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体育建筑就其建筑形式与功能需求,较其他类型的建筑物有其复杂性与多变性.电气专业不仅需要深入了解工程在实际运行中对不同时期的功能变化需求,努力结合建筑物特殊的结构形式,还需要与其他各专业紧密配合,充分考虑各系统之间的关系,才能制定出合理的电气设计方案.
体育场馆的功能需求分析
现代体育场馆已经不再是以往意义上单纯比赛用途的场馆了,它是一个集合比赛、演出、娱乐、休闲、商业、餐饮、展览、办公于一身的多功能建筑综合体.大型的比赛功能虽然在日后的实际使用几率相对较低,但就其重要性却排在所有用途之首.一个场馆的所有功能,均要以满足比赛功能为前提进行拓展和补充.
在本工程建设之初,场馆的赛事使用功能及需要达到级别标准就已确定.体育馆被定为世界大学生运动会乒乓球主赛场地,体育场作为其足球比赛的预赛场地,游泳馆仅作为群众文化娱乐休闲场地使用.根据《体育建筑设计规范》中的要求,考虑到整个体育中心的建筑规模,和体育馆的比赛级别标准,决定最终将本工程整体列为特级体育建筑.当现场施工进入到后期阶段,大运会组委会决定将体育场调整为开幕式举办场地,同时发布了大运会《供配电设计导则》.《导则》中对特级体育场馆的级别做出了新的解释,新增了“凡举办开闭幕式的场馆,均按特级场馆考虑,与体育竞赛的级别无关,其与比赛相关联部分的供配电系统设置仍然按赛事级别的划分确定”的条款.根据上述规定,本工程体育场部分属于《导则》要求中的特级体育建筑标准,同时必须设置柴油发电机组作为后备电源.
体育场馆电气设计要点
设计要点有以下几点：①根据体育场级别确定供电方案,同时了解当地供电局对高压系统的设计要求.②了解大运会对场馆电力系统的需求.③根据业态的多变性合理调整变压器容量的设置数量.④以比赛功能为前提,调整电气主机房、竖井位置.◎结合建筑体系,合理设置线路走向.⑥根据比赛级别的要求,合理设置场地灯光的照明方式.⑦赛时各弱电系统的统一协调.⑧大空间区域的消防报警系统分析.
电气系统分析
1供电方案
作为特级体育场馆,电源供电等级属于特别重要负荷用户.其对供电电源的要求是：必须考虑一路电源系统在检修或故障的同时,另一路电源系统有发生故障的可能,此时,电力系统需取自第三路电源或自备电源.
在供电方案确定之初,我们借鉴了多个奥运场馆及亚运会场馆的高压供电方案,总结了特级体育场馆的常用的供电方案多采用10kV三路供电或四路供电的两种形式.无论是哪种主接线方案,其均可以根据末端系统的供电需求,采用站间单相或双向联络,增设合环功能,提高供电连续性.
经过计算,确定了本工程变压器总装机容量为23300kVA,在结合自身用电容量的前提情况下,考虑到10kV外电源数量限制和节约投资等因素,我们认为深圳湾体育中心的10kV供电回路可以采用3路10kV电源进线,两用一备的供电方式,两路运行的高压电缆各自承担50％的用电负荷.同时设置2台1600kW永久柴油发电机为特别重要负荷提供第三路后备电源,系统主接线.在正式发电前,经多方协调,当地供电部门最终决定,在柴油发电机组设置原则不变的基础上,将10kV外电源增加至4路,并引自两个不同的110kV变电所,两两一组,互为备用.同时为1－1＃,2－2＃电源进线(两个不同110kV变电所引来的电源)间增设了母联开关,提高了8#段高压母线(即体育场10kV供电电源)的供电可靠性.4路进线较3路进线,降低了单路电源所承担的用电容量,提高了供电的可靠性,将原系统的N－1备用方式提高到互为备用方式.充分满足比赛场地照明、重要人员活动区域照明、应急照明、计时记分系统,计算机系统、通信系统、扩声系统、新闻转播、安全防范系统,消防设施等特别重要负荷的供电需求.
2变压器选型
体育场馆设计中在考虑满足比赛、演出等多功能、大负荷用电需求的同时,也要考虑保证场馆在平时无大型活动时,变压器的经济合理运行,避免出现场馆淡季的变压器负载率低的情况发生.这一点,影响了电气专业最终确定变压器的设置数量和容量.
我们结合建筑专业平面设计与经营者提供的业态分析,从中发现,经营者对非重大活动时期的业态使用需求考虑得十分全面.整个体育场馆周围,基本均被商业、餐饮、休闲所所包围,经过对周围商业运营用电、演出用电和比赛赛事用电的负荷容量分析,认为三种业态在分时期运营时的用电负荷基本可以持平,并未同时占用变压的容量资源.这种合理的业态功能设置,为变压器的设计、运行与使用创造了良好的条件.避免了以往设计中需要单独设置平时变压器或演出变压器的情况.
本工程最终为能源中心提供了2台2000kVA和2台1600kVA变压器,为体育场提供了4台1000kVA变压器,为体育馆提供了4台1 600kVA变压器,为热身及游泳馆提供了2台1600kVA变压器,为运动员公寓提供了2台1250kVA变压器.
这里值得一提的是演出用电.经过对多个场馆的现场调研,咨询了曾经承接过大型文艺演出或个人专场演出的承办单位,从中发现,演出形式的不同,对用电负荷的需求变动幅值较大,很难用单一数据概括.但却一致反映,演出方提出的电量需求远大于最终使用的实际用电数据.而且,随着LED等绿色光源在演出照明中的广泛应用,我们发现根据变电所实测的数据,近期的演出照明用电量大幅度降低.经过对各数据的分析和与多家演出单位的协商,本工程最终确定为体育场、馆各预留1600kW出线电源容量,采用临时电缆的方式将电源预留至马道和场地内四周.变压器选型时,我们降低演出照明计算负荷的需用系数.同时,针对开、闭幕式文艺表演采用临时租用柴油发电机供电,变压器仅作为备用电源的普遍情况,在本次设计中未考虑开闭幕式的演出容量对变压器容量设置的影响.
3继电保护
根据组委会供配电电导则的要求,除低压主进装设30％欠电压保护外,其余继电保护和系统配置均按常规设计,实现重要数据遥测遥信功能.
4机房设置
体育建筑体态庞大,结构形式多变,建筑功能分区不规整,所以造成电气设计中的线路多而零散、敷设路由不通畅,翻转情况增多,电气竖井形状不规则等一系列不利因素的产生.为满足电气设计的合理性,主机房与竖井的设置位置尤为重要.本工程高压总变配电所设置于体育场首层,并根据对负荷性质、建筑分区及供电半径等多重因素的考虑,设置了能源中心变配电所,体育场1#,2#变电所,体育馆变电所,游泳馆与热身馆变电所,运动员公寓变电所.根据当地供电部门的要求,本工程的变压器设置在独立的变压器室内,高低压配电柜全部采用下进下出方式.为方便电缆的敷设与检修,提高首层建筑空间高度,在体育场地下一层设置了综合管廊层,全部变电所至竖井和场地内的各主干线路均敷设在管廊内.对于弱电机房来讲,由于光纤的大范围应用,因此提高了对线路的敷设长度限制要求.对常规弱电系统来讲,系统设置难度并未提高.新增的赛事弱电机房包括电视转播,计
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