国家游泳中心供配电系统改造的研究和设计

王伟，李欣竹

（1.中冶置业集团有限公司，北京 100088；2.悉地（北京）国际建筑设计顾问有限公司，北京 100013；3.北京国家游泳中心有限责任公司，北京 100012）

1 引言

国家游泳中心（水立方）曾举办APEC 国事活动，习近平总书记在晚宴现场向贵宾们介绍到“我们之所以选择水立方来举行这个晚宴，是因为水在中国文化中具有重要象征意义。亚太经合组织各成员以太平洋之水结缘。 我们有责任使太平洋真正成为太平之洋、友谊之洋、合作之洋，见证亚太地区和平、发展、繁荣、进步”。 作为2008 年北京奥运会水上项目比赛场地，水立方经过升级改造，成功地承担了APEC、冬奥会等国事活动任务。

本文简要介绍笔者所在团队负责承担的水立方APEC 国事活动电气改造设计和研究工作。

2 供配电系统改造

水立方APEC 国事活动电气改造遵循高可靠性、经济、灵活实用的原则。 随着APEC 国事活动日程的确定，相关单位提出用电负荷需求。 负荷需求已经远远超过国家游泳中心现有配变电室装机容量，同时备用回路也明显不足。 业主和设计单位商定新设配变电室。 选址在地下1 层车道靠近原1 号主配变电室附近。

2.1 供电方案

根据《关于加强重要电力用户供电电源及自备应急电源配置监督管理的意见》（原国家电力监管委员会2008 年43 号文）和GB/T 29328—2018《重要电力用户供电电源及自备应急电源配置技术规范》[1]， 水立方APEC 国事活动期间按照重点客户用电设计和实施。 根据有关部门要求，新增3 号配变电室2 台成对变压器，所有负荷全部设置柴油发电机组系统，同时所有低压柜出线双路互投至配电柜。

2.2 多电源系统

本项目设计多电源系统，市电备用。 供电电源配置适当冗余，采用N+2 模式，故障时减机。 多电源系统通过并列运行冗余供电， 一次故障时解列自动退出运行， 还可以保证基本负荷，实现不间断供电。 由于种种原因APEC 国事活动实际执行调整为市电主用，柴油发电机组备用。 多电源系统常用于供电可靠性要求高且活动时间较短（数天或者月余）的场所，或当地电力系统可靠性较低的地区。 国事活动或者奥运活动持续时间短，柴油发电机组主用费用可控，且可以通过租赁等形式节约投资。 我国的电力系统可靠性较高，且重要场馆供电部门更是重点保障， 采用多电源系统只是为了更进一步的提高可靠性[2]。 笔者曾参与某非洲杯足球场设计，非洲杯期间采用多电源系统，即4 台柴油发电机组并联运行供电。

主接线形式可参考GB 50049—2011《小型火力发电厂设计规范》[3]，该规范第17.2.3 条规定：发电机电压母线的接线方式应根据发电厂的容量或负荷性质确定， 第二款规定每段上的发电机容量为12 MW 以上时，可采用双母线或者双母线分段接线。 民用建筑的发电机容量一般较小，可采用单母线。 本工程每段发电机容量为2 MW，而且设计的主用柴油发电机组为租赁，设置在室外，空间有限，故确定为单母线。 供配电系统主接线如图1 所示。

图1 多电源系统图示意

项目执行当时的现行规范。 多电源系统接地在GB/T 16895.1—2008/IEC60364-1：2005《低压电气装置第1 部分：基本原则、一般特性评估和定义》[4]312.2.1.2 和GB/T 16895.10—2010/IEC60364-4-44：2007《低压电气装置第4-44 部分：安全防护电压骚扰和电磁骚扰防护》[5]和GB/T 50065—2011《交流电气装置的接地设计规范》[6]第7.1.2 条均有规定。

2.3 供配电设计

分析用电负荷（见表1、表2），通过兼顾负荷等级和负载对供电时间要求确定供电方案。 通过分析负载对自动恢复供电时间t1的要求决定是否设置UPS， 通过供电维持时间t2的要求决定是否设置柴油发电机组柴油发电机组系统。 如领导人合影区灯光、握手区灯光和演出音响，考虑到设置金卤灯的可能性和领导人讲话的重要性， 要求自动恢复供电时间t1≤0.005 s[7-8]，且考虑到国事活动的时长，设置UPS 见表2。 根据JGJ 354—2014《体育建筑电气设计规范》[9]第6.3.3 条，金卤灯的容量总和不超过UPS 总功率的50%。 同时本项目为既有建筑改造项目，寻找新增UPS 机房较为困难。

表1 APEC国事活动负荷及供配电要求

UPS 机房的选择需考虑以下因素：（1）接近配变电室位置，接近负荷中心，进出线方便；（2）满足荷载要求，尽量避免结构加固；（3）运行环境良好、不与有水场所相邻；（4）避免机房噪音等对国事活动影响。

400 kV·A 的UPS 均设置在最底层。电池柜等荷载大的设备排布在结构梁上。 设计文件要求中标厂家不得超过设计预留荷载条件。 本项目演出负荷全部由柴油发电机组带载，UPS蓄电池满载放电时间为15 min， 宴会区的灯光负荷受荷载所限，与业主及有关部门商定为10 min。

3 结语

改造设计能让建筑焕然一新， 符合十八大以来的厉行节约的政策号召。 随着城市更新，改造项目会越来越多。 改造相比新建更为复杂，如何在既有限制条件下最优实现业主意图，需要设计人员付出更多的努力。 多电源系统通过并列运行实现不间断供电，可靠性高，应综合项目实际考虑选用。 多电源的接地应按照GB/T 16895 系列规范规定执行。 选用UPS 应考虑负载对自动恢复供电时间的要求和负载的工作特性。 重要活动时可适当调大UPS 不平衡容忍度，设置过载保护、谐波保护等附加保护作用于信号而不作用于断开电源， 以增加供电系统的可靠性。但同时应加强对供配电系统的控和巡查。