北京奧運場館供配電系統的可靠性分析

為了保證奧運會的順利進行，奧運場的輸電系統是安全的。那么,北京2008奧運場館采取了哪些措施來保證供配電系統的安全呢?本刊記者就此采訪了中建國際設計顧問有限公司(以下簡稱中建國際公司,CCDI)電氣副總工程師李興林先生和董青女士。為了保證奧運場館供配電的可靠性,在奧運場館中采用了市電、永久電源與臨時電源、UPS/EPS等多種電源和供配電監控系統、繼電保護及自動裝置等許多產品和系統作為應對措施。李興林介紹說:“市電電源主要是根據場館的級別和規模、賽事的等級來確定的,運行方式則由供電部門和設計院商定。大型體育賽事、大型活動最怕出現供電系統故障,因此,主要是要保證供電的可靠性。奧運場館采用了多路電源供電,如水立方采用2路電源,奧體中心采用8路電源。”電源系統故障是根體育照明的供電可靠性是體育場館電氣設計的關鍵,在國家游泳中心50%體育照明由獨立運行的柴油發電機供電,另50%體育照明由市電加快速切換EPS供電。根據歷次國際比賽的經驗,國際奧組委要求50%的體育照明用獨立柴油發電機供電。李興林說,把永久供電系統和臨時供電系統很好地結合起來,將來不用大拆大改。臨時供電系統可臨時租用,不用投資,減少了第一次投資。我國電網110kV以上都是并聯運行的,電源系統的故障出在什么地方及何時發生都是不可預測的,甚至有些繼電保護故障也可能造成整個系統的癱瘓:由于系統電源之間具有“相關性”,所以在歷屆奧運會往往采用獨立運行的柴油發電機作為應急電源。獨立運行的柴油發電機與市電是不連網、獨立運行的,即使市電全部故障時仍能保證50%體育照明的供電可靠性。由于體育照明用金鹵燈具,一旦電源中斷熄滅后要1530min后才能再次點亮,而發電機起動時間和市電電源轉換時間均會造成金鹵燈具熄滅,因此場館中一般采用快速切換EPS或在線式EPS/UPS為其供電,而快速切換EPS比在線EPS充電能量小,在線EPS要一直運行,充電容量大一些,電力損耗較大。李興林說:“我們對采用快速切換EPS非常慎重,這是我國的一個新產品,國際上沒有,目前實驗的結果不錯。從節能、環保來看,我國應把快速切換EPS完善起來,進行市場推廣,這對于體育照明,包括用金鹵燈的場合都有好處。”中建國際公司(CCDI)設計了6個場館,其中水立方的影響最大。董青說,水立方供電設計比較好的地方有:一是供電方案中采用了臨時柴油發電機。二是備用電源自投裝置時間整定實現上下級配合。電源系統出故障時,值班人員精神非常緊張,如果不靠自動裝置很容易誤操作,用自動裝置對保證供電可靠性是有幫助的。這次“08辦”組織的奧運場館電力保障審查組也特別提到了這方面要求,但此前這部分還沒細化,談到這方面的書也很少。配電監控系統發達國家很早就采用了供配電監控系統,我國近幾年才開始推廣,現在幾乎所有的奧運場館都用到了供配電監控系統。供配電監控系統跟傳統的人工管理系統比有很多優點。通過變電系統、供配電監控系統能夠迅速的查到許多運行數據和歷史數據記錄,對系統的維護管理很有效。奧運場館對供配電計算機監控系統的產品應用是一個比較大的推進。中建國際設計公司設計的6個場館中全部采用了供配電監控系統,如ABBi-bus系統等,變電所的管理非常有效,提高了供電可靠性。從實驗開始分析ipv6水立方采用了LED建筑景觀照明,在世界上沒有哪個國家用LED照明做到這么大的規模。董青說,LED走向應用時間較短,國家標準和國際標準不很全,僅有的標準主要是在生產標準、產品標準上的,在工程標準上是空白,所以應用起來非常難。水立方技術上最難的就是LED照明;另外水立方建筑較特殊,由內外兩層氣枕構成,氣枕中間是鋼結構,這種特殊條件增加了設計的難度。董青說:“在選擇照明、布燈方式和確定容量等一系列問題時,都從實驗開始著手。2005年上半年開始實驗,但只是限于室內的小型實驗,不是真正的應用,那時課題沒有確定。2005年年底課題確定后,進行了幾輪方案的匯報。2006年8月開始到2007年初,至少做了十幾次現場實驗。這個工程沒有可供參考的現例,設計都是基于實驗,所有數據都從實驗中來。”LED工程難度很高,由此國家確定了兩個研究課題,既北京市課題——LED在國家游泳中心建筑物景觀照明的應用研究,另外一個是2006年10月列入國家863計劃重大項目——國家游泳中心半導體照明規模化系統集成技術研究。國家科技部列了7個子題,北京市課題列了6個子題。李興林說:“國內外有關產品的標準不全,在工程標準上基本是空白,因此,所有的數據都從實驗開始。現在實際效果令領導和大家滿意,基本達到了預期低效果,但是與我們理想的要求也還有距離”。董青說:“我們在燈具設計上提出過比較先進的非對稱配光要求,但在工程上沒有實現,假如景觀照明做了很理想的配光曲線,對以后產品的發展非常有好處。另外我們還提出了用IPv6對等網絡照明燈光控制系統。IPv6做出來了,但對等網絡沒有實現。在燈光方面用IPv6是根據系統的實際情況提出來的,我們也提出對等網絡,但對燈網絡工程從技術角度來講沒有實現,如果實現的話,在技術上推進的成果會更高一層。水立方IPv6控制系統容量非常大,幾十萬像素,每一個模組是一個控制點,還有一個2000m2的點陣。到目前為止,世界上IPv6在這么大的工程上的應用還沒有,中國和日本在世界上推廣IPv6比較快一點。IPv6用到燈光控制系統中,也是奧運工程推進的結果。”奧運場館供電與供電技術的發展中建國際公司是2008年奧運場館做得最早的公司之一,2003年開始,完成水立方后,又接到奧組委能源部的任務,根據雅典奧運會電力保障的資料,編制奧運場館的供配電原則。董青說:“我們結合國內規范,翻譯了厚厚的英文資料,編制了奧運場館的供配電原則提交給奧組委。供配電原則吸取了近幾屆奧運會電力保障的經驗,因是2005年12月份編制的,那時好多場館已完成設計進入施工階段,后來并沒有全面實施,只是貫徹到了奧運的電力保障系統中。供配電原則在后續的奧運場館里都得到具體的實施,大部分都延續了前幾屆奧運會成功的電力保障經驗,電力保障專家對后續奧運場館的供電系統的設計比較滿意。還有就是大量臨時發電機的應用,從以往的設計原則和經驗來說,臨時發電機很少設計。應用臨時發電機省錢,再就是不占用場館的永久資源,這在奧運場館設計里是比較大的進步。中建國際公司設計的幾個奧運場館都應用了臨時發電機,在國內以后的大型活動中臨時發電機可推薦應用。”通過奧運工程,我國以后在大型工程中應該注意哪些問題。李興林說,從政府角度來講,第一供電是較難解決的問題,供電系統是較大的系統,不是地方政府直屬,供電局是一個管理上相對很獨立的單位,由國家電網系統管,它的技術和行政管理體系屬于中央直屬企業,具有壟斷性質,技術上有很多獨特性,地方政府不能包辦代替。所以各地場館建設在涉及到供電方案問題時,必須與供電部門充分協商,這是非常關鍵的,否則可能會出現一些麻煩,政府在籌辦班子時一定要吸收供電部門懂供電和電氣設計技術的人員參與研究,提供供電方案。供電方案滯后肯定會帶來損失,至少要改幾遍圖,延長工期。企業發展戰略的改變中建國際公司設計的6個場館供配電系統主要產品大多是ABB、西門子、施耐德和GE等的產品,也有少部分是國產產品。總的來說,國內外產品技術水平差別較大,這是我國電氣行業需要跨越和解決的一個普遍問題。我國有的產品技術性能已很不錯,但宣傳力度不夠,沒有推廣普及應用。我國怎樣盡快在技術方面突破并轉化成產品,這是電工行業面臨的一個艱巨的問題。李興林呼吁我國電氣企業要盡快縮小技術差距,趕緊跟上國際潮流。他說,我國電工行業已合資引進20多年了,到目前為止,跟國際上的差距還沒有明顯縮小,對電工行業來講這是一個亟需解決的問題。我國汽車行業合資引進比電工行業晚,這幾年已看到明顯的效果,有自己的品牌,合資企業具有研發能力。而電工行業合資以后企業沒有開發能力,還得買外資企業的專利,沒有發展的余地。現在我國電工行業到處都是ABB、西門子和施耐德等國外品牌的產品。像日立真空斷路器跟美國GE合資,韓國LG真空斷路器又和日立合資,他們都有自主品牌,在世界上銷售量很大。而我國電氣行業基本上還是人家的品牌,應吸取教訓。實際上我國確實進行了大量的投資,但在我國的大型工程中90%的產品都貼著國外產品型號,招標上也明確寫著要國外品牌的產品。大家對進口、合資和國產品牌的看法也明顯差很多。奧運會、上海世博會及廣州亞運會等相繼召開,對我國企業來講確實是幾大機遇。董青說,保證可靠性要擺在第一位,我們也希望推動國內的產業,但國內外產品的差距較大,不具備條件,我國很多電氣企業錯過了這些好機遇。我國生產的產品都進不來,對國人來講是一個很大的悲哀。國內企業因基礎工業技術差距較大,要趕上來還有很長的距離,不僅是技術問題,還涉及到產權改革、股權、工人分配制度等一系列問題,這些問題糾纏在一起要突破確實非常難。只有企業的配套改革,技術開發條件等都具備了以后,才可能開發出好產品。因此,我國電氣企業的首要目的是怎么加快改革步伐,讓知識分子在單位里能夠靜下心來研究產品,這是最關鍵的,其次才是研發產品。沒有改革,就談不上