冬奥场馆供电安全运行保障研究

2022-03-15杨志东许方晨刘宇途

现代工业经济和信息化 2022年10期

杨志东，张皓，许方晨，徐航，盛萌，刘宇途

（国网北京市电力公司，北京100041；2.东北电力大学，吉林吉林 122000）

1 场馆供电安全保障管理研究

供电安全保障是指在某一特殊区域的特殊时期内的保证电能安全性和供电安全性的活动。较常用的保电内容有会议保电、庆典典礼保电、演出保电等。供电系统安全保护的特性，是指当该系统特定的保电时期完成后，随着保电范围迅速步入日常的供用电状况，供电负荷对电能品质、电源安全性的要求也就会明显下降。但近年来，随着供电系统的迅速发展，它所面对的安全问题也越来越复杂，供电系统的突发事件往往给社会经济发展和民众财富以及人身安全都造成了巨大的影响危险[1-4]。

外国电力公司的经营一般采取开放型、商业化经营管理模式、电力公司的电网管理规模大和经营区域面积小，且用电户数少，以及用户对电力品质的要求较高等，促使其大量引入先进的设备和管理方法。同中国国内每年大量投放资本进行的发电厂、输配电网络建设不同，海外部分发达国家，尤其是欧美各国的电力系统通过逾百余年的漫长发展，已经完成了以向外部扩展为主的发展阶段，并形成了能够适应经济发展要求的充足输配电供给能力[5]。

国外投资电力行业的资金大多用于智慧电网研究发展等领域，通过满足多元化的用电要求普及可再生能源，通过改善电力供应的可靠性和安全来增加电力公司在经济上的收益。由于美国各地区与欧洲各国存在不同电力公司之间的竞争，导致各个电力公司的供电区域并没有严格限制，因此用户可借助自动化用电装置，更便捷地从各个电力公司中获取电力，从而提高用户的用电可靠性。

由于目前的中国输配电网络，受工程环境、设备运维投入、气象地质影响等各种因素限制，不可避免地会发生短时的供电中断的现象。双路电源供电方法是目前最普遍使用的安全供电保障方法，可以解决很多重要负载对用电持续性的需求。在用户对不间断的电力供应有特殊要求时，采用双路电源供电系统，该系统需要两台电源相对独立工作，在任一电源出现故障时，另一电源不会同时遭受损害，同时要求每个电源都能独自承担整个用电负荷。

针对各类大中型场馆的这种特殊重要负荷情况，在采用双路电源供电方法之外，还要另外增加应急电源，在正常供电电源全部失电时，应急电源能够及时保障电力供应，并且当正常供电电源修复后，可以采用人工、手动的切换方法恢复至原工作方式。

上述两种配电方法，都需要各断路器间装有安全的闭锁装置，在运行过程中不允许出现两路电源同时向一负荷供电的情况[6]。

2 场馆供电安全保障电气设计研究

场馆电气设计应当按照国家现行的有关标准严格进行规划，且必须符合国家体育部门颁发的各项体育竞赛规则中对电气设计的要求：在设计供电系统时，要依据简单可靠、灵活方便的原则，做到减少电能损失、提高管理和维护效率，在满足赛时和赛后的供配电需求的同时最大限度地降低建设成本。

在北京冬奥会的三个赛区中，延庆赛区和张家口赛区的场馆大部分为户外山地，给供电服务保障工作带来了赛区地理气象复杂、低温负荷敏感、冬季保障经验欠缺等诸多挑战。为了提高供电的可靠性和安全性，不论是在指挥联动、设备保障还是安全防护方面，电气设计均应紧密结合冬奥场馆山地特征和实际保电需求，研发应用各类具有抗低温特性的新技术、新装备，为圆满完成冬奥会供电保障增添底气[7]。

在山地媒体中心停车场，服务于低碳冬奥的整体移动式发充储放示范充电站已经竣工投运，综合实现了交直流配网、分布式能源发电、充电设备、储能系统之间不同能源的互动融合和灵活调配，有效提高了赛区电力供应的可靠性。在赛区安检处，国内首辆大容量氢能源发电车投入使用，经受住了为专用大巴车充电和提供绿色应急电源两方面的实践检验，为冬奥绿电画卷增添了绚烂的色彩。在高山滑雪赛道旁，占地面积小、容易拆装的室外综合保障平台首次投入使用，平台可放置发电机和UPS应急电源，为人员值守提供便利。在重要保障点位，被叫做“雪屋”的充气式保障舱是供电保障人员的“家”，由光伏发电和柴油发电机搭配提供电能。为了对抗低温，充气式保障舱采用双层充气式设计，搭载储能、监测、取暖等装置，两方面措施使得其能够承受零下40摄氏度的严寒。

此外，各场馆中广泛应用严寒UPS、智能快接低压电缆分支箱、低压终端配电箱、智慧路灯等新装备，以清洁低碳、经济高效、互联互通的优势搭建起了能源互联网领先实践阵地。传统UPS受限于装置内部电力电子等元器件对运行环境温度的适应性，不能适应户外低温高寒的恶劣环境；为保障在严寒条件下的场馆供电工作，严寒UPS应运而生。严寒UPS是一种含有储能装置电源保护设备，基于“整流逆变”原理进行设计，以逆变器为主要元件，能够实现稳压稳频输出，为部分对电源稳定性要求较高的设备提供不间断的电源。当市电能够正常输入时，UPS发挥着交流式电稳压器的作用，对市电进行稳压处理后供应给负荷使用，还能给自身的机内电池充电；当市电供应发生中断时，UPS能够通过逆变器切换转换的方法立即将电池的直流电能转换为负荷可以使用的220 V交流电，并将电力供应给负荷使用，维持负荷的正常工作。为满足冬奥会供电工作对装备轻量化、机动化的保障需求。严寒UPS做到了专项结构设计，通过优化系统排布大幅降低设备体积和重量；为满足供电保障工作灵活性的需求，严寒UPS添加了实时采集UPS设备电气量及箱体内部环境信息量的功能，将数据上传至后台即可实现远程监测及异常预警。严寒UPS可灵活适应冬奥会山地及平原地区各场馆的不同应用环境，广泛应用于户外严寒地区重要活动的供电保障情境，突破了传统UPS无法应用在户外低温情况的技术壁垒。为了应对场馆严寒低温的恶劣天气条件，电缆分支箱箱体采用保温型结构设计，底部装设有加热装置，同时箱体的夹层装设保温材料，确保元器件在低温环境下正常工作。箱体内部还能进行空气循环，底部的加热装置启动后，热空气向上扩散，实现箱内空气的冷热循环。

3 场馆供电运行风险研究

风险管理是维护项目运行安全的重要手段，风险管理的主体是风险管理单位，主体不仅可以是个人、家庭和企业，也可以是政府、事业单位和社会团体，还可以是跨国集团和国际联合组织等。由此可得出，场馆风险管理即以场馆为主体进行的风险管理。基于风险及场馆的概念，本文将冬奥会场馆运行风险定义为：在各场馆运行过程中，由于各种突发的、非预期的特殊事件带来的负面影响使得场馆运行过程中的实际情况与预期结果相比存在着偏差或不利，从而产生使相关组织或人员蒙受损失的可能性。其中的损失包括经济损失、场馆形象和声誉的损失以及对场馆未来发展的不利影响。因此在研究冬奥会场馆供电运行风险时，必须紧密结合场馆运行的实际情况与特征，在分析场馆运行与管理体制的基础之上，对其日常运行管理内容进行分类[9]。

自然灾害带来的风险。冬奥会于冬季举办，而冬奥会的三个赛区都处于容易突发雪灾的地区，雪灾不仅会影响赛事的正常进行，对电网造成的损坏也尤为严重。雪灾对电网的影响主要体现在两个方面，一是雪灾势头较猛、持续时间较长、影响范围较广，对整个赛区内的电网设施均有不同程度的损坏，极有可能导致场馆中止供电；二是雪灾后的电力设备恢复时间紧、任务重、难度大，北方的风雪天气会使设备、物资运输艰难，现场工作条件恶劣，抢修恢复场馆供电极为困难。

国家电网对这种大面积、灾难性的电网停电事故的应急处理能力尚存缺陷，主要原因有以下四点：一是对电网的投资不足。长期以来，由于政府对电网投资的关注度不足，电网之间的连接一直较为薄弱，导致了抗风险能力较差。据有关数据统计显示，从2003年至2007年电网和电源累计投资情况看，我国电网与电源的投资比重约为33∶67，而世界主要发达国家的投资比重约为60∶40，反映出了我国仍处于电网规模扩张阶段，电网投资严重滞后于电源投资。二是电力部门与气象部门协调程度较弱。电网的设计对风雪天气极为敏感，需要气象部门提前预警以便提前加以应对。三是输电线路网络化未能形成规模。在受灾地区的多个电源点之间仅架设了一条线路，无法满足事故发生时及时切换的要求。四是电力设施大多使用架空线路进行供电。发达国家的城市配电一般使用地下电缆，不仅能避免架空线路对城市环境的影响，还可以提高供电可靠性，保证供电安全。但中国的电力设施以架空线路为主，对风、雨、雪等恶劣天气的抵挡能力较差，容易造成大面积停电事故。