援加蓬体育场项目供配电系统及场地照明设计

韩 松

(中铁工程设计咨询集团有限公司建筑工程设计研究院，北京 100055)

1 体育场概况

加蓬位于非洲中部的西海岸，赤道附近，西邻大西洋。本体育场为2012年非洲杯决赛场地。设计为甲级体育场，40 687人座，总建筑面积36 475 m2，看台结构形式为框架结构;罩棚为钢结构。东、西看台为上、下两层看台。南、北看台仅有下层看台。西看台为地上4层建筑，东看台为地上3层建筑，西看台为罩棚最高点。

2 供配电系统设计

2.1 合理设计供电电源

根据《民用建筑电气设计规范》(JGJ16—2008)3.2.2 条及 9.8.2.2 条，甲级体育场应有两路供电电源［1］。由于条件所限，外方只能引入一路20 kV、50 Hz高压电源。为保证向一、二级负荷供电的可靠性，选择柴油发电机组作为第二路电源。本项目的主要负荷集中在东西看台，从节能的角度，为了减小供电半径，分别在东西看台设置了变配电室。外方引入一路20kV电源至西区变配电室，除向本室供电外，另馈出2路向东区变配电室供电。

由于场地照明，大屏等与转播相关的电气设备对供电可靠性要求高，在断电后，场地照明灯具再次点燃、大屏重新恢复开启均需要较长时间，因此在实况比赛直播时，采取由柴油发电机直接供电，市电作为备用，这样供电可靠性更高，更合理。本次设计柴油发电机的选择可以满足上述设备的使用要求。

2.2 合理设计负荷等级分类

按照《民用建筑电气设计规范》(JGJ16—2008)3.2.2条的要求，设计时将体育场中的主席台、贵宾厅、接待室、广场及主要通道照明、计时计分装置、弱电机房及转播用电等重要负荷按一级负荷供电［1］，给水变频泵组、电梯以及重要房间空调设备等按二级负荷供电，其余负荷为三级负荷。

设计中一级负荷从变电所两段母线各引一路电源，在设备末端使用处设双电源切换箱，末端自动切换。二级负荷由变电所引一路专用电源，一路电源故障时，变电所母联闭合，满足其用电要求，三级负荷设失压脱扣装置，一路电源故障时，停止向其供电。

2.3 合理选择高、低压柜及变压器

2.3.1 高、低压柜的选择

加蓬当地中方援建的高压设备中，一般以施耐德及ABB的设备为主，元器件由欧洲进口。为了便于交付使用后外方的设备保养维护，本次设计选用的高压柜型号为施耐德SM6环网柜。其中在西区变配电室设置8面高压柜，包括1面进线柜，1面电压互感器柜，1面联络柜，1面计量柜，2面变压器馈线柜，2面东区20kV馈线柜。在东区变配电室设置4面高压柜，包括2面进线柜，2面变压器馈线柜，高、低压柜均需选用湿热型产品。西区变配电室负责向西看台及北看台的用电设备供电。东区变配电室负责向东看台及南看台的用电设备供电。

2.3.2 变压器的选择

由于体育场转播赛事不多，而体育场比赛及表演期间的临时负荷，如记者席用电，场地LED广告用电及文艺表演等用电，容量大且很少使用，若计算变压器容量时包括此部分负荷，会提高维护成本和安装费用，既不经济又不合理。因此该部分负荷用电由临时租用发电机解决，节约了投资。

西区的一二级负荷为1 281 kW，三级负荷为852 kW。东区一二级负荷为546 kW，三级负荷为544 kW。为保证供电可靠性，在西东区各设置了2台变压器。为了使变压器的运行最为经济，选择变压器时需确保变压器的负载率在60% ～70%;同时为了保证供电可靠性，当一台变压器故障时，本区的另一台变压器可以满足本区全部一二级负荷用电需求。根据这两个原则，经过计算(表 1)，在西区设置了 2台1 000 kVA变压器，在东区设置了2台630 kVA变压器。每个变配电室低压配电系统均设置两段工作母线，两段工作母线之间设联络开关。联络开关设自投自复/自投不自复/手动3种工作方式。三级负荷馈出开关带失压跳闸装置。

表1 变压器负荷计算

2.4 合理选择柴油发电机组及备用电源

按照《民用建筑电气设计规范》(JGJ16—2008)13.4.9条的规定，在火灾确认后，应在消防控制室自动切除相关区域的非消防电源，包括正常照明电源［1］。如果在事故时没有有效的应急照明及疏散指示系统，将会造成非常严重的后果。所以，在设计中设置了独立的应急照明系统。应急照明由柴油发电机作为备用电源，各弱电机房分别设置了UPS作为机房的不间断供电电源。

比赛期间的一二级负荷远大于消防用电负荷，因此在计算柴油发电机的容量时只考虑了满足比赛期间的一二级负荷用电需求。依据《工业与民用配电设计手册》第3版公式(2-6)［5］，按稳定负荷选择发电机容量，见表2。为了降低柴油发电机的噪声对比赛的影响，所选柴油发电机为静音型。

表2 柴油发电机负荷计算

3 场地照明设计

3.1 合理设置场地照明配电室

结合体育场东西看台钢结构雨棚，场地照明布置方式采用了两侧光带照明。在西看台的四层，东看台的三层各设置了两个场地照明配电室。每个照明配电室内设置了一个观众席照明配电箱，应急照明配电箱，场地照明配电箱。镇流器柜置于场地照明配电室内。雨棚上最远处的场地照明灯具距离每个配电室不超过100 m，降低了照明配电线路上的电压损耗，节省了投资。照明配电箱及镇流器柜置于配电室内，与置于马道上相比，更便于维护。

3.2 合理选择光源与灯具

场地照明选用了2 kW的金卤光源。观众席照明选用了400 W的金卤光源。在突然断电的情况下，由于金卤光源不能瞬时点燃，因此场地照明的应急照明选用了可以瞬时点燃的1 kW卤钨灯光源。

场地照明为双侧光带式，在体育场雨棚前沿马道上安装照明灯具。由于东西看台雨棚高度不同，设计时充分考虑场地特点，通过照度计算，场地照明共计安装252套2 000 W灯具，其中东看台马道安装120套，西看台马道安装132套;观众席照明共计安装168套400 W灯具，其中东侧马道安装78套，西侧马道安装90套;体育场应急照明共计安装60套1 000 W灯具，其中东侧马道安装30套，西侧马道安装30套。

场地照明为体育照明专用灯具，外壳为高压铸铝灯体，镀玻璃膜高效反光3 mm耐高温钢化玻璃前窗，多种配光曲线可供选择，后开启式，灯具附有刻度盘并可配套使用专用瞄准镜(主轴与灯具主光轴完全重合)，防护等级IP65，迎风面积小，质量轻，安全维护方便。配套2 000 W金属卤化物光源，功率因数不小于0.9。电器集中设置在看台电气用房，灯具有远距离触发功能。

观众席照明400 W灯具为灯具电器一体，配套400 W金属卤化物光源，功率因数不小于0.9。

体育场应急照明1 000 W灯具，配1 000 W卤钨灯作为应急照明光源，可以瞬时点燃。

3.3 合理控制眩光

设计时，场地照明光带的灯具安装在雨棚的检修马道外侧。按照《照明设计手册》的要求，当体育场照明为光带布置时，光带长度不应小于180 m，光带距离体育场中心线的投射角不低于25°。为保持守门员及在角球区附近进攻的球员有良好的视线，以球门线中心为基准，底线两侧至少15°之内不能布置照明装置。根据这两条要求，设计未考虑眩光因素光带布置如图1所示，设计考虑眩光因素光带布置如图2所示。

经过计算后，通过调整灯具的配光曲线，在体育场内抽取的9个观测点，眩光值完全满足《建筑照明设计标准》(GB50034—2004)的要求。室外体育场所的不舒适眩光应采用眩光值(GR)评价，有彩电转播时，GR值不得超过50［11］。如表3所示。

3.4 合理设置场地照明及观众席照明控制

采用C-BUS数字式智能灯光控制系统，由数字控制模块、数字控制键、PC机、数据线、电器箱构成其物理结构，运行专用的控制软件进行操作，实现各模式的智能控制及各项相关功能。马道上的场地照明灯具为3灯一回路，各级照明可根据照度计算分别组合开启各回路灯具，以达到最佳照明效果。设置了6种模式。灯光控制室设置在西看台四层，便于现场控制。

图1 未考虑眩光光带布置区域

图2 考虑眩光影响灯具布置区域

表3 体育场内观测点眩光值

4 结语

加蓬体育场于2011年11月竣工，并于2012年3月顺利承办2012年非洲杯决赛。体育场项目在经济援助中所占的份额不高，但建成后往往是中国援助的永久性标志。援外体育场供配电设计，也应结合受援国的实际情况。本文探讨了在援外体育场设计中，如何合理设计供电电源及负荷等级，如何选择高低压柜、变压器及备用电源，如何控制场地照明中的眩光等几个比较重要的问题，希望对别的工程设计有一定的借鉴。

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