北京2008奥运会配电系统

  完成一个有重要意义的商业建筑的设计、结构及关键的供电系统，其要求是非常苛刻的，并需要细致的检验。而当一个建筑成为焦点并被全世界三分之二的人口引以为豪的时候，考虑对此建筑增加的关注点和要求则成为主题。一个有趣的现象是随着夏季奥运会的持续不断的发展，2008年北京奥运会预计约有40亿电视观众而且实际到北京各场馆观看比赛的人数很可能超过两百万。超过37个主要比赛场馆新近几乎同时建设完工，11个原有的场馆进行重建，无数新的辅助场馆和配套设施迅速落成，这些充分展示了作为东道主的庄严。政府投资约为400亿美元，这还不包含其他团体的重要投资，这些团体包括IOC组织、众多的国际和国内的广播公司、广告商、赞助商、业主及投资商。所以说场馆的功能、安全和可靠用“重要”来形容是远远不足的。

  满足不同团体、现有国家和区域标准的要求是对场馆现有各方面指南的补充。这些指南由IOC (国际奥林匹克委员会), OBO (国际广播组织), BOB (北京奥林匹克广播公司) 和其他团体提供。这些奥林匹克组织发行刊印了各种指南，其中包含一个2600页的场馆调查报告和一个164页能源基建的指导方针。这些指导方针的执行由OCOG（奥林匹克组织委员会）任命的政府机关负责， BOCOG就是在北京奥运会中的相关执行者。

  指导方针的执行应该以一个标准为基准，此标准能够准确的通过实际的需求进行更新和澄清。

  配电系统自然地成为场馆高效设计的中心环节。它必须不仅仅可以支持整个场馆日常的供电需求，而且顶尖电力技术比如为全世界同步观看的赛事慢镜头提供满意的高清晰度，它的质量和可靠性一定要满足连续的体育赛事不间断的要求。对持续可靠供电的需求体现在每个方面：给不间断无频闪体育照明供电以保证公平和不间断的体育竞赛；高精度的电子计时仪表，它决定了以秒的片段差异计算的比赛结果；高清晰的照相和广播设备，它们使全世界同时见证比赛，尽管这些赛事发生在地球的另一半。

  国际奥组委从最早期的研讨会到现在东道主组委会的工作会议上一直强调电源可靠的必要性。这些要求都详细地纪录在提供给东道主组委会的指南和指导方针里面。基本上，IOC定义了两类场地：比赛场地，是体育比赛进行的地方或者比赛相关的活动场地，这些活动比如体育照明、典礼和许多其它的活动；非比赛场地，比如奥运村、赞助商接待村和最重要的IBC。因为IBC是整个奥运会期间的广播中心。根据每个场地或者相关活动场地对所需电力的容量、质量和可靠性要求，可大致分为以下几类：“普通”（断电不可能影响体育比赛和广播），“关键”（断电对比赛和广播的服务造成负面影响），“应急”（断电对比赛和广播造成直接的冲击）。因此，根据定义，如果一个活动被破坏就会对体育比赛和广播造成负面冲击则为“应急”类型。“应急”类包含这些，如赛场的照明、计分和计时、通讯、典礼声音（但不是公共广播系统）、照相和转播及运动员空调。

  冗余电源在所有的奥运场馆推荐使用但对于“最关键”的场地分类则必须应用。如果工作电源失电，另一路备用电源必须在很短的时间内投入运行：如果另一路是市电，则少于1s;如果是发电机，则少于20s。根据关键负载的容量、敏感性和分布情况，获取冗余的方式可不同，特定负载的具体实际的要求也可扩展。比如，一个小容量的独立应急负载由市电和UPS或者冗余UPS供电。另一方面，赛场照明是一个典型的大容量应急负载，赛场照明设计的每个方面包括供电设计需要格外的注意。这点是能够理解的，因为比赛中正常照明情况下的任何一个中断都会分散运动员的注意力从而负面影响比赛结果并中断赛事转播。因为绝大多数的比赛照明采用的是金卤灯技术，所以任何一个微小的电压扰动都会引起一段时间断电。供电电源必须完全冗余，即发电机作为备份，灯分为相同数量的两组。在比赛中，每组灯互相独立，两路供电电源也互相独立地给两组灯供电，每路电源可以给所有的负载供电。如果断电发生，为了使冲击赛场的影响减到最小，在两组灯之间互换灯是必要的。给灯供电的三相电源的随机互换也能够大大减少特定情况下频闪的可能。

  各种不同的办法能够用来解决更广泛的要求，同时也可以基于更多的考虑来执行，但应该有正式批准。一些赛场照明的设计，比如国家体育场（或者叫鸟巢，见右边）是和大容量UPS或者类似系统配合使用来保证满足关键时间段内对高质量电源的需要。在时间紧凑的奥运会期间这样的关键时间段非常之多，因为除了体育竞赛之外还有开幕式、闭幕式的需要。很多这样的赛时照明和其他奥运会应用系统只在这样的时间段使用，所以它们是主设备的一个辅助。这些系统及临时电源必须和永久系统（见图3，国家体育场）进行无缝连接。

  每个场馆必须规划一个合适尺寸和配置的转播区。转播区是一个独立区域，作为调控中心站和远程转播来源，同时也满足转播区自身的电力需求。转播区的各方面要求BOB已有清晰的阐述。每个转播区需要两路市电，两路市电分别来自不一样的地区的变电站。市电在转播区变压，以低压等级配电，临时发电机作为备用。负载类型分为“日常”和“技术”两类并可以由发电机供电。不过对于“技术”型负载，因为是最重要的负载，所以发电机能自动启动并合闸以给此类负载供电。任何的需要高质量不间断电源的关键、敏感的负载都由图4所示的转播区电力系统前端的UPS供电。

  IBC(国际广播中心)，位于国家会议中心，是广播的关键中心区，所以被认为是奥运会最关键的地方。IBC总负荷约为24MVA，是奥运会各场馆中集中负载最大的场所，也是投资最大的场所，以充分保证最高等级的供电可靠和质量。来自至少两个独立变电站的四路独立市电为此场所的多个布置配电柜的区域供电。系统以10KV的中压等级向场所众多的多源低压系统供电并配置如下：每个低压系统有一路正常工作市电，一路备用市电，同时还连接临时备用发电机，详见下面图5。如图所示，每个低压站各自形成一个单元并共用一个备用电源。3路10KV馈线的每一路必须引自独立的电源以减少配电母线断电的可能。PLC控制元件能监视所有关键系统的运行参数并通过提供自动分合、跟踪和必要的通讯功能来合理管理这个如此复杂的配电系统和关键的应用方案。

  国有一点很特殊，特别批准在IBC很多最关键的低压站在一定的系统运作情况下允许低压并列运行。因为这一要求是没有先例的，所以最终批准进展缓慢直到标准的非并列安装结束几个月后才定下。正因为如此，所以并列运行要求不仅仅获得了高层的广泛关注，而且现在在多功能的关键场地已经规定一定得执行，这些场地不允许有任何细微扰动的影响。在最终批准和接受之前，在完全升级和扩展测试进程期间，应该对以下几个方面做大量关注：即如何最好开展计划、如何合理选择元件、怎么样做控制逻辑设计和设备改进。

  经过对场馆建设仔细精心的计划和花费预算，许多场馆及其内的电力系统在奥运会结束后有广泛的改动。比如，国家会议中心在奥运后不再需要广播中心和辅助设施，也不需要大的体育竞赛场馆。奥运闭幕后就会很快改为会议中心、酒店、商务办公楼和商铺。原有的电力系统，占据着底下二层大量的空间，也将会被缩减并移到另外的地方。这样的改动在国家会议中心或者众多奥运场馆并不是唯一的。绝大多数场馆或多或少都有改动。合理地计划并且合理地选择产品和配置将帮助系统中很多最重要单元的应用和再应用。

  一个较明显的例子是北京供电局的一个重要项目。此项目负责为各场馆的广播转播区和奥运开闭幕式典礼活动供电，在许多好的方案中选定最终设计的具体方案。最后定制的箱变群设计被应用（见图7）。这种模式适合奥运场馆的应用，也适合将来要举行这些特殊赛事的城市的许多项目。

  当今大量的革新及成就是惊人的。技术的优点是依靠基础供电，控制和通讯这些尖端技术将梦想变为现实，并使整个项目的结果可靠。选择正真适合的产品，最合适的维护操作记录可靠的操作并确认，灵活必要的应用整合以及有竞争性的价格是这些项目成功的重要组成部分。除了产品之外，积极做出响应一个重要项目的许多挑战的文化，是仅仅处理问题和实现全面解决方案两者之间的根本区别。