摘 要：針對(duì)上海世博會(huì)美國(guó)館項(xiàng)目，結(jié)合配電應(yīng)用需求，就負(fù)荷和主接線，場(chǎng)館變電所布置，電力監(jiān)控管理，改善電能質(zhì)量以及節(jié)能考慮各方面闡述了GE電氣解決方案。

關(guān)鍵詞：環(huán)網(wǎng)柜 失真功率 諧波治理 隔離變壓器 變頻控制 綠色理念

      2010年上海世博會(huì)美國(guó)國(guó)家館（USP）位于C05地塊地上二層，為世博會(huì)臨時(shí)建筑。展館面積達(dá)6000平方米, 是最大自建館之一，外觀猶如一只展開雙翅的雄鷹，迎接遠(yuǎn)道而來的客人。場(chǎng)館的主題為“擁抱挑戰(zhàn)”, 體現(xiàn)了未來美國(guó)城市的縮影。運(yùn)用清潔能源、綠色空間和屋頂花園等元素，通過多維模式和高科技手段，四個(gè)獨(dú)特的展示空間讓游客踏上一段虛擬的美國(guó)之旅。

一、項(xiàng)目概況

      GE為上海世博會(huì)美國(guó)館提供了完整的電氣設(shè)備和系統(tǒng)的解決方案，包括最新推出的SecoRMU環(huán)網(wǎng)柜和WaveproLT母線槽，節(jié)能環(huán)保的絕緣干式變壓器SCB10，高效智能的變頻器VAT300，技術(shù)領(lǐng)先的低壓成套開關(guān)設(shè)備MLS以及安全可靠的UPS不間斷電源系統(tǒng)Lanpro系列等。

 1、負(fù)荷和主接線

      展館設(shè)計(jì)計(jì)算負(fù)荷為1100kVA左右，主要為展示設(shè)備，空調(diào)水泵，設(shè)備電源和照明等（負(fù)荷分布情況如圖二所示）.美國(guó)館是世博園區(qū)少數(shù)主電源采用10kV進(jìn)線的場(chǎng)館，引自上級(jí)不同變電所的二路10KV供電，單母線分段，中間不設(shè)聯(lián)絡(luò)。而在400V低壓?jiǎn)卧灸妇€，中間設(shè)置聯(lián)絡(luò)開關(guān)以提升配電系統(tǒng)的靈活性和可靠性。館內(nèi)采用2臺(tái)800kVA GE WaveCast干式變壓器（SCB10型），高低壓銅箔繞組環(huán)氧樹脂澆鑄。通過強(qiáng)迫風(fēng)冷（FA），可增容40%并長(zhǎng)期運(yùn)行。根據(jù)負(fù)荷分析，增容后的一臺(tái)800kVA變壓器能滿足美國(guó)館全部負(fù)荷用電。

2、場(chǎng)館變電所布置考慮

      為盡可能地保證展區(qū)面積，變電所采用了緊湊布局且平面不規(guī)則的設(shè)計(jì)，如圖所示。GE從節(jié)省占地空間的角度,提供了小型緊湊的配電設(shè)備，包括市場(chǎng)上最小型,模塊化的10kV環(huán)網(wǎng)柜SecoRMU和低壓主站MLS開關(guān)柜。其中10kv環(huán)網(wǎng)柜SecoRMU單臺(tái)僅350mm寬，800mm深，1380mm高，V柜（斷路器柜）配置微機(jī)裝置為配電變壓器提供過流和速斷等基本保護(hù)，省去了直流盤柜, 由計(jì)量柜中UPS電源提供系統(tǒng)操作電源。而低壓主站MLS開關(guān)柜因地制宜采用背靠背布置和模數(shù)化插拔式回路，節(jié)省了空間。連接變壓器和低壓進(jìn)線柜之間的密集型母線槽WaveproLT也根據(jù)設(shè)備位置進(jìn)行了特別設(shè)計(jì)，包括走向，相序，和軟母線接入等。

二、GE整體解決方案的幾個(gè)特點(diǎn)

1、電力監(jiān)控PMCS系統(tǒng)

      根據(jù)美國(guó)館的電氣系統(tǒng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一款150點(diǎn)IED的小型化電力監(jiān)控系統(tǒng)-GE Enervista Viewpoint Monitoring：Enervista是GE公司根據(jù)多年電力自動(dòng)化系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合最新計(jì)算機(jī)技術(shù)，推出的新一代電能管理與監(jiān)控系統(tǒng)軟件。

      該軟件能自動(dòng)檢測(cè)所使用的裝置且可以自動(dòng)生成符合裝置和接線配置的監(jiān)視屏幕，從而節(jié)省了大量的時(shí)間和成本；通過趨勢(shì)圖和報(bào)表功能，可以分析系統(tǒng)運(yùn)行趨勢(shì)和查看數(shù)據(jù)的歷史記錄；該軟件能對(duì)任何報(bào)警生成事件，并形成記錄，節(jié)省故障分析的時(shí)間；即時(shí)報(bào)警可通過聲、光或電子郵件的方式通知運(yùn)行人員；同時(shí)，該軟件具備故障錄波功能，可對(duì)任何裝置記錄的波形故障數(shù)據(jù)進(jìn)行查看和診斷。

      美國(guó)館PMCS采用分層分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)整體上分為站控層和間隔層兩層，站控層和間隔層之間采用以太網(wǎng)星型聯(lián)結(jié)。通訊協(xié)議采用Modbus TCP。站控層由全站的通用設(shè)備組成，一般按工程最終規(guī)模配置，包括監(jiān)控主站、打印機(jī)、站控層公用接口裝置及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。間隔層一般指放置在各間隔中的智能設(shè)備，如繼電保護(hù)裝置，多功能儀表等。間隔層設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖所示。

2、電能質(zhì)量改善

      提高電氣系統(tǒng)的功率因數(shù)可以改善電能質(zhì)量，相角功率因數(shù)一般通過設(shè)計(jì)自動(dòng)投切的電容器組來改善，而由諧波引起的失真功率因數(shù)往往有所忽略。

      世博會(huì)美國(guó)館電氣系統(tǒng)中，在變壓器低壓側(cè)設(shè)置成套靜電電容器自動(dòng)補(bǔ)償裝置，以集中補(bǔ)償形式將系統(tǒng)的功率因數(shù)提高到0.92以上。而考慮美國(guó)館末端接入了大量單相負(fù)載（諸如單相UPS，顯示設(shè)備，節(jié)能燈等）,這些負(fù)載主要產(chǎn)生3次諧波，因此在電容器組前配套14%的電抗器來抑制3次諧波,同時(shí)應(yīng)用電抗器也避免了電容裝置的接入對(duì)電網(wǎng)諧波的過度放大和諧振的發(fā)生。

      為防止線路中的諧波（特別是高次諧波）干擾展示設(shè)備，影響視頻和音響的展示效果，GE在重要的終端配電箱盤中配置了諧波保護(hù)器，該保護(hù)器能吸收各種頻率各種能量的諧波干擾，隨時(shí)自動(dòng)跟蹤電源波形，瞬時(shí)濾除電源中的諧波及尖峰雜波,改善電源波形，使得整個(gè)系統(tǒng)的電壓波形變的光滑清潔。

      另一方面采用隔離變壓器和局部IT接地方式，將部分重要的展示設(shè)備接入其中，形成相對(duì)獨(dú)立的單相電氣系統(tǒng)。隔離變壓器230V/230V一次繞組與二次繞組有屏蔽層，應(yīng)將其接地。由于230V/230V單相隔離變壓器一二次繞組間應(yīng)用了屏蔽層，將其接地后能有效地減少電網(wǎng)線路中和變壓器同級(jí)的其他設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流對(duì)顯示設(shè)備的影響，為變壓器下級(jí)的顯示設(shè)備提供一個(gè)相對(duì)干凈穩(wěn)定的電源系統(tǒng)（具體原理如右圖所示）。隔離變壓器的輸出側(cè)3，4兩個(gè)抽頭，其中一個(gè)電壓較高（對(duì)地），一個(gè)電壓較低引出的線可作為懸浮“零”線，而隔離變壓器的末端負(fù)載在外殼側(cè)就地接當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)地線，則不會(huì)受到上級(jí)雜波電流的影響，該系統(tǒng)即形成局部小范圍的IT系統(tǒng)。采用了IT系統(tǒng)以后，一旦負(fù)載設(shè)備漏電，單線觸電電流極小，易于脫離，因而不易造成人身安全事故，提高了設(shè)備的安全性。在短距離供電情況下，采用IT系統(tǒng)方式供電可靠性高、安全性好。

3、節(jié)能考量

      考慮到世博會(huì)參觀人流量和展示期間的氣候條件，美國(guó)館應(yīng)用了大量的空調(diào)排風(fēng)設(shè)備，這樣實(shí)際一天中的負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化比較大。為了解決這個(gè)問題，GE采用了變頻控制，根據(jù)負(fù)載情況隨之調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速降低，消耗的功率與之呈立方關(guān)系的降低，從而達(dá)到節(jié)能目的。另外，采用變頻控制還可以降低電機(jī)的啟動(dòng)電流和線路電壓波動(dòng)。

      圖示為GE VAT300 最新型變頻器。在美國(guó)館項(xiàng)目中提供了不同規(guī)格的變頻器，分別安裝在就地的動(dòng)力柜中。VAT300是新一代的高性能矢量控制變頻器，采用最新的32位微處理器，結(jié)構(gòu)緊湊，易于維護(hù)，運(yùn)行可靠，應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)的三相交流電動(dòng)機(jī)的精確速度控制，同一變頻器即可實(shí)現(xiàn)多模式控制，塑料元件采用了無毒環(huán)保材料，符合國(guó)際環(huán)保RoHS標(biāo)準(zhǔn)，可在運(yùn)行中隨機(jī)地改變PWM載波頻率，降低相應(yīng)噪聲污染，提高了變頻器的工作效率，提供了完善的電動(dòng)機(jī)保護(hù)、通訊和先進(jìn)的應(yīng)用功能。

      另外值得一提的是GE WaveCast干式變壓器，由于采用了更新的工藝和厚度更薄的優(yōu)質(zhì)硅鋼片，其空載損耗大大降低。數(shù)據(jù)表明GE SCB10相比SCB9系列負(fù)載損耗最多可降低7%；空載損耗最多可降低11%以上。GE WaveCast干式變壓器獲得了“2008北京奧運(yùn)綠色科技優(yōu)秀品牌”，并運(yùn)用于大量奧運(yùn)

三、 結(jié) 語

      展館設(shè)計(jì)對(duì)變電所設(shè)備的要求往往是更小的占地尺寸和緊湊型的布置；為了完美地展示效果，需要有針對(duì)地進(jìn)行諧波治理和電能質(zhì)量改善；貫穿綠色世博理念，應(yīng)進(jìn)行節(jié)能方面的考量；同時(shí)考慮功能和節(jié)儉方面的需求，可配置基本型的電力監(jiān)控（PMCS）系統(tǒng)。

      通用電氣公司(GE)作為上海世博會(huì)美國(guó)國(guó)家館的首席合作伙伴，除了為場(chǎng)館提供科學(xué)的配電系統(tǒng)，還結(jié)合GE能源、水處理、安防系統(tǒng)、照明等一系列綠色產(chǎn)品，在2010年上海世博盛會(huì)中彰顯出了“綠色創(chuàng)想”的環(huán)保理念。