法兰西体育场的电气设计

    位于巴黎北部圣丹尼斯的法兰西体育场体育场，建于1997年，是为1998年世界杯足球赛而专门建造的。其气势恢宏，规模巨大，可容纳80,000人观看足球赛。除了体育赛事，法兰西体育场还能举办各种节庆和商业活。其配套设施包括2个饭店，每个可容纳300人进餐；8,000的会展空间；4,000的商业区；17家商店；50个零售亭及45个酒吧等。
    为保证法兰西体育场的安全使用，并保证像世界杯这样重要的体育赛事活动的顺利举行，EDF（法国电力公司）为建在该体育场的主变电站提供了2路20KV专业电源，同时另外还有一路来自上级变电站的20KV线作为第二备用电源。除了主变电站外，还在子战附近分别设了2个低压公共辅助变电站为体育场的附属设施如饭店、服装店、酒吧和其他商店等供电。
    法兰西体育场的总设计容量为17.6MVA，其配电系统的规模可参见以下数据：21台20kv/410v变压器，48台20kv中压柜，379面低压配电柜。施耐德电气公司为法兰西体育场提供了全套配电解决方案，从中低压变配电设备到监控系统。

    配电系统接线
    法兰西体育场的中压配电系统由3套回路组成：主回路，备用回路，安全回路。3套回路分别由中压环网供电给2个2kv子站（每个子站有7台20kv/410v的变压器）。中压环网供电方式运行的安全性、可靠性及灵活性方面完全可以满足体育场举办不同活动的用电需求并充分利用各种资源。具体结构详述如下：
    主变电站供电给1个环网（开环）供给2个子站，分别位于体育场的西北和东南角；1个变电站供给制冷/制热系统及发电机房设备（Energy）。2根地下停车场馈线（P1和P3），各供一台800kv.A变压器，此外另设一台400kw发电机用于P3，可以在主回路失电时供给安全照明和设备的需求；一根出线供给动力室（Energy）的一台630kv.A变压器。

    1. 主回路
    由20kv主变电站供电，主要用电设备为照明、供暖、通风、插座及小功率设备。20kv采用梅兰日兰SF6开关柜。2台1600kv.A变压器用于向“标准”设备的低压柜（C1，C2）供电；第三台变压器向用于“体育”设备的低压柜（P）供电；第四台1000kv.A变压器供电给“安全”设备。

    2. 备用回路
    备用回路是在主回路也就是公共配电网失电时发挥作用。由4台1200kw的发电机供电，一个20kv环网将发电机的电能输送给2个子站。每个子站有2台1600KV.A供电给低压柜。该段低压柜有3路出线，2路作为“标准”设备段的备用，1路作为“体育”设备段的备用。这样设计保证了体育场电气设备运行的连续性。

    3. 安全回路
    用于事故或火灾场合，以保证公众的安全撤离，它必须保证靠自身不间断地运行至少1小时。
    体育场用电的安全设备包括2种：安全照明；报警系统，火灾监测，排烟系统，水泵，通风网络及安全标志等。
    安全回路可由任何一台发电机供电，其容量能满足所有安全设备的需求。但考虑到安全回路的供电必须保证100%的可靠性。因此，一台单独放置的发电机优先供电给该回路，并有自己的燃油设备。同时，其他发电机作为该发电机的备用。安全回路也是一个20kv环网，供给位于2个子站的“安全”设备母线（S），这部分与子站的其他部分位于不同的房间，包括一台1000kv.A变压器，低压柜有18条出线，9条供给音响和排烟系统，9条供给安全照明。同时该母线（S）还可由另一台来自主回路的1000KV.A变压器供电。此外，安全配电系统还配有4套梅兰日兰100KV.A，在主回路和备用回路同时失电的情况下能保证80分钟的供电。

    法兰西体育场所设计的4台发电机同时作为备用回路和安全回路的电源，是因为其同时满足以下3个条件：14台发电机电源中1路电源失去时，其他发电机电源可以满足全部安全回路所需负荷功率的要求。4路发电机电源任一路可以实现为任一路安全设备供电。任一发电机电源或设备的故障不会影响其它电源或安全设备的正常运行。

    4. 低压馈线
    按照现行标准的规定，在举行世界杯等大型体育赛事期间，一半照明灯需由公共电网供电，另一半则由发电机供电。如果二者中任何一路电源断电，体育场的照明亮度将由原来的1600lx降到800，这也足以保证比赛的正常进行。
    所有低压出线沿9根立柱内的电缆通道供电给不同的楼层，每根立柱有7条电缆通道：2条用于“准备”设备，3条用于“体育”设备，2条用于“安全”设备（与其它通道分开，以避免事故发生）。
    2个子站的低压馈线共有63根，其中34根来自东南站，29根来自西北站。这些出线分布如下：18根用于“标准”设备；27根用于“体育”设备；主回路失电时，这45根出线可由备用回路供电；18根安全出线（9根供给安全照明，9根供给其他安全设备）。这些出线可由发电机或主回路供电。

    接地和保护
    1. 接地
    中压（安全和备用）回路采用TNR系统，变压器中性点通过阻抗接地以将故障电流限制在20A内。主回路采用TN-C系统，变压器的中性线和保护线合二为一PEN线，即设备外壳直接连接到变压器的中性点，接地故障电流实际上为相对中性线的较大短路电流，带电导体的接地故障将引起线路断路器短路保护动作而跳闸。备用回路也采用TN-C系统，但由于备用发电机的内部阻抗比公共电网的系统内部阻抗要大的多，所以其短路电流要小的多。安全回路采用了IT系统，发生单相接地故障时可继续运行保证供电连续性，施耐德电气的Vigihlom绝缘监测系统保证运行人员在发生第一次故障时迅速找到故障点并将其清除，以避免第二次故障造成相间短路引起保护跳闸而导致安全回路断电。公共辅助变电站的低压侧采用TT接地系统。
    由于以下原因，给保护造成困难：由0层子站向位于7层的设备装置供电时，一些超过500米甚至1200米长度的电缆回路；单台发电机的短路容量（420MV.A）的十分之一；安全回路有中性线配出IT接地系统，意味着最不利的保护条件。
所采取的相应措施：为满足间接接触保护和电压降的要求，不得不对某些回路放大导体截面的方法；考虑到过长电缆回路末端的短路电流值偏小，对回路始端保护灵敏性不能满足要求的回路，在其中间增设保护装置；用等电位连接的方法来限制接触电压。

    2. 如何实现保护的全选择性
    对于法兰西体育场，要实现保护的完全选择性，最多可涉及到中压7，8个上下串联的断路器保护装置。选择性的分析还必须考虑到法国电力公司20KV出线的保护要求，其断路器的短路延时设为0.5秒。