室外跳水馆供配电系统分析

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1.前言

上海东方体育中心（OrientalSportsCenter），别名“海上皇冠”，是上海继世博会之后又一重大项目。项目运行至今已经成功举办了第14届国际泳联世界锦标赛、国际滑联短道速滑世界杯、国际滑联短道速滑世界锦标赛、冰上雅姿盛典等重大赛事和活动。下面作者就为大家简单介绍一下东方体育中心中室外跳水池的供配电设计。

2.项目概况

上海东方体育中心靠近世博园区，位于浦东黄浦江南延伸段的优越地段，项目总用地面积达34万平方米，工程于2008年开工至2010年底竣工，经过半年多的试运行后于2011年7月成功举办了第14届世游赛。项目共包括一座1.5万人的综合体育馆、5千人的游泳馆、5千人的室外跳水池和一栋15层的新闻中心办公楼，各个单体之间由室外大平台相连。其中室外跳水池为‘第14届国际泳联世界锦标赛’中跳水比赛场地，其建筑面积约10515平方米，建筑高度28.56米，地下一层地上三层，屋盖结构为一个“半月”形平面，在开放式的座席上，观众可在观赏跳水比赛的同时纵览浦江两岸的水岸景观。

3.负荷等级与供电电源

本项目设计目标为举办14届世游赛，定位为特级体育建筑。设计根据JGJ31-2003《体局建筑规范》第10.3.1条对建筑电力负荷等级做如下要求：（1）建筑内消防风机、消防水泵、应急照明、场地照明、主席台照明、贵宾室照明、扩声机房、计分室、升旗控制、赛事用房、新闻室、应急指挥、灯光控制、场地电源、竞赛办公、转播交接室、转播车、显示屏控制、通信机房、弱电间、消控中心用电为一级负荷中特别重要负荷；建筑内售票系统、生活泵房、电梯为二级负荷；其余动力、照明、空调属三级负荷。（2）为满足本工程特别重要负荷的供电要求，经上海建筑设计有限公司与供电局协商确定，由园区内35KV变电站提供3路10kv电源对本项目供电，其中＃1，＃2电源同时供电，各带50%负荷；＃3电源完全备用;要求三个电源互相独立，当一个电源发生故障时，另两个电源不应同时受到损坏。当＃1或＃2电源失压时，均由＃3电源自动投入供电。(不自复)必要时卸载减荷的顺序为：室外泛光,地下一层动力，一层动力,二层动力,园林用电。（3）本工程设置临时柴油发电机组配电柜衔接口，在遇到重大赛事时，可租用临时柴油发电机组负责向场地弱电系统、体育工艺重要负荷,以及消防设施等一、二级负荷提供应急电源，临时发电机应根据赛时组委会要求运行。机组应与电力系统连锁，不得与其并列运行。（4）对大空间应急照明以及重要场所、设备机房等，除采用二路电源自切外，另加EPS电源，以确保供电的可靠性。对弱电机房、消防控制中心、新闻室、计时计分设施，除供两路电源末端切换外，还将设置UPS电源系统。

4.供配电系统

4.1变配电所。（1）本项目变电所在一层.包括以下内容：a.10KV中置式高压开关柜；b.二台1000KVA变压器供照明、动力用电，采用非晶合金干式变压器及IP30外保护罩；c.插拔式低压配电柜；d.直流屏。（2）变配电所层高为4.915m，高压柜电缆采用下进下出线,低压柜电缆采用上进上出线。（3）高压室地坪高于外走道。1.15m，变电所设0.15m的门槛，并设有机械进、排风装置，并有防水、防潮措施。（4）变电所设备由综合体育馆车道运输进入。运输通道出入口净高不小于2.5m。4.2系统主接线高压系统采用单母线分段，其中两段各带50％负荷，第三段为备用回路。低压系统采用单母线分段并设母联开关，主开关及母联开关用电气加三锁二钥匙联锁方案，手动联络，机的眩光。（3）灯杆方向首先灯杆的位置拟设置在现设计的景观湖内，避免由于增加灯杆对于疏散平台、楼梯等的占用，同时灯杆的高度以最终满足同侧及跳台正面HDTV转播的高标准要求为准，高度在45米以上（与泳池水面的相对高度），数量为2个。照明标准必须满足HDTV的所有指标要求。（4）照明模式设计为游泳池部分水面照度达到300lx（不设置水下摄像系统，为保证救生员的观测要求），跳水池水面照度达到300lx同时满足HDTV及TV应急三个标准。（5）跳水比赛照度考虑一米跳板、三米跳板、十米跳台三种竞赛项目比赛转播所需照明垂直照度的要求。要求最大摄影距离25m时1.0m垂直面照度达到1000lx、最大摄影距离75m时1.0m垂直面照度达到1500lx。最终在施工图阶段，在中央电视台介入后经协商取消了场馆西侧的两个灯杆，确定采用单侧带状照明方式。平时分列运行，当一台主变检修或电源故障停电时，另一台主变可带一级负荷和二级负荷。4.3负荷计算摘要。TR1变压器TR2变压器容量：1000KVA容量：1000KVA变压器负荷率=84%变压器负荷率=85%4.4操作电源采用DC110V（40AH）。

5.低压配电及线路敷设方式

本项目至重要设备的低压配电线路，采用放射式配电方式；至一般设备的配电线路，采用放射与树干混合配电方式。所有一、二级负荷均设置双电源末端（ATS）自动切换，以确保供电的可靠性。设计中在配电路由上存在以下几个难点：（1）本项目采用临时租用车载式柴油发电机组，不设固定发电机房，故需与建筑专业提前考虑发电机位置。项目中大平台标高较多，多采用踏步形式，故需考虑车行道，在考虑发电机噪声影响的情况下使发电机应尽量靠近室外跳水池。经协商最终发电机位置定于变电所东侧约30米的室外，设计于靠近发电机侧隐蔽位置设户外配电柜一个，电缆由变电所经预埋管及大平台空腔内桥架引至配电柜后以断路器收头，方便今后与发电机对接。（2）室外跳水池建筑为东西两侧布置，东侧为主看台，西侧为露天看台、地下室，中间整个为跳水游泳池。这个布置导致东侧变电所往西边送电困难，经协商考虑美观健全性问题放弃开电缆沟的方案，采用电缆桥架经电缆井翻下后强、弱电电缆经4排共24根GG100预埋管引至西侧地下室。整个预埋管长度约为45米，施工空间又比较紧张体现了施工单位极强的施工能力。（3）室外跳水池屋面为脱离主建筑设计，强弱电桥架如果直接引上严重破坏美观。经过研究发现跳水池屋面构造立柱内部为钢结构空腔，钢结构外部又包裹了一层装饰构件，装饰构件与钢结构间存在最大550mm宽度的空间可以利用。最终设计利用屋面18根构造柱中选最大的两棵于一层开检修门，于一层设泛光照明配电箱，电缆桥架于装饰构件与钢结构间垂直敷设引至屋面，钢结构内的空间作为人员检修通道，完美的解决了电缆桥架上屋面难得问题。

6.场地照明

6.1初步设计阶段，业主对室外跳水池场地照明提出以下要求。（1）室外跳水池比赛场地照明按照永久性设施建设，采用单侧带状另一侧采用灯杆两种方式。（2）由于可做带状布灯的屋面偏低，因此在该侧的最终照明效果很难在照度、均匀度、眩光等多方面很难做到均衡，但考虑到转播和竞赛组织的实际使用需要，在此部分设计中必须优先考虑的设计元素是对于仲裁人员造成的眩光和摄像6.2电源及机房。本项目场地照明、场地应急照明均按一级负荷中特别重要负荷考虑。采用两路独立电源供电，外加柴油发电机作为第三电源，末端设转换开关自动切换。其中场地照明末端设设置双电源静态转换开关末端（STS）自动切换，有效防止电视转播时由于电源转换产生的瞬时停电现象。设计中于一层设约35m2的灯光控制室，控制室设有直接面对赛场的观察窗，内设场地照明、场地应急照双切箱及镇流器。图2灯光控制室布置图6.3灯具选择及安装根据《体育建筑设计规范》JGJ31-2003的要求，需要进行新闻摄影、电视转播的场所，场地照明应采用高效金属卤化物灯，显色指数Ra不应小于65。同时照明计算时的维护系数应取0.55（室外），室外照明计算尚应计入30%的大气吸收系数。设计中场地照明共采用SCG1000w金卤灯46套，总计算负荷为51.52kW。应急照明采用了24套Quartz1000w灯具，满足应急疏散的使用要求，计算负荷为24kW。SCG1000W灯具供电电压为三相380V；Quartz1000w灯具供电电压为单相220V。所有灯具于跳水池屋面环梁上采用4P和3P的支撑臂安装。

7.防雷接地

根据有关规定和该工程的实际情况,将室外跳水池作为二类防雷对象进行保护。防雷接地主要做法为由混凝土柱脚内至屋面的连续贯通的主钢结构桁架作为防雷引下线,采用两根Φ10圆钢把防雷引下线和基础接地系统搭接连通。通过防雷引下线将接地体与屋面接闪装置连续焊接贯通。利用屋面铝合金板以及上层张拉膜下的金属固定件作为接闪器。要求建筑物内钢结构主桁架、次桁架、钢龙骨、金属固定件、各种竖向金属管道、基础主钢筋以及屋面铝合金板焊接连通成可靠的电气通路。设计中主要有以下难点在与业主及防雷办沟通后得到了解决：（1）保护范围室外跳水池为半室外场馆，主看台在屋面防雷设施保护之下，而西侧露天看台是否要设防雷成为了一个问题。经过与业主沟通明确了雨天暂停比赛，或将观众疏散至主看台的方案。故露天看台作不设置防雷处理，并得到了防雷办的认可。非完全在屋面接闪器保护之下，是否需要增设避雷针需要进行计算。设计中我取二层看台中间位置最前端为最不利点，同时在此位置考虑一个身高2m的观众站立。二类防雷考虑45m的滚球，以滚球法计算得现有屋面接闪器已经能有效保护到此观众无需增设避雷针，此计算结果最终得到了防雷办的认可。

8.设计小结

特级体育建筑群，存在大量一、二级负荷。故在设计变电所时尽量考虑变压器负载率在80%以下，满足当一台变压器故障情况下另一台变压器能带所有一、二级负荷。同时在设计后期在规范要求之外通常还会增加大量的用电负荷，故在考虑变压器余量的同时应考虑预留足够的备用回路。在设计中后期增加的电源主要有如下几处：（2）接闪器设置俯瞰跳水馆屋面，为18个大三角形上覆铝合金板的结构立柱构成，立柱间为张拉膜结构，膜下设钢结构桁架。按规范铝合金板及张拉膜下钢结构桁架均可利用做接闪器，且满足二类防雷建筑接闪器组成不大于10mX10m网格的要求。但利用张拉膜下钢结构桁架做接闪器遇雷暴天气将引起张拉膜被打坏的情况，如需避免此类情况则必须于张拉膜上方敷设避雷带，大大影响美观。张拉膜结构为国际上体育建筑常用材料，在反复研究考察之后，项目指挥部决定不考虑保护张拉膜被雷击的情况，即不在张拉膜上方再设接闪器。（3）是否设避雷针体育建筑一大特点就是赛时人员密集，保护人员安全非常重要，同时顾及到标志性建筑的美观。本项目中主看台并（1）二层看台增加新闻记者区配电箱，考虑40台电脑的用电量（2）跳水馆室外大平台考虑3个移动宏基站（30KW×3），实际也存在自带电源的移动宏基站，设计师需与业主提前沟通。（3）大平台在平时需考虑举办大型演出活动，设计需与业主提前沟通预留相关管线与用电量。

作者:张逸峰

参考文献

[1]《供配电系统设计规范》GB50052-95.

[2]《低压配电设计规范》GB50054-95.

[3]《民用建筑电气设计规范》JGJ/16-2008.

[4]《建筑照明设计标准》GB5034-2004.

[5]《体育场馆照明设计及检测标准》JGJ/153-2007.