guī)范。 多電源系統(tǒng)接地在GB/T 16895.1—2008/IEC60364-1：2005《低壓電氣裝置第1 部分：基本原則、一般特性評(píng)估和定義》[4]312.2.1.2 和GB/T 16895.10—2010/IEC60364-4-44：2007《低壓電氣裝置第4-44 部分：安全防護(hù)電壓騷擾和電磁騷擾防護(hù)》[5]和GB/T 50065—2011《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]第7.1.2 條均有規(guī)定。

2.3 供配電設(shè)計(jì)

分析用電負(fù)荷（見(jiàn)表1、表2），通過(guò)兼顧負(fù)荷等級(jí)和負(fù)載對(duì)供電時(shí)間要求確定供電方案。 通過(guò)分析負(fù)載對(duì)自動(dòng)恢復(fù)供電時(shí)間t1的要求決定是否設(shè)置UPS， 通過(guò)供電維持時(shí)間t2的要求決定是否設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)。 如領(lǐng)導(dǎo)人合影區(qū)燈光、握手區(qū)燈光和演出音響，考慮到設(shè)置金鹵燈的可能性和領(lǐng)導(dǎo)人講話的重要性， 要求自動(dòng)恢復(fù)供電時(shí)間t1≤0.005 s[7-8]，且考慮到國(guó)事活動(dòng)的時(shí)長(zhǎng)，設(shè)置UPS 見(jiàn)表2。 根據(jù)JGJ 354—2014《體育建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》[9]第6.3.3 條，金鹵燈的容量總和不超過(guò)UPS 總功率的50%。 同時(shí)本項(xiàng)目為既有建筑改造項(xiàng)目，尋找新增UPS 機(jī)房較為困難。

表1 APEC國(guó)事活動(dòng)負(fù)荷及供配電要求

UPS 機(jī)房的選擇需考慮以下因素：（1）接近配變電室位置，接近負(fù)荷中心，進(jìn)出線方便；（2）滿(mǎn)足荷載要求，盡量避免結(jié)構(gòu)加固；（3）運(yùn)行環(huán)境良好、不與有水場(chǎng)所相鄰；（4）避免機(jī)房噪音等對(duì)國(guó)事活動(dòng)影響。

400 kV·A 的UPS 均設(shè)置在最底層。電池柜等荷載大的設(shè)備排布在結(jié)構(gòu)梁上。 設(shè)計(jì)文件要求中標(biāo)廠家不得超過(guò)設(shè)計(jì)預(yù)留荷載條件。 本項(xiàng)目演出負(fù)荷全部由柴油發(fā)電機(jī)組帶載，UPS蓄電池滿(mǎn)載放電時(shí)間為15 min， 宴會(huì)區(qū)的燈光負(fù)荷受荷載所限，與業(yè)主及有關(guān)部門(mén)商定為10 min。

3 結(jié)語(yǔ)

改造設(shè)計(jì)能讓建筑煥然一新， 符合十八大以來(lái)的厲行節(jié)約的政策號(hào)召。 隨著城市更新，改造項(xiàng)目會(huì)越來(lái)越多。 改造相比新建更為復(fù)雜，如何在既有限制條件下最優(yōu)實(shí)現(xiàn)業(yè)主意圖，需要設(shè)計(jì)人員付出更多的努力。 多電源系統(tǒng)通過(guò)并列運(yùn)行實(shí)現(xiàn)不間斷供電，可靠性高，應(yīng)綜合項(xiàng)目實(shí)際考慮選用。 多電源的接地應(yīng)按照GB/T 16895 系列規(guī)范規(guī)定執(zhí)行。 選用UPS 應(yīng)考慮負(fù)載對(duì)自動(dòng)恢復(fù)供電時(shí)間的要求和負(fù)載的工作特性。 重要活動(dòng)時(shí)可適當(dāng)調(diào)大UPS 不平衡容忍度，設(shè)置過(guò)載保護(hù)、諧波保護(hù)等附加保護(hù)作用于信號(hào)而不作用于斷開(kāi)電源， 以增加供電系統(tǒng)的可靠性。但同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)供配電系統(tǒng)的控和巡查。