第16屆全運會冬奧會體育場供配電系統的改造設計

2010年11月16日，第16屆中國青年協會在廣州舉行。本著節儉辦亞運的原則,在亞運會籌辦過程中,僅新建了少量的體育場館,大量的體育場館都是利用舊場館改造,以滿足亞運會比賽和訓練要求。廣州市設計院承擔了廣州國際體育演藝中心、廣州亞運城運動員村國際區、天河體育場及其副場、天河體育中心游泳館、天河體育館、天河棒球場、天河體育中心羽毛球管理中心、黃埔體育場及其副場、越秀山體育場、越秀游泳場、工人體育場、大學城中山大學體育館、廣州馬術比賽場等共十幾個項目的設計工作,其中有些場館是新建的,有些是舊場館改造的。筆者有幸參加了天河體育場及其副場、天河體育中心游泳館、天河體育中心羽毛球管理中心、黃埔體育場及其副場的改造設計。1場館現狀調研和設計背景根據《第16屆亞洲運動會競賽場地和器材技術要求與標準》和《第16屆亞運會亞運場館供配電設計導則(試行稿)》,天河體育場為特級亞運場館,舉辦足球決賽,場地照明需滿足高清轉播的要求;天河體育中心游泳館為甲A級亞運場館,舉辦水球比賽,場地照明需滿足標清轉播的要求;黃埔體育場為甲A級亞運場館,舉辦足球比賽(小組),場地照明需滿足標清轉播的要求。和新建體育場館相比,改造場館由于受到現狀條件的制約,改造難度較大。場館改造首先需進行項目前期的現狀調研,了解電氣設備用房的位置和面積的現狀;了解現有供配電設備的運行和使用情況、設備壽命、使用過程中存在的缺陷;了解現有場地照明系統中燈具的使用情況、燈具備品的供應情況、場地的照度水平;了解智能化系統和比賽專用系統的配置情況等基礎信息。在現狀調研的基礎上,對照現行規范、改造需求(亞組委對場館的要求),進行有針對性的改造設計。下面對天河體育場、天河體育中心游泳館、黃埔體育場供配電系統、場地照明的現狀調研,以及對供配電系統和場地照明系統的改造進行探討。2當前研究2.1高爾夫球場場地照明總體規劃天河體育場建成于1987年8月,是改革開放后國內第一個大型體育設施,是第六屆全運會開幕式和閉幕式的主會場,也是九運會的主賽場,舉辦了第一屆女子足球世界杯賽。天河體育場為特級體育建筑,場地總面積49119.75m2,建筑面積65600m2,觀眾席為60151座,以足球項目為主,田徑為輔。體育場變配電房獨立設置于體育場外的西南側,由總高壓配電房引來4路10kV電源,設有4臺1000kVA的有載調壓干式變壓器,主要供給體育場、體育場副場的用電;高低壓變配電設備大部分均使用超過20年以上,設備陳舊老化;用電高峰時會出現跳閘,根據需要限制用電,未設置應急電源。配電現狀無法滿足賽時功能用房的使用要求,且與現行規范要求存在一定的差距。體育場場地照明采用兩側布置,燈具安裝于東、西雨棚上方的燈架上,燈具最高安裝高度為36m,最低為28m。燈光控制室位于西看臺的頂層。原設計場地照明水平照度為2000lx,垂直照度為1500lx,場地照明系統2001年改造過,更換了部分燈具和光源。但總體上燈具和光源陳舊老化,且有部分損壞,場地照度偏低。未設置比賽照明的應急電源,未設置智能照明控制系統。2.2減少跳臺使用天河體育中心游泳館位于天河體育中心的東南角,為甲A級體育建筑,曾成功地舉辦過1987年的第六屆全運會游泳、花樣游泳、跳水、水球項目比賽,1988年的亞洲游泳錦標賽,1996年的第十屆世界杯青年跳水錦標賽,1997年第八屆世界杯花樣游泳比賽,以及2001年第九屆全運會游泳和花樣游泳比賽。2003年對跳臺進行了改造,增設了5m和10m的雙人跳臺,基本能滿足舉辦各種國際大賽的需要。平時用于大眾健身及游泳運動。游泳館變配電房獨立設置于館外東北側,由總高壓配電房引來2路10kV電源,設置2臺1600kVA變壓器。該變配電房在2001年九運會舉辦前夕已改造過一次,配電設備使用正常,未設置應急電源。場內比賽燈光至今使用已超過20年,部分燈具已損壞。場地照明燈具均裝設在馬道上,燈光控制室位于東側夾層,該處兼作場地照明的配電間。2.3場地配電房、照明設施設計黃埔體育場建于2001年,是2001年第九屆全運會女子足球賽場,全運會后黃埔體育場舉辦過多次國際級足球比賽和大型活動,同時也是中國女足的主要訓練場所。黃埔體育場為甲A級體育建筑,占地面積約36000m2,建筑面積約16000m2。變配電房位于體育場北側的地下一層,設有高壓配電房、變壓器房、低壓配電房、發電機房等。有兩路10kV電源進線,兩路電源同時使用,互為備用。設有4臺800kVA(TA1～TA4)的干式變壓器,分成兩組。TA4的低壓配電母線分為正常配電母線和應急配電母線,預留一臺512kW的發電機組接口。所有配電設備使用正常。體育場場地照明采用4燈塔布置,每個燈塔安裝60套2000W金鹵燈,同時在東、西雨棚下方另設有燈光馬道。燈光控制室位于西看臺的頂層。原設計場地照明水平照度為1500lx,燈具和光源陳舊老化,且有部分損壞,場地實測照度偏低。未設置比賽照明的應急電源,場地照明控制系統已損壞。3供配電系統設計根據現狀調研的分析,結合《第16屆亞洲運動會競賽場地和器材技術要求與標準》、《第16屆亞運會亞運場館供配電設計導則(試行稿)》和現行國家規范的要求,對天河體育場、天河體育中心游泳館、黃埔體育場的供配電系統進行改造設計。3.1應急電網應急發電機天河體育場的高低壓配電設備需全部更換,整個供配電系統重新設計。體育中心總高壓配電房統一引入4路10kV獨立電源,使整個體育中心的電源滿足規范和亞運會要求。體育場設置4臺2000kVA的干式變壓器,其10kV電源分別引自總高壓配電房4段10kV配電母線。另外設置3臺備用發電機組(采用臨時發電機),其中臨時發電機G1為1600kW,接入特別重要負荷應急母線;臨時發電機G2為480kW,接入一級負荷應急母線;臨時發電機G3為600kW,接入場地照明應急母線(按場地照明容量的50%考慮)。改造以后的低壓配電系統示意如圖1所示。3.2增設臨時發電機天河體育中心游泳館的配電系統需進行局部改造,保留原有的17臺配電柜;保留在游泳館改造中未涉及到的使用回路;對于游泳館改造中需要繼續使用的回路,盡量利用原有的回路,部分回路調整開關的整定值或更換開關;同時,根據配電系統的需要,增設三面新的配電柜12D9、13D10、GD1(臨時發電機的配電柜)及其1250A聯絡母線槽。系統改造后,增設2臺備用發電機組(采用臨時發電機),其中臨時發電機G1為600kW,接入一級負荷應急母線;臨時發電機G2為280kW,接入場地照明應急母線(按場地照明容量的50%考慮)。改造以后的變配電房平面布置如圖2所示。3.3臨時發電機系統接入低壓配電系統針對調研現狀,黃埔體育場的供配電系統基本上不需要作大的改造,僅需對原有的低壓配電系統的少量回路進行調整,增加應急電源的配電柜。系統改造后,增設2臺備用發電機組(采用臨時發電機),其中臨時發電機G1為512kW,接入原有低壓配電系統一級負荷應急母線;臨時發電機G2為320kW,接入場地照明應急母線(按場地照明容量的50%考慮)。改造以后的低壓配電系統示意如圖3所示。3.4河體育中心類型就供配電系統改造而言,根據現狀調研的資料,天河體育場是全面改造,全部更新;而天河體育中心游泳館是局部改造;黃埔體育場則是少量的修改,保留原有的供配電系統。4對場地照明系統進行改造的必要性根據對現狀調研的分析,結合《第16屆亞運會場館建設項目亞運要求(試行稿)》、《第16屆亞運會亞運場館供配電設計導則(試行稿)》和現行國家規范的要求,對天河體育場、天河體育中心游泳館、黃埔體育場的場地照明系統進行改造,盡量利用現有土建的條件,減少和避免對建筑結構的影響。4.1場地照明及觀眾席照明場地照明改造,結合場地空間及屋頂結構形式,并配合屋頂高度變化,采用光帶布燈方式,燈具安裝在雨棚上3.5m高的專用照明馬道上。看臺照明及應急照明安裝于雨棚下方新增的音響燈光馬道上。本次改造,場地照明共安裝304套2000W大功率高顯色性緊湊型金屬鹵化物燈,觀眾席照明共安裝72套400W金屬鹵化物燈,應急照明安裝68套1500W鹵鎢燈。改造后場地照明驗收實測數據如表1所示。實測結果顯示,改造后天河體育場的場地照明滿足HDTV轉播重大國際比賽的要求。4.2現場照明試驗天河體育中心游泳館場地照明的改造充分利用現有燈光馬道,同時,在結構桁架允許的情況下,在比賽池南北兩側各增加一段升降式燈光馬道,大大改善了照明效果。本次改造,場地照明共安裝了97套1000W金屬鹵化物燈,觀眾席照明共安裝12套400W金屬鹵化物燈,應急照明采用16套1000W鹵鎢燈。改造后場地照明驗收實測數據如表2所示。實測結果顯示,改造后天河體育中心游泳館的場地照明滿足重大國際比賽標清電視轉播的要求。4.3現場實測數據場地照明的改造充分利用現有的建筑條件,利用現有4個燈塔和東西兩側的挑蓬結構下的燈光馬道。在燈塔上共安裝260套2000W大功率高顯色性緊湊型金屬鹵化物燈,在東西兩側挑蓬下的燈光馬道上共安裝52套1000W高顯色性緊湊型金屬鹵化物燈和24套應急照明鹵鎢燈。改造后場地照明驗收實測數據如表3所示。實測結果顯示,改造后黃埔體育場的場地照明滿足重大國際足球比賽標清轉播的要求。4.4最佳照明方案的確定及驗證對于改造的項目,一定要根據不同的項目現狀設計相應的改造方案。有些時候,甚至需要設計幾個改造方案進行比較,選擇對項目現狀影響最小的最優方案來執行。天河體育場場地照明系統改造時,最佳照明方案為在雨棚上方設置5m高的專用照明馬道,以及加長兩側的燈帶,但是由于結構的荷載問題及現狀土建條件的限制而不能實施;同樣,在天河體育