室外跳水館供配電系統分析

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1.前言

上海東方體育中心（OrientalSportsCenter），別名“海上皇冠”，是上海繼世博會之后又一重大項目。項目運行至今已經成功舉辦了第14屆國際泳聯世界錦標賽、國際滑聯短道速滑世界杯、國際滑聯短道速滑世界錦標賽、冰上雅姿盛典等重大賽事和活動。下面作者就為大家簡單介紹一下東方體育中心中室外跳水池的供配電設計。

2.項目概況

上海東方體育中心靠近世博園區，位于浦東黃浦江南延伸段的優越地段，項目總用地面積達34萬平方米，工程于2008年開工至2010年底竣工，經過半年多的試運行后于2011年7月成功舉辦了第14屆世游賽。項目共包括一座1.5萬人的綜合體育館、5千人的游泳館、5千人的室外跳水池和一棟15層的新聞中心辦公樓，各個單體之間由室外大平臺相連。其中室外跳水池為‘第14屆國際泳聯世界錦標賽’中跳水比賽場地，其建筑面積約10515平方米，建筑高度28.56米，地下一層地上三層，屋蓋結構為一個“半月”形平面，在開放式的座席上，觀眾可在觀賞跳水比賽的同時縱覽浦江兩岸的水岸景觀。

3.負荷等級與供電電源

本項目設計目標為舉辦14屆世游賽，定位為特級體育建筑。設計根據JGJ31-2003《體局建筑規范》第10.3.1條對建筑電力負荷等級做如下要求：（1）建筑內消防風機、消防水泵、應急照明、場地照明、主席臺照明、貴賓室照明、擴聲機房、計分室、升旗控制、賽事用房、新聞室、應急指揮、燈光控制、場地電源、競賽辦公、轉播交接室、轉播車、顯示屏控制、通信機房、弱電間、消控中心用電為一級負荷中特別重要負荷；建筑內售票系統、生活泵房、電梯為二級負荷；其余動力、照明、空調屬三級負荷。（2）為滿足本工程特別重要負荷的供電要求，經上海建筑設計有限公司與供電局協商確定，由園區內35KV變電站提供3路10kv電源對本項目供電，其中＃1，＃2電源同時供電，各帶50%負荷；＃3電源完全備用;要求三個電源互相獨立，當一個電源發生故障時，另兩個電源不應同時受到損壞。當＃1或＃2電源失壓時，均由＃3電源自動投入供電。(不自復)必要時卸載減荷的順序為：室外泛光,地下一層動力，一層動力,二層動力,園林用電。（3）本工程設置臨時柴油發電機組配電柜銜接口，在遇到重大賽事時，可租用臨時柴油發電機組負責向場地弱電系統、體育工藝重要負荷,以及消防設施等一、二級負荷提供應急電源，臨時發電機應根據賽時組委會要求運行。機組應與電力系統連鎖，不得與其并列運行。（4）對大空間應急照明以及重要場所、設備機房等，除采用二路電源自切外，另加EPS電源，以確保供電的可靠性。對弱電機房、消防控制中心、新聞室、計時計分設施，除供兩路電源末端切換外，還將設置UPS電源系統。

4.供配電系統

4.1變配電所。（1）本項目變電所在一層.包括以下內容：a.10KV中置式高壓開關柜；b.二臺1000KVA變壓器供照明、動力用電，采用非晶合金干式變壓器及IP30外保護罩；c.插拔式低壓配電柜；d.直流屏。（2）變配電所層高為4.915m，高壓柜電纜采用下進下出線,低壓柜電纜采用上進上出線。（3）高壓室地坪高于外走道。1.15m，變電所設0.15m的門檻，并設有機械進、排風裝置，并有防水、防潮措施。（4）變電所設備由綜合體育館車道運輸進入。運輸通道出入口凈高不小于2.5m。4.2系統主接線高壓系統采用單母線分段，其中兩段各帶50％負荷，第三段為備用回路。低壓系統采用單母線分段并設母聯開關，主開關及母聯開關用電氣加三鎖二鑰匙聯鎖方案，手動聯絡，機的眩光。（3）燈桿方向首先燈桿的位置擬設置在現設計的景觀湖內，避免由于增加燈桿對于疏散平臺、樓梯等的占用，同時燈桿的高度以最終滿足同側及跳臺正面HDTV轉播的高標準要求為準，高度在45米以上（與泳池水面的相對高度），數量為2個。照明標準必須滿足HDTV的所有指標要求。（4）照明模式設計為游泳池部分水面照度達到300lx（不設置水下攝像系統，為保證救生員的觀測要求），跳水池水面照度達到300lx同時滿足HDTV及TV應急三個標準。（5）跳水比賽照度考慮一米跳板、三米跳板、十米跳臺三種競賽項目比賽轉播所需照明垂直照度的要求。要求最大攝影距離25m時1.0m垂直面照度達到1000lx、最大攝影距離75m時1.0m垂直面照度達到1500lx。最終在施工圖階段，在中央電視臺介入后經協商取消了場館西側的兩個燈桿，確定采用單側帶狀照明方式。平時分列運行，當一臺主變檢修或電源故障停電時，另一臺主變可帶一級負荷和二級負荷。4.3負荷計算摘要。TR1變壓器TR2變壓器容量：1000KVA容量：1000KVA變壓器負荷率=84%變壓器負荷率=85%4.4操作電源采用DC110V（40AH）。

5.低壓配電及線路敷設方式

本項目至重要設備的低壓配電線路，采用放射式配電方式；至一般設備的配電線路，采用放射與樹干混合配電方式。所有一、二級負荷均設置雙電源末端（ATS）自動切換，以確保供電的可靠性。設計中在配電路由上存在以下幾個難點：（1）本項目采用臨時租用車載式柴油發電機組，不設固定發電機房，故需與建筑專業提前考慮發電機位置。項目中大平臺標高較多，多采用踏步形式，故需考慮車行道，在考慮發電機噪聲影響的情況下使發電機應盡量靠近室外跳水池。經協商最終發電機位置定于變電所東側約30米的室外，設計于靠近發電機側隱蔽位置設戶外配電柜一個，電纜由變電所經預埋管及大平臺空腔內橋架引至配電柜后以斷路器收頭，方便今后與發電機對接。（2）室外跳水池建筑為東西兩側布置，東側為主看臺，西側為露天看臺、地下室，中間整個為跳水游泳池。這個布置導致東側變電所往西邊送電困難，經協商考慮美觀健全性問題放棄開電纜溝的方案，采用電纜橋架經電纜井翻下后強、弱電電纜經4排共24根GG100預埋管引至西側地下室。整個預埋管長度約為45米，施工空間又比較緊張體現了施工單位極強的施工能力。（3）室外跳水池屋面為脫離主建筑設計，強弱電橋架如果直接引上嚴重破壞美觀。經過研究發現跳水池屋面構造立柱內部為鋼結構空腔，鋼結構外部又包裹了一層裝飾構件，裝飾構件與鋼結構間存在最大550mm寬度的空間可以利用。最終設計利用屋面18根構造柱中選最大的兩棵于一層開檢修門，于一層設泛光照明配電箱，電纜橋架于裝飾構件與鋼結構間垂直敷設引至屋面，鋼結構內的空間作為人員檢修通道，完美的解決了電纜橋架上屋面難得問題。

6.場地照明

6.1初步設計階段，業主對室外跳水池場地照明提出以下要求。（1）室外跳水池比賽場地照明按照永久性設施建設，采用單側帶狀另一側采用燈桿兩種方式。（2）由于可做帶狀布燈的屋面偏低，因此在該側的最終照明效果很難在照度、均勻度、眩光等多方面很難做到均衡，但考慮到轉播和競賽組織的實際使用需要，在此部分設計中必須優先考慮的設計元素是對于仲裁人員造成的眩光和攝像6.2電源及機房。本項目場地照明、場地應急照明均按一級負荷中特別重要負荷考慮。采用兩路獨立電源供電，外加柴油發電機作為第三電源，末端設轉換開關自動切換。其中場地照明末端設設置雙電源靜態轉換開關末端（STS）自動切換，有效防止電視轉播時由于電源轉換產生的瞬時停電現象。設計中于一層設約35m2的燈光控制室，控制室設有直接面對賽場的觀察窗，內設場地照明、場地應急照雙切箱及鎮流器。圖2燈光控制室布置圖6.3燈具選擇及安裝根據《體育建筑設計規范》JGJ31-2003的要求，需要進行新聞攝影、電視轉播的場所，場地照明應采用高效金屬鹵化物燈，顯色指數Ra不應小于65。同時照明計算時的維護系數應取0.55（室外），室外照明計算尚應計入30%的大氣吸收系數。設計中場地照明共采用SCG1000w金鹵燈46套，總計算負荷為51.52kW。應急照明采用了24套Quartz1000w燈具，滿足應急疏散的使用要求，計算負荷為24kW。SCG1000W燈具供電電壓為三相380V；Quartz1000w燈具供電電壓為單相220V。所有燈具于跳水池屋面環梁上采用4P和3P的支撐臂安裝。

7.防雷接地

根據有關規定和該工程的實際情況,將室外跳水池作為二類防雷對象進行保護。防雷接地主要做法為由混凝土柱腳內至屋面的連續貫通的主鋼結構桁架作為防雷引下線,采用兩根Φ10圓鋼把防雷引下線和基礎接地系統搭接連通。通過防雷引下線將接地體與屋面接閃裝置連續焊接貫通。利用屋面鋁合金板以及上層張拉膜下的金屬固定件作為接閃器。要求建筑物內鋼結構主桁架、次桁架、鋼龍骨、金屬固定件、各種豎向金屬管道、基礎主鋼筋以及屋面鋁合金板焊接連通成可靠的電氣通路。設計中主要有以下難點在與業主及防雷辦溝通后得到了解決：（1）保護范圍室外跳水池為半室外場館，主看臺在屋面防雷設施保護之下，而西側露天看臺是否要設防雷成為了一個問題。經過與業主溝通明確了雨天暫停比賽，或將觀眾疏散至主看臺的方案。故露天看臺作不設置防雷處理，并得到了防雷辦的認可。非完全在屋面接閃器保護之下，是否需要增設避雷針需要進行計算。設計中我取二層看臺中間位置最前端為最不利點，同時在此位置考慮一個身高2m的觀眾站立。二類防雷考慮45m的滾球，以滾球法計算得現有屋面接閃器已經能有效保護到此觀眾無需增設避雷針，此計算結果最終得到了防雷辦的認可。

8.設計小結

特級體育建筑群，存在大量一、二級負荷。故在設計變電所時盡量考慮變壓器負載率在80%以下，滿足當一臺變壓器故障情況下另一臺變壓器能帶所有一、二級負荷。同時在設計后期在規范要求之外通常還會增加大量的用電負荷，故在考慮變壓器余量的同時應考慮預留足夠的備用回路。在設計中后期增加的電源主要有如下幾處：（2）接閃器設置俯瞰跳水館屋面，為18個大三角形上覆鋁合金板的結構立柱構成，立柱間為張拉膜結構，膜下設鋼結構桁架。按規范鋁合金板及張拉膜下鋼結構桁架均可利用做接閃器，且滿足二類防雷建筑接閃器組成不大于10mX10m網格的要求。但利用張拉膜下鋼結構桁架做接閃器遇雷暴天氣將引起張拉膜被打壞的情況，如需避免此類情況則必須于張拉膜上方敷設避雷帶，大大影響美觀。張拉膜結構為國際上體育建筑常用材料，在反復研究考察之后，項目指揮部決定不考慮保護張拉膜被雷擊的情況，即不在張拉膜上方再設接閃器。（3）是否設避雷針體育建筑一大特點就是賽時人員密集，保護人員安全非常重要，同時顧及到標志性建筑的美觀。本項目中主看臺并（1）二層看臺增加新聞記者區配電箱，考慮40臺電腦的用電量（2）跳水館室外大平臺考慮3個移動宏基站（30KW×3），實際也存在自帶電源的移動宏基站，設計師需與業主提前溝通。（3）大平臺在平時需考慮舉辦大型演出活動，設計需與業主提前溝通預留相關管線與用電量。

作者:張逸峰

參考文獻

[1]《供配電系統設計規范》GB50052-95.

[2]《低壓配電設計規范》GB50054-95.

[3]《民用建筑電氣設計規范》JGJ/16-2008.

[4]《建筑照明設計標準》GB5034-2004.

[5]《體育場館照明設計及檢測標準》JGJ/153-2007.