2008北京奥运会临电并网

　　2008北京奥运会临电并网

    摘要: 国家电力电网的相关要求不允许市电与用户单位设施中的临电系统并列运行。但由于奥运会的独特性和奥运期间对会议中心设施连续供电必须得到保障，在获得特别许可后采用能满足相关供电需求的并列运行设计（并网切换），并只针对国际会议中心建筑（缩写为IBC，见下图）。

　　下面是该操作模式的概要和分析：包括以提高用电可靠性而采用开关设备并网能力需要考虑的一些方面，电力公司和其它参与单位的对该模式的相关要求。

　　背景和概要

　　国际广播中心(IBC)其低压配电系统包含多套多电源供电方式的400V低压配电站。任一低压站配置如附图1所示，其主接线为典型带备用的多电源系统。在正常情况下，系统由主电源S1供电，若S1失电或故障，其开关打开而联络开关会自动合上，系统接到备用电源S2上。同时，由于该非正常状态的存在，应急柴油发电机启动并作为S2的备用电源。根据具体位置和关键负荷需求情况，实际会是一台，二台或三台发电机同时运行并准备为主母排供电。当然并列运行之前多台发电机彼此需要完成同步。如果这时备用电源S2也掉电，发电机组将为系统提供临电。所有电源都设计成分列运行，任何时候只有一路电源提供给系统，在PLC控制下完成一路到另一路的自动切换。

　　不幸的是，这些应急（备用）操作切换过程会发生主母线短暂掉电。掉电时间为切换周期，包括探测，信号发送及传递，内部脱扣时间，粗略为十毫秒到一百毫秒之间。对于某些敏感的关键负荷，即使是短暂的掉电会进一步加大损害和扩大停电事故，对于某些内部控制的设备或系统也会因掉电而被迫重启，而重启周期又很长。采用UPS供电方式，可为关键负荷提供高品质的不间断电源。同样，在关注程度如此高的IBC项目应用中，处于基础的电源系统也必须要重点考虑，包括任何特殊情况下的运行如旁路（备用）模式。

　　为尽可能地减少失电，各方同意采用电源间短暂的并联。即是说，针对该特定的应用，在限定的时间内，可以允许电源并列运行。并列状态允许存在于电源恢复切换的过程中：从备用操作模式恢复到主电源，或在测试状态和定期的维护操作情况下。同意这样做很不容易，因为与用户的临电系统并网并不符合电力公司通常的要求和相关的标准，而并列运行在系统安全，操作相关事项，和潜在的风险方面都不可尽知。近二年来各方做了多次细节和全面的讨论，在奥运会召开前几个月和在最初设计的非并列运行的开关柜已安装和初期调试完成后大家达成了一致：即同意实施。在严格的审查下，通过周密细致的计划和安排，在现场对已上电的开关设备进行了更改，配上了高可靠性的元器件和子系统，并成功地针对系统进行了联调测试。由于当时建筑物设施已开始使用，现场系统的更改也充分考虑到尽可能少的停电。

　　并网切换方案

　　IBC是非常庞大的建筑物，包括相当数量的低压站，基本接线如上面的附图1所示。更改后系统配置情况，其详细的单线图如下面的附图2所示。为确保项目成功，需要认真考虑如下方面：

　　控制和通讯

　　为了满足市电低压系统和发电机相关的需要，确保控制系统的可靠性和快速响应，必须在系统硬件选择和通讯方式上做认真细致的考虑。采用Multilin F650综合保护继电器提供多种保护和通讯包括控制流程和保护设定。选用GE Fanuc公司PAC RX3i PLC 为并网切换系统提供所有逻辑，输入输出I/O, 和快速接口，同时作为与发电机和它们独立的PLC之间，与Multilin F650之间，和所有主断路器控制之间的通讯。选择这二个主要装置，目的是尽可能少地采用针对该应用而需要的典型的其它控制装置。如图3所示的F650，它具备了包括逆功率保护，同期检测等众多保护功能，也集成了计量，控制和通讯功能，该应用所必需的功能如：失电保护，同期检测，确定负荷情况，与PLC通讯，正逆方向线路保护等。同样的，RX3i PLC拥有300MHz Intel 微处理器和10Mbytes 用户内存，和通用的编程环境，它能方便地应用在多种硬件平台上，实现该项目要求的快速响应和极高的可靠性。

　  采用GE小容量UPS提供冗余的控制电源，包括对新增加的和原有的操作回路供电。由于低压开关站和应急发电机相距较远，彼此独立又为并网系统不可分的部分，因此采用冗余的光纤进行通讯，这样有利于减少干扰，提高可靠性。

　　保护装置

　　传统的配电系统每个回路都要求配置一定的保护，长延时用于过载，瞬动用于短路，和针对不同应用的其它保护，比如短延时，和接地故障保护等。当并网操作时，在电气系统关键点上将增加特殊保护。并网时，二个电源系统之间电压幅差，相角差，频差必须在系统并网许可的范围内，这需要保护装置予以判定。保护装置也必须具备方向保护能力以防止电流逆

　　向流动，由于不同方向继电保护设置往往是不一样的，因此保护装置正逆方向都应适用并正确区别。

　　标准的低压开关上的脱扣单元是不具备功率方向保护功能，即不同方向的功率只要电流超过长延时设定值开关都会跳闸。而F650具备方向保护功能，也具有其它保护，计量和通讯功能，完全满足应用的需求。

　　并网切换逻辑

　　应真正考虑并网切换操作逻辑和准备相应的逻辑流程图。每个主开关的开合将按照预先设定的次序，系统情况，和是否许可；每个可用的电源根据操作的阶段，之前和现有条件编程为备用或主用。设在低压开关站的主PLC系统做为主开关柜的主控设备，采集当地数据，执行所有关键控制，与备用发电机组及其控制器接口和通讯，确认所有行动。如果有需要，主PLC也可以完成负荷卸载操作功能。

　　对于本项目的应用，正常时由在主电源S1供电，备用电源S2处于热备用，此时发电机处于冷备用状态；当主电源发生故障时，PLC输出指令主开关分闸。在确认主开关分闸后，接着也确认备用电源可用，关合备用电源S2的联络开关，切换到由备用电源供电，同时PLC通过网络给发电机侧PLC输出指令启动发电机，发电机在15S内启动并处于热备用。如果按计划操作执行出现问题，逻辑控制将执行后备保护程序，并立即告知。

　　控制逻辑也要考虑从电源转到正常供电的恢复周期。在本系统，不同的逻辑次序和方式取决于恢复时由哪路电源供电。这个过程可能包括由二路市电并列或由市电与发电机并列操作。不管哪种情况，通过继电保护配合，控制与传感进行校验和确认，并网操作的时间将非常短暂。

　　设备耐受能力校验

　　对并网方案另外一个顾虑就是系统的故障电流，在并网切换过程中系统短路电流将显著增加，也许会超过原有开关设备的额定耐受能力。因此需要适当的模拟计算校验和评估，看是否仍在设备的额定范围内。

　　对不同的组合形式，包括最恶劣情况下，在并网切换时，系统最大短路电流进行了计算，评估和分析。附图4就是IBC低压系统主母排短路电流其中的一种情况：3台1250KVA发电机组并列运行并连接到低压站，计算结果显示最大三相短路电流为54KA，低于开关设备原有的额定耐受能力。

　　结论

　　许多研究表明多电源的并网操作增加了电气系统整体范围的可靠性，该方案适合对负荷供电等级要求极高的一些场所的应用。但并网操作将增加系统的复杂程度，要求有周密的计划，适当的系统保护，和对系统耐受能力方面也要细致评估。做得好，即使电气设备已就位，并已安装和上电，进行并网操作改造也是可行的。但不管怎样，进行多方面的咨询和获得相关部门的许可是必需的。