援加蓬體育場項目供配電系統(tǒng)及場地照明設(shè)計

韓 松

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司建筑工程設(shè)計研究院，北京 100055)

1 體育場概況

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

2 供配電系統(tǒng)設(shè)計

2.1 合理設(shè)計供電電源

根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》(JGJ16—2008)3.2.2 條及 9.8.2.2 條，甲級體育場應(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、二級負(fù)荷供電的可靠性，選擇柴油發(fā)電機組作為第二路電源。本項目的主要負(fù)荷集中在東西看臺，從節(jié)能的角度，為了減小供電半徑，分別在東西看臺設(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。

由于場地照明，大屏等與轉(zhuǎn)播相關(guān)的電氣設(shè)備對供電可靠性要求高，在斷電后，場地照明燈具再次點燃、大屏重新恢復(fù)開啟均需要較長時間，因此在實況比賽直播時，采取由柴油發(fā)電機直接供電，市電作為備用，這樣供電可靠性更高，更合理。本次設(shè)計柴油發(fā)電機的選擇可以滿足上述設(shè)備的使用要求。

2.2 合理設(shè)計負(fù)荷等級分類

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

設(shè)計中一級負(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，末端自動切換。二級負(fù)荷由變電所引一路專用電源，一路電源故障時，變電所母聯(lián)閉合，滿足其用電要求，三級負(fù)荷設(shè)失壓脫扣裝置，一路電源故障時，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，元器件由歐洲進口。為了便于交付使用后外方的設(shè)備保養(yǎng)維護，本次設(shè)計選用的高壓柜型號為施耐德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面進線柜，1面電壓互感器柜，1面聯(lián)絡(luò)柜，1面計量柜，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)向西看臺及北看臺的用電設(shè)備供電。東區(qū)變配電室負(fù)責(zé)向東看臺及南看臺的用電設(shè)備供電。

2.3.2 變壓器的選擇

由于體育場轉(zhuǎn)播賽事不多，而體育場比賽及表演期間的臨時負(fù)荷，如記者席用電，場地LED廣告用電及文藝表演等用電，容量大且很少使用，若計算變壓器容量時包括此部分負(fù)荷，會提高維護成本和安裝費用，既不經(jīng)濟又不合理。因此該部分負(fù)荷用電由臨時租用發(fā)電機解決，節(jié)約了投資。

西區(qū)的一二級負(fù)荷為1 281 kW，三級負(fù)荷為852 kW。東區(qū)一二級負(fù)荷為546 kW，三級負(fù)荷為544 kW。為保證供電可靠性，在西東區(qū)各設(shè)置了2臺變壓器。為了使變壓器的運行最為經(jīng)濟，選擇變壓器時需確保變壓器的負(fù)載率在60% ～70%;同時為了保證供電可靠性，當(dāng)一臺變壓器故障時，本區(qū)的另一臺變壓器可以滿足本區(qū)全部一二級負(fù)荷用電需求。根據(jù)這兩個原則，經(jīng)過計算(表 1)，在西區(qū)設(shè)置了 2臺1 000 kVA變壓器，在東區(qū)設(shè)置了2臺630 kVA變壓器。每個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)開關(guān)。聯(lián)絡(luò)開關(guān)設(shè)自投自復(fù)/自投不自復(fù)/手動3種工作方式。三級負(fù)荷饋出開關(guān)帶失壓跳閘裝置。

表1 變壓器負(fù)荷計算

2.4 合理選擇柴油發(fā)電機組及備用電源

按照《民用建筑電氣設(shè)計規(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］。如果在事故時沒有有效的應(yīng)急照明及疏散指示系統(tǒng)，將會造成非常嚴(yán)重的后果。所以，在設(shè)計中設(shè)置了獨立的應(yīng)急照明系統(tǒng)。應(yīng)急照明由柴油發(fā)電機作為備用電源，各弱電機房分別設(shè)置了UPS作為機房的不間斷供電電源。

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

表2 柴油發(fā)電機負(fù)荷計算

3 場地照明設(shè)計

3.1 合理設(shè)置場地照明配電室

結(jié)合體育場東西看臺鋼結(jié)構(gòu)雨棚，場地照明布置方式采用了兩側(cè)光帶照明。在西看臺的四層，東看臺的三層各設(shè)置了兩個場地照明配電室。每個照明配電室內(nèi)設(shè)置了一個觀眾席照明配電箱，應(yīng)急照明配電箱，場地照明配電箱。鎮(zhèn)流器柜置于場地照明配電室內(nèi)。雨棚上最遠(yuǎn)處的場地照明燈具距離每個配電室不超過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。

3.2 合理選擇光源與燈具

場地照明選用了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點燃，因此場地照明的應(yīng)急照明選用了可以瞬時點燃的1 kW鹵鎢燈光源。

場地照明為雙側(cè)光帶式，在體育場雨棚前沿馬道上安裝照明燈具。由于東西看臺雨棚高度不同，設(shè)計時充分考慮場地特點，通過照度計算，場地照明共計安裝252套2 000 W燈具，其中東看臺馬道安裝120套，西看臺馬道安裝132套;觀眾席照明共計安裝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;體育場應(yīng)急照明共計安裝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)，防護等級IP65，迎風(fēng)面積小，質(zhì)量輕，安全維護方便。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，可以瞬時點燃。

3.3 合理控制眩光

設(shè)計時，場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)計手冊》的要求，當(dāng)體育場照明為光帶布置時，光帶長度不應(yīng)小于180 m，光帶距離體育場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)計未考慮眩光因素光帶布置如圖1所示，設(shè)計考慮眩光因素光帶布置如圖2所示。

經(jīng)過計算后，通過調(diào)整燈具的配光曲線，在體育場內(nèi)抽取的9個觀測點，眩光值完全滿足《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB50034—2004)的要求。室外體育場所的不舒適眩光應(yīng)采用眩光值(GR)評價，有彩電轉(zhuǎn)播時，GR值不得超過50［11］。如表3所示。

3.4 合理設(shè)置場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、數(shù)據(jù)線、電器箱構(gòu)成其物理結(jié)構(gòu)，運行專用的控制軟件進行操作，實現(xiàn)各模式的智能控制及各項相關(guān)功能。馬道上的場地照明燈具為3燈一回路，各級照明可根據(jù)照度計算分別組合開啟各回路燈具，以達到最佳照明效果。設(shè)置了6種模式。燈光控制室設(shè)置在西看臺四層，便于現(xiàn)場控制。

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 體育場內(nèi)觀測點眩光值

4 結(jié)語

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

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