援加蓬體育場(chǎng)項(xiàng)目供配電系統(tǒng)及場(chǎng)地照明設(shè)計(jì)

韓 松

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司建筑工程設(shè)計(jì)研究院，北京 100055)

1 體育場(chǎng)概況

加蓬位于非洲中部的西海岸，赤道附近，西鄰大西洋。本體育場(chǎng)為2012年非洲杯決賽場(chǎng)地。設(shè)計(jì)為甲級(jí)體育場(chǎng)，40 687人座，總建筑面積36 475 m2，看臺(tái)結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu);罩棚為鋼結(jié)構(gòu)。東、西看臺(tái)為上、下兩層看臺(tái)。南、北看臺(tái)僅有下層看臺(tái)。西看臺(tái)為地上4層建筑，東看臺(tái)為地上3層建筑，西看臺(tái)為罩棚最高點(diǎn)。

2 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 合理設(shè)計(jì)供電電源

根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ16—2008)3.2.2 條及 9.8.2.2 條，甲級(jí)體育場(chǎng)應(yīng)有兩路供電電源［1］。由于條件所限，外方只能引入一路20 kV、50 Hz高壓電源。為保證向一、二級(jí)負(fù)荷供電的可靠性，選擇柴油發(fā)電機(jī)組作為第二路電源。本項(xiàng)目的主要負(fù)荷集中在東西看臺(tái)，從節(jié)能的角度，為了減小供電半徑，分別在東西看臺(tái)設(shè)置了變配電室。外方引入一路20kV電源至西區(qū)變配電室，除向本室供電外，另饋出2路向東區(qū)變配電室供電。

由于場(chǎng)地照明，大屏等與轉(zhuǎn)播相關(guān)的電氣設(shè)備對(duì)供電可靠性要求高，在斷電后，場(chǎng)地照明燈具再次點(diǎn)燃、大屏重新恢復(fù)開(kāi)啟均需要較長(zhǎng)時(shí)間，因此在實(shí)況比賽直播時(shí)，采取由柴油發(fā)電機(jī)直接供電，市電作為備用，這樣供電可靠性更高，更合理。本次設(shè)計(jì)柴油發(fā)電機(jī)的選擇可以滿足上述設(shè)備的使用要求。

2.2 合理設(shè)計(jì)負(fù)荷等級(jí)分類

按照《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ16—2008)3.2.2條的要求，設(shè)計(jì)時(shí)將體育場(chǎng)中的主席臺(tái)、貴賓廳、接待室、廣場(chǎng)及主要通道照明、計(jì)時(shí)計(jì)分裝置、弱電機(jī)房及轉(zhuǎn)播用電等重要負(fù)荷按一級(jí)負(fù)荷供電［1］，給水變頻泵組、電梯以及重要房間空調(diào)設(shè)備等按二級(jí)負(fù)荷供電，其余負(fù)荷為三級(jí)負(fù)荷。

設(shè)計(jì)中一級(jí)負(fù)荷從變電所兩段母線各引一路電源，在設(shè)備末端使用處設(shè)雙電源切換箱，末端自動(dòng)切換。二級(jí)負(fù)荷由變電所引一路專用電源，一路電源故障時(shí)，變電所母聯(lián)閉合，滿足其用電要求，三級(jí)負(fù)荷設(shè)失壓脫扣裝置，一路電源故障時(shí)，停止向其供電。

2.3 合理選擇高、低壓柜及變壓器

2.3.1 高、低壓柜的選擇

加蓬當(dāng)?shù)刂蟹皆ǖ母邏涸O(shè)備中，一般以施耐德及ABB的設(shè)備為主，元器件由歐洲進(jìn)口。為了便于交付使用后外方的設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)，本次設(shè)計(jì)選用的高壓柜型號(hào)為施耐德SM6環(huán)網(wǎng)柜。其中在西區(qū)變配電室設(shè)置8面高壓柜，包括1面進(jìn)線柜，1面電壓互感器柜，1面聯(lián)絡(luò)柜，1面計(jì)量柜，2面變壓器饋線柜，2面東區(qū)20kV饋線柜。在東區(qū)變配電室設(shè)置4面高壓柜，包括2面進(jìn)線柜，2面變壓器饋線柜，高、低壓柜均需選用濕熱型產(chǎn)品。西區(qū)變配電室負(fù)責(zé)向西看臺(tái)及北看臺(tái)的用電設(shè)備供電。東區(qū)變配電室負(fù)責(zé)向東看臺(tái)及南看臺(tái)的用電設(shè)備供電。

2.3.2 變壓器的選擇

由于體育場(chǎng)轉(zhuǎn)播賽事不多，而體育場(chǎng)比賽及表演期間的臨時(shí)負(fù)荷，如記者席用電，場(chǎng)地LED廣告用電及文藝表演等用電，容量大且很少使用，若計(jì)算變壓器容量時(shí)包括此部分負(fù)荷，會(huì)提高維護(hù)成本和安裝費(fèi)用，既不經(jīng)濟(jì)又不合理。因此該部分負(fù)荷用電由臨時(shí)租用發(fā)電機(jī)解決，節(jié)約了投資。

西區(qū)的一二級(jí)負(fù)荷為1 281 kW，三級(jí)負(fù)荷為852 kW。東區(qū)一二級(jí)負(fù)荷為546 kW，三級(jí)負(fù)荷為544 kW。為保證供電可靠性，在西東區(qū)各設(shè)置了2臺(tái)變壓器。為了使變壓器的運(yùn)行最為經(jīng)濟(jì)，選擇變壓器時(shí)需確保變壓器的負(fù)載率在60% ～70%;同時(shí)為了保證供電可靠性，當(dāng)一臺(tái)變壓器故障時(shí)，本區(qū)的另一臺(tái)變壓器可以滿足本區(qū)全部一二級(jí)負(fù)荷用電需求。根據(jù)這兩個(gè)原則，經(jīng)過(guò)計(jì)算(表 1)，在西區(qū)設(shè)置了 2臺(tái)1 000 kVA變壓器，在東區(qū)設(shè)置了2臺(tái)630 kVA變壓器。每個(gè)變配電室低壓配電系統(tǒng)均設(shè)置兩段工作母線，兩段工作母線之間設(shè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)。聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)設(shè)自投自復(fù)/自投不自復(fù)/手動(dòng)3種工作方式。三級(jí)負(fù)荷饋出開(kāi)關(guān)帶失壓跳閘裝置。

表1 變壓器負(fù)荷計(jì)算

2.4 合理選擇柴油發(fā)電機(jī)組及備用電源

按照《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ16—2008)13.4.9條的規(guī)定，在火災(zāi)確認(rèn)后，應(yīng)在消防控制室自動(dòng)切除相關(guān)區(qū)域的非消防電源，包括正常照明電源［1］。如果在事故時(shí)沒(méi)有有效的應(yīng)急照明及疏散指示系統(tǒng)，將會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果。所以，在設(shè)計(jì)中設(shè)置了獨(dú)立的應(yīng)急照明系統(tǒng)。應(yīng)急照明由柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源，各弱電機(jī)房分別設(shè)置了UPS作為機(jī)房的不間斷供電電源。

比賽期間的一二級(jí)負(fù)荷遠(yuǎn)大于消防用電負(fù)荷，因此在計(jì)算柴油發(fā)電機(jī)的容量時(shí)只考慮了滿足比賽期間的一二級(jí)負(fù)荷用電需求。依據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第3版公式(2-6)［5］，按穩(wěn)定負(fù)荷選擇發(fā)電機(jī)容量，見(jiàn)表2。為了降低柴油發(fā)電機(jī)的噪聲對(duì)比賽的影響，所選柴油發(fā)電機(jī)為靜音型。

表2 柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷計(jì)算

3 場(chǎng)地照明設(shè)計(jì)

3.1 合理設(shè)置場(chǎng)地照明配電室

結(jié)合體育場(chǎng)東西看臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)雨棚，場(chǎng)地照明布置方式采用了兩側(cè)光帶照明。在西看臺(tái)的四層，東看臺(tái)的三層各設(shè)置了兩個(gè)場(chǎng)地照明配電室。每個(gè)照明配電室內(nèi)設(shè)置了一個(gè)觀眾席照明配電箱，應(yīng)急照明配電箱，場(chǎng)地照明配電箱。鎮(zhèn)流器柜置于場(chǎng)地照明配電室內(nèi)。雨棚上最遠(yuǎn)處的場(chǎng)地照明燈具距離每個(gè)配電室不超過(guò)100 m，降低了照明配電線路上的電壓損耗，節(jié)省了投資。照明配電箱及鎮(zhèn)流器柜置于配電室內(nèi)，與置于馬道上相比，更便于維護(hù)。

3.2 合理選擇光源與燈具

場(chǎng)地照明選用了2 kW的金鹵光源。觀眾席照明選用了400 W的金鹵光源。在突然斷電的情況下，由于金鹵光源不能瞬時(shí)點(diǎn)燃，因此場(chǎng)地照明的應(yīng)急照明選用了可以瞬時(shí)點(diǎn)燃的1 kW鹵鎢燈光源。

場(chǎng)地照明為雙側(cè)光帶式，在體育場(chǎng)雨棚前沿馬道上安裝照明燈具。由于東西看臺(tái)雨棚高度不同，設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮場(chǎng)地特點(diǎn)，通過(guò)照度計(jì)算，場(chǎng)地照明共計(jì)安裝252套2 000 W燈具，其中東看臺(tái)馬道安裝120套，西看臺(tái)馬道安裝132套;觀眾席照明共計(jì)安裝168套400 W燈具，其中東側(cè)馬道安裝78套，西側(cè)馬道安裝90套;體育場(chǎng)應(yīng)急照明共計(jì)安裝60套1 000 W燈具，其中東側(cè)馬道安裝30套，西側(cè)馬道安裝30套。

場(chǎng)地照明為體育照明專用燈具，外殼為高壓鑄鋁燈體，鍍玻璃膜高效反光3 mm耐高溫鋼化玻璃前窗，多種配光曲線可供選擇，后開(kāi)啟式，燈具附有刻度盤并可配套使用專用瞄準(zhǔn)鏡(主軸與燈具主光軸完全重合)，防護(hù)等級(jí)IP65，迎風(fēng)面積小，質(zhì)量輕，安全維護(hù)方便。配套2 000 W金屬鹵化物光源，功率因數(shù)不小于0.9。電器集中設(shè)置在看臺(tái)電氣用房，燈具有遠(yuǎn)距離觸發(fā)功能。

觀眾席照明400 W燈具為燈具電器一體，配套400 W金屬鹵化物光源，功率因數(shù)不小于0.9。

體育場(chǎng)應(yīng)急照明1 000 W燈具，配1 000 W鹵鎢燈作為應(yīng)急照明光源，可以瞬時(shí)點(diǎn)燃。

3.3 合理控制眩光

設(shè)計(jì)時(shí)，場(chǎng)地照明光帶的燈具安裝在雨棚的檢修馬道外側(cè)。按照《照明設(shè)計(jì)手冊(cè)》的要求，當(dāng)體育場(chǎng)照明為光帶布置時(shí)，光帶長(zhǎng)度不應(yīng)小于180 m，光帶距離體育場(chǎng)中心線的投射角不低于25°。為保持守門員及在角球區(qū)附近進(jìn)攻的球員有良好的視線，以球門線中心為基準(zhǔn)，底線兩側(cè)至少15°之內(nèi)不能布置照明裝置。根據(jù)這兩條要求，設(shè)計(jì)未考慮眩光因素光帶布置如圖1所示，設(shè)計(jì)考慮眩光因素光帶布置如圖2所示。

經(jīng)過(guò)計(jì)算后，通過(guò)調(diào)整燈具的配光曲線，在體育場(chǎng)內(nèi)抽取的9個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，眩光值完全滿足《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50034—2004)的要求。室外體育場(chǎng)所的不舒適眩光應(yīng)采用眩光值(GR)評(píng)價(jià)，有彩電轉(zhuǎn)播時(shí)，GR值不得超過(guò)50［11］。如表3所示。

3.4 合理設(shè)置場(chǎng)地照明及觀眾席照明控制

采用C-BUS數(shù)字式智能燈光控制系統(tǒng)，由數(shù)字控制模塊、數(shù)字控制鍵、PC機(jī)、數(shù)據(jù)線、電器箱構(gòu)成其物理結(jié)構(gòu)，運(yùn)行專用的控制軟件進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)各模式的智能控制及各項(xiàng)相關(guān)功能。馬道上的場(chǎng)地照明燈具為3燈一回路，各級(jí)照明可根據(jù)照度計(jì)算分別組合開(kāi)啟各回路燈具，以達(dá)到最佳照明效果。設(shè)置了6種模式。燈光控制室設(shè)置在西看臺(tái)四層，便于現(xiàn)場(chǎng)控制。

圖1 未考慮眩光光帶布置區(qū)域

圖2 考慮眩光影響燈具布置區(qū)域

表3 體育場(chǎng)內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)眩光值

4 結(jié)語(yǔ)

加蓬體育場(chǎng)于2011年11月竣工，并于2012年3月順利承辦2012年非洲杯決賽。體育場(chǎng)項(xiàng)目在經(jīng)濟(jì)援助中所占的份額不高，但建成后往往是中國(guó)援助的永久性標(biāo)志。援外體育場(chǎng)供配電設(shè)計(jì)，也應(yīng)結(jié)合受援國(guó)的實(shí)際情況。本文探討了在援外體育場(chǎng)設(shè)計(jì)中，如何合理設(shè)計(jì)供電電源及負(fù)荷等級(jí)，如何選擇高低壓柜、變壓器及備用電源，如何控制場(chǎng)地照明中的眩光等幾個(gè)比較重要的問(wèn)題，希望對(duì)別的工程設(shè)計(jì)有一定的借鑒。

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