摘 要：針對上海世博會美國館項目，結(jié)合配電應用需求，就負荷和主接線，場館變電所布置，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年上海世博會美國國家館（USP）位于C05地塊地上二層，為世博會臨時建筑。展館面積達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，迎接遠道而來的客人。場館的主題為“擁抱挑戰(zhàn)”, 體現(xiàn)了未來美國城市的縮影。運用清潔能源、綠色空間和屋頂花園等元素，通過多維模式和高科技手段，四個獨特的展示空間讓游客踏上一段虛擬的美國之旅。

一、項目概況

      GE為上海世博會美國館提供了完整的電氣設備和系統(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，技術領先的低壓成套開關設備MLS以及安全可靠的UPS不間斷電源系統(tǒng)Lanpro系列等。

 1、負荷和主接線

      展館設計計算負荷為1100kVA左右，主要為展示設備，空調(diào)水泵，設備電源和照明等（負荷分布情況如圖二所示）.美國館是世博園區(qū)少數(shù)主電源采用10kV進線的場館，引自上級不同變電所的二路10KV供電，單母線分段，中間不設聯(lián)絡。而在400V低壓單元站母線，中間設置聯(lián)絡開關以提升配電系統(tǒng)的靈活性和可靠性。館內(nèi)采用2臺800kVA GE WaveCast干式變壓器（SCB10型），高低壓銅箔繞組環(huán)氧樹脂澆鑄。通過強迫風冷（FA），可增容40%并長期運行。根據(jù)負荷分析，增容后的一臺800kVA變壓器能滿足美國館全部負荷用電。

2、場館變電所布置考慮

      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)則的設計，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備，包括市場上最小型,模塊化的10kV環(huán)網(wǎng)柜SecoRMU和低壓主站MLS開關柜。其中10kv環(huán)網(wǎng)柜SecoRMU單臺僅350mm寬，800mm深，1380mm高，V柜（斷路器柜）配置微機裝置為配電變壓器提供過流和速斷等基本保護，省去了直流盤柜, 由計量柜中UPS電源提供系統(tǒng)操作電源。而低壓主站MLS開關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線柜之間的密集型母線槽WaveproLT也根據(jù)設備位置進行了特別設計，包括走向，相序，和軟母線接入等。

二、GE整體解決方案的幾個特點

1、電力監(jiān)控PMCS系統(tǒng)

      根據(jù)美國館的電氣系統(tǒng)特點，設計了一款150點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)多年電力自動化系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗，結(jié)合最新計算機技術，推出的新一代電能管理與監(jiān)控系統(tǒng)軟件。

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

      美國館PMCS采用分層分布式結(jié)構，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、站控層公用接口裝置及網(wǎng)絡設備等。間隔層一般指放置在各間隔中的智能設備，如繼電保護裝置，多功能儀表等。間隔層設備和網(wǎng)絡結(jié)構圖如圖所示。

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)一般通過設計自動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。

      世博會美國館電氣系統(tǒng)中，在變壓器低壓側(cè)設置成套靜電電容器自動補償裝置，以集中補償形式將系統(tǒng)的功率因數(shù)提高到0.92以上。而考慮美國館末端接入了大量單相負載（諸如單相UPS，顯示設備，節(jié)能燈等）,這些負載主要產(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,同時應用電抗器也避免了電容裝置的接入對電網(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器，該保護器能吸收各種頻率各種能量的諧波干擾，隨時自動跟蹤電源波形，瞬時濾除電源中的諧波及尖峰雜波,改善電源波形，使得整個系統(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備接入其中，形成相對獨立的單相電氣系統(tǒng)。隔離變壓器230V/230V一次繞組與二次繞組有屏蔽層，應將其接地。由于230V/230V單相隔離變壓器一二次繞組間應用了屏蔽層，將其接地后能有效地減少電網(wǎng)線路中和變壓器同級的其他設備產(chǎn)生的諧波電流對顯示設備的影響，為變壓器下級的顯示設備提供一個相對干凈穩(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)3，4兩個抽頭，其中一個電壓較高（對地），一個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載在外殼側(cè)就地接當?shù)乇Ｗo地線，則不會受到上級雜波電流的影響，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，一旦負載設備漏電，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

      考慮到世博會參觀人流量和展示期間的氣候條件，美國館應用了大量的空調(diào)排風設備，這樣實際一天中的負荷動態(tài)變化比較大。為了解決這個問題，GE采用了變頻控制，根據(jù)負載情況隨之調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速降低，消耗的功率與之呈立方關系的降低，從而達到節(jié)能目的。另外，采用變頻控制還可以降低電機的啟動電流和線路電壓波動。

      圖示為GE VAT300 最新型變頻器。在美國館項目中提供了不同規(guī)格的變頻器，分別安裝在就地的動力柜中。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)構緊湊，易于維護，運行可靠，應用于標準的三相交流電動機的精確速度控制，同一變頻器即可實現(xiàn)多模式控制，塑料元件采用了無毒環(huán)保材料，符合國際環(huán)保RoHS標準，可在運行中隨機地改變PWM載波頻率，降低相應噪聲污染，提高了變頻器的工作效率，提供了完善的電動機保護、通訊和先進的應用功能。

      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北京奧運綠色科技優(yōu)秀品牌”，并運用于大量奧運

三、 結(jié) 語

      展館設計對變電所設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，需要有針對地進行諧波治理和電能質(zhì)量改善；貫穿綠色世博理念，應進行節(jié)能方面的考量；同時考慮功能和節(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)作為上海世博會美國國家館的首席合作伙伴，除了為場館提供科學的配電系統(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年上海世博盛會中彰顯出了“綠色創(chuàng)想”的環(huán)保理念。