第16届全运会冬奥会体育场供配电系统的改造设计

第16届全运会冬奥会体育场供配电系统的改造设计

2010年11月16日，第16届中国青年协会在广州举行。本着节俭办亚运的原则,在亚运会筹办过程中,仅新建了少量的体育场馆,大量的体育场馆都是利用旧场馆改造,以满足亚运会比赛和训练要求。广州市设计院承担了广州国际体育演艺中心、广州亚运城运动员村国际区、天河体育场及其副场、天河体育中心游泳馆、天河体育馆、天河棒球场、天河体育中心羽毛球管理中心、黄埔体育场及其副场、越秀山体育场、越秀游泳场、工人体育场、大学城中山大学体育馆、广州马术比赛场等共十几个项目的设计工作,其中有些场馆是新建的,有些是旧场馆改造的。笔者有幸参加了天河体育场及其副场、天河体育中心游泳馆、天河体育中心羽毛球管理中心、黄埔体育场及其副场的改造设计。1场馆现状调研和设计背景根据《第16届亚洲运动会竞赛场地和器材技术要求与标准》和《第16届亚运会亚运场馆供配电设计导则(试行稿)》,天河体育场为特级亚运场馆,举办足球决赛,场地照明需满足高清转播的要求;天河体育中心游泳馆为甲A级亚运场馆,举办水球比赛,场地照明需满足标清转播的要求;黄埔体育场为甲A级亚运场馆,举办足球比赛(小组),场地照明需满足标清转播的要求。和新建体育场馆相比,改造场馆由于受到现状条件的制约,改造难度较大。场馆改造首先需进行项目前期的现状调研,了解电气设备用房的位置和面积的现状;了解现有供配电设备的运行和使用情况、设备寿命、使用过程中存在的缺陷;了解现有场地照明系统中灯具的使用情况、灯具备品的供应情况、场地的照度水平;了解智能化系统和比赛专用系统的配置情况等基础信息。在现状调研的基础上,对照现行规范、改造需求(亚组委对场馆的要求),进行有针对性的改造设计。下面对天河体育场、天河体育中心游泳馆、黄埔体育场供配电系统、场地照明的现状调研,以及对供配电系统和场地照明系统的改造进行探讨。2当前研究2.1高尔夫球场场地照明总体规划天河体育场建成于1987年8月,是改革开放后国内第一个大型体育设施,是第六届全运会开幕式和闭幕式的主会场,也是九运会的主赛场,举办了第一届女子足球世界杯赛。天河体育场为特级体育建筑,场地总面积49119.75m2,建筑面积65600m2,观众席为60151座,以足球项目为主,田径为辅。体育场变配电房独立设置于体育场外的西南侧,由总高压配电房引来4路10kV电源,设有4台1000kVA的有载调压干式变压器,主要供给体育场、体育场副场的用电;高低压变配电设备大部分均使用超过20年以上,设备陈旧老化;用电高峰时会出现跳闸,根据需要限制用电,未设置应急电源。配电现状无法满足赛时功能用房的使用要求,且与现行规范要求存在一定的差距。体育场场地照明采用两侧布置,灯具安装于东、西雨棚上方的灯架上,灯具最高安装高度为36m,最低为28m。灯光控制室位于西看台的顶层。原设计场地照明水平照度为2000lx,垂直照度为1500lx,场地照明系统2001年改造过,更换了部分灯具和光源。但总体上灯具和光源陈旧老化,且有部分损坏,场地照度偏低。未设置比赛照明的应急电源,未设置智能照明控制系统。2.2减少跳台使用天河体育中心游泳馆位于天河体育中心的东南角,为甲A级体育建筑,曾成功地举办过1987年的第六届全运会游泳、花样游泳、跳水、水球项目比赛,1988年的亚洲游泳锦标赛,1996年的第十届世界杯青年跳水锦标赛,1997年第八届世界杯花样游泳比赛,以及2001年第九届全运会游泳和花样游泳比赛。2003年对跳台进行了改造,增设了5m和10m的双人跳台,基本能满足举办各种国际大赛的需要。平时用于大众健身及游泳运动。游泳馆变配电房独立设置于馆外东北侧,由总高压配电房引来2路10kV电源,设置2台1600kVA变压器。该变配电房在2001年九运会举办前夕已改造过一次,配电设备使用正常,未设置应急电源。场内比赛灯光至今使用已超过20年,部分灯具已损坏。场地照明灯具均装设在马道上,灯光控制室位于东侧夹层,该处兼作场地照明的配电间。2.3场地配电房、照明设施设计黄埔体育场建于2001年,是2001年第九届全运会女子足球赛场,全运会后黄埔体育场举办过多次国际级足球比赛和大型活动,同时也是中国女足的主要训练场所。黄埔体育场为甲A级体育建筑,占地面积约36000m2,建筑面积约16000m2。变配电房位于体育场北侧的地下一层,设有高压配电房、变压器房、低压配电房、发电机房等。有两路10kV电源进线,两路电源同时使用,互为备用。设有4台800kVA(TA1～TA4)的干式变压器,分成两组。TA4的低压配电母线分为正常配电母线和应急配电母线,预留一台512kW的发电机组接口。所有配电设备使用正常。体育场场地照明采用4灯塔布置,每个灯塔安装60套2000W金卤灯,同时在东、西雨棚下方另设有灯光马道。灯光控制室位于西看台的顶层。原设计场地照明水平照度为1500lx,灯具和光源陈旧老化,且有部分损坏,场地实测照度偏低。未设置比赛照明的应急电源,场地照明控制系统已损坏。3供配电系统设计根据现状调研的分析,结合《第16届亚洲运动会竞赛场地和器材技术要求与标准》、《第16届亚运会亚运场馆供配电设计导则(试行稿)》和现行国家规范的要求,对天河体育场、天河体育中心游泳馆、黄埔体育场的供配电系统进行改造设计。3.1应急电网应急发电机天河体育场的高低压配电设备需全部更换,整个供配电系统重新设计。体育中心总高压配电房统一引入4路10kV独立电源,使整个体育中心的电源满足规范和亚运会要求。体育场设置4台2000kVA的干式变压器,其10kV电源分别引自总高压配电房4段10kV配电母线。另外设置3台备用发电机组(采用临时发电机),其中临时发电机G1为1600kW,接入特别重要负荷应急母线;临时发电机G2为480kW,接入一级负荷应急母线;临时发电机G3为600kW,接入场地照明应急母线(按场地照明容量的50%考虑)。改造以后的低压配电系统示意如图1所示。3.2增设临时发电机天河体育中心游泳馆的配电系统需进行局部改造,保留原有的17台配电柜;保留在游泳馆改造中未涉及到的使用回路;对于游泳馆改造中需要继续使用的回路,尽量利用原有的回路,部分回路调整开关的整定值或更换开关;同时,根据配电系统的需要,增设三面新的配电柜12D9、13D10、GD1(临时发电机的配电柜)及其1250A联络母线槽。系统改造后,增设2台备用发电机组(采用临时发电机),其中临时发电机G1为600kW,接入一级负荷应急母线;临时发电机G2为280kW,接入场地照明应急母线(按场地照明容量的50%考虑)。改造以后的变配电房平面布置如图2所示。3.3临时发电机系统接入低压配电系统针对调研现状,黄埔体育场的供配电系统基本上不需要作大的改造,仅需对原有的低压配电系统的少量回路进行调整,增加应急电源的配电柜。系统改造后,增设2台备用发电机组(采用临时发电机),其中临时发电机G1为512kW,接入原有低压配电系统一级负荷应急母线;临时发电机G2为320kW,接入场地照明应急母线(按场地照明容量的50%考虑)。改造以后的低压配电系统示意如图3所示。3.4河体育中心类型就供配电系统改造而言,根据现状调研的资料,天河体育场是全面改造,全部更新;而天河体育中心游泳馆是局部改造;黄埔体育场则是少量的修改,保留原有的供配电系统。4对场地照明系统进行改造的必要性根据对现状调研的分析,结合《第16届亚运会场馆建设项目亚运要求(试行稿)》、《第16届亚运会亚运场馆供配电设计导则(试行稿)》和现行国家规范的要求,对天河体育场、天河体育中心游泳馆、黄埔体育场的场地照明系统进行改造,尽量利用现有土建的条件,减少和避免对建筑结构的影响。4.1场地照明及观众席照明场地照明改造,结合场地空间及屋顶结构形式,并配合屋顶高度变化,采用光带布灯方式,灯具安装在雨棚上3.5m高的专用照明马道上。看台照明及应急照明安装于雨棚下方新增的音响灯光马道上。本次改造,场地照明共安装304套2000W大功率高显色性紧凑型金属卤化物灯,观众席照明共安装72套400W金属卤化物灯,应急照明安装68套1500W卤钨灯。改造后场地照明验收实测数据如表1所示。实测结果显示,改造后天河体育场的场地照明满足HDTV转播重大国际比赛的要求。4.2现场照明试验天河体育中心游泳馆场地照明的改造充分利用现有灯光马道,同时,在结构桁架允许的情况下,在比赛池南北两侧各增加一段升降式灯光马道,大大改善了照明效果。本次改造,场地照明共安装了97套1000W金属卤化物灯,观众席照明共安装12套400W金属卤化物灯,应急照明采用16套1000W卤钨灯。改造后场地照明验收实测数据如表2所示。实测结果显示,改造后天河体育中心游泳馆的场地照明满足重大国际比赛标清电视转播的要求。4.3现场实测数据场地照明的改造充分利用现有的建筑条件,利用现有4个灯塔和东西两侧的挑蓬结构下的灯光马道。在灯塔上共安装260套2000W大功率高显色性紧凑型金属卤化物灯,在东西两侧挑蓬下的灯光马道上共安装52套1000W高显色性紧凑型金属卤化物灯和24套应急照明卤钨灯。改造后场地照明验收实测数据如表3所示。实测结果显示,改造后黄埔体育场的场地照明满足重大国际足球比赛标清转播的要求。4.4最佳照明方案的确定及验证对于改造的项目,一定要根据不同的项目现状设计相应的改造方案。有些时候,甚至需要设计几个改造方案进行比较,选择对项目现状影响最小的最优方案来执行。天河体育场场地照明系统改造时,最佳照明方案为在雨棚上方设置5m高的专用照明马道,以及加长两侧的灯带,但是由于结构的荷载问题及现状土建条件的限制而不能实施;同样,在天河体育