上海世博演艺中心供配电系统设计
於红芳
(华东建筑设计研究院有限公司,上海 200002)
摘 要:世博演艺中心作为世博会的重要场馆之一,其电气设计的安全、可靠显
得尤为重要。介绍了世博演艺中心的供配电系统设计,如供电电源及变电所的位置,变压器及应急电源的设置情况,场馆照明、舞台灯光和机械设备的配电,减少场馆上空舞台用电线路压降的措施,舞台用电谐波的治理等。
於红芳(1968—),女,
关键词:场馆照明;舞台灯光;供配电系统;线路压降;谐波治理
中图分类号:TU852 文献标识码:B 文章编号:167428417(2010)0220047205
高级工程师,从事建筑电气设计工作。
0 引 言
世博演艺中心作为2010年上海世博会永久性场馆之一,以其穿梭腾飞的姿态和具有未来感的独特外形,表达出了对未来的美好憧憬,其文化娱乐集聚区的定位将使其成为永不落幕的城市舞台。
在世博会举行期间,保证世博演艺中心的电气系统运行的安全、可靠非常重要。因此,本文主要对其电气设计中的供配电系统设计进行着重介绍。
2 主配电系统
35/10kV总降压变电所设在地下一层,内设有2台容量为10000kVA的35/10kV干式变压器,并配有载分接开关,两路35kV电源同时使用,分列运行,中间不设联络开关。再从总降压变电所10kV每段母排分别引3路10kV电源沿桥架进入地下层1～3变电所,10kV侧设置手动联络开关。
1#变电所设在地下1层,内设有6台10/0.4kV干式变压器(1#Tr～6#Tr),其中1#Tr和2#Tr主要用于建筑物南部区域的照明、空调设备等配电,3#Tr和4#Tr主要用于比赛场馆的控制、转播、扩声、记分等设备等用电,5#Tr和6#Tr主要为舞台灯光和舞台机械配电,并同时为冰场制冰压缩机供电。
2变电所设在地下1层,内设有4台
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10/0.4kV干式变压器(7Tr～10Tr),主要用于建筑物北部区域的照明、空调、水泵房配电。3变电所设在地下2层,为冷冻机房专用。
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变电所内设置2台10/0.4kV干式变压器(11
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Tr、12Tr),主要用于冷冻机房内水源热泵机组、
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1 供电电源及变电所位置
1.1 供电电源
该工程采用两路35kV独立电源供电,电源分别从互为独立区域220kV变电站采用电缆方式经电缆排管敷设引至地下一层35/10kV总降压变电所的高压进线柜。1.2 变电所位置
该工程作为可进行大型文艺演出的体育建筑,最主要的特点是占地面积大,负荷较为分散,并且含有大量的特别重要负荷。所以世博演艺
中心共设1个35/10kV总降压变电所、3个10/0.4kV变电所以及2个柴油发电机房。变电所位置如图1所示。
水泵等配电。
另外,在建筑物内设有A、B、C、D、E、F6个主配电间。其中A、B、C、D作为电力、照明的主
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供配电
图1 变电所位置
要竖向垂直通道向各个区域供电,同时,由于这4
个配电间在一层是紧贴中心场地的,所以也给主场馆的舞台用电设备提供了安放场所,便于演出时的灵活使用;E、F则作为电源引至场地中央高空的专用竖向垂直通道。另外,在地下一层等商业及餐饮集中区域,还安排了分散的配电小间,便于以后招商的统一计量和管理。
1变电所旁和2变电所旁各设置一间柴油发电机房,各设1台0.4kV、1500kW柴油发电机组,作为各个区域内消防设备及其他重要设备的应急电源。应急电源保证消防时各个区域内消防设备(包括消防泵、喷淋泵、排烟风机、正压风机、防火卷帘门、应急照明、疏散指示照明、消防中心电源等)的供电可靠性;保证非消防时,在二路市电失去的情况下,满足彩色电视转播国际比赛时场馆照明系统的应急电视照明模式,即场馆主摄像机方向垂直照度为750lx(篮球比赛时)和1000lx(冰上表演时)的标准要求。并能保证其他重要设备(如记时记分用计算机系统电源、灯光控制室、电脑电话BA机房、地下室污水泵等)的供电。建筑物配电系统示意图如图2所示。
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3 整个建筑物电气负荷统计
整个建筑物电气负荷统计如表1所示。
4 场馆照明的配电
世博演艺中心作为一个室内体育馆,照明设计重点是场馆照明,也就是比赛灯光。比赛场馆照明负荷为一级负荷。由于该工程场馆面积较大,为减少线路压降,在最顶层场馆两端分别设置了灯光机房。在每处灯光机房设置了2个从不同变压器引来的电源配电箱,各带50%的场馆照明负荷,而且要求两路交叉供电均匀分布。这样,对于整个场馆来说,在一路市电故障时,照度虽然减少了50%,但仍是均匀的。另外,在每处灯光机房还分别设置了一个应急照明电源箱。该线路经过两路市电和自备柴油发电机的切换,并在末端增设了切换时间不大于3ms的EPS,以保证任何一路市电失去或断电时,部分金属卤化物灯具不会熄灭,从而满足体育场馆应急疏散照明和应急电视照明的需要。比赛场馆照明配电系统图如图3所示。
供配电
图2 建筑物配电系统示意图
5 舞台灯光及机械设备的配电
5.1 舞台灯光及机械设备用电容量的确定
为应对场馆功能的转换,适应多种观演模式,舞台设备的配电需要满足各种形式的舞台和国内外演出团体的需要。世博演艺中心根据场馆管理方美国AEG公司提出的演出模式,在场馆1层四周设置了4处舞台设备(主要是舞台灯光,也包含少量舞台机械)的机房,其中2处可以为中心式舞台提供两路从不同变压器引来的电源,另外2处又可以为尽端式舞台提供两路从不同变压器引来的电源,以满足在不同分割的情况下舞台用电作为一级负荷的配电需要。同时根据国内舞台设计顾问的要求,为适合国内的一些演出团体的习惯做法,在6夹层场馆上空另外设置了两处舞台灯光和机械设备的机房,每一处也均能提供两路从不同变压器引来的电源。所以,世博演艺中心舞台灯光和机械设备的配电具有
配电点多且分散,但同时使用概率低的特点。经与舞台设计顾问协商,并参考了国内其他剧院的经验,该工程舞台灯光和机械设备的最大电流考虑为4000A左右,最大容量不超过2000kW。5.2 减少场馆上空舞台用电线路压降的措施
由于该工程的特殊性(如面积较大、楼层配电管无法垂直对齐等)原因,造成引至6夹层场馆上空的电源回路线路较长(从地下室变电所引至6夹层最远处舞台灯光机房的线路约为350m)。根据舞台工艺要求,每处最大容量按1000kW设计。经计算,最远处舞台灯光机房线路压降达到7%左右,远超过规范所规定的甲等剧场的电压降不超过2.5%的要求。为满足压降的要求,初步考虑是放大母线槽的截面。但由于大电流的母线槽价格较高,母线敷设通道要求较大,所以又将该方案与设置稳压装置的方案进行了计算和比较。具体分析如下:
(1)在6夹层舞台灯光机房处分别设置1个
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供配电
表1 整个建筑物电气负荷统计
容量计算
Pe/kW
设备组名称
需要系数
Kx
计算容量
cosφ
tanφ
计算容量无效值
Q/kvar916.49739.131941.452370.23239.34165.361662.00290.33315.001943.5572.002205.76540.00355.59240.00210.00
计算容量视在值
S/kVA1385.61231.93235.83950.4335.1250.02770.0483.9525.03239.3120.03334.8900.0537.6400.0350.0
有效值
P/kW
控制室电源应急照明电源一般照明电源商业及餐饮电源电梯及自动扶梯电源
厨房电源舞台用电电源水泵电源
LED屏及广告照明
1299.01095.03698.05746.0391.0375.02770.0553.0600.03702.0120.03573.0900.0504.0400.0400.026126
0.800.900.700.550.600.500.800.700.700.700.800.700.800.800.800.70
0.750.800.800.800.700.750.800.800.800.800.800.750.800.750.800.80
0.880.750.750.751.020.880.750.750.750.750.750.880.750.880.750.75
1039.20985.502588.603160.30234.60187.502216.00387.10420.002591.4096.002501.10720.00403.20320.00280.001813114504
冷冻机房用电锅炉房电源空调风机电源总体照明及泛光照明电源
扩声电源装修预留电源电视转播及体育工艺预留
总计
总计算负荷(乘同时系数0.8)
图3 比赛场馆照明配电系统图
1500kVA的稳压装置,以保证最远处舞台灯光机房线路压降不超过2.5%的要求。1台稳压装置的费用约为30～40万元,该工程共需2台,总
费用为60～80万元左右(如加上保护开关和旁路开关的费用,总价会略高一些)。这样做的优点是:价格较低,比较经济。但存在一定的缺点:①稳压装置大部分厂家的尺寸都比较大,原有灯
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光机房面积无法满足要求,所以需在6夹层舞台灯光机房附近另设一稳压装置房间;②产生不大于60dB的噪声。
(2)为减小电压降,将原有引至6夹层舞台灯光机房的2500A母线槽截面放大到5000A,这样6夹层最远处舞台灯光机房的线路压降可降到2.5%左右。由于截面放大引起的费用增
供配电
加约为140万元(母线槽费用按1.6元/Am估算),两处机房共增加约280万元。优点是不需增加专用房间和产生噪声。缺点是价格昂贵,母线敷设通道要求较大。
经过以上计算和比较,并根据业主意见,从经济性考虑,最后采用了增加2台稳压装置的方案。
和其他剧院不同的是,世博演艺中心舞台灯光仅预留了电气容量和配电柜接口,具体灯光调光硅箱则在场馆运行后,由演出公司自行带来或向有关部门租借,这样可以减少建设时的资金投入以及平时维护检修的费用。
5.3 舞台用电谐波的治理
为有效地消除舞台演出时灯光调光硅箱类非线性设备产生的谐波对其供电电网的反馈,减少其对相邻配电网上其他设备的传输干扰,减少无功电能在缆线上的损耗,在上述场馆1层四处和场馆上空两处舞台灯光和机械设备机房分别设置了有源滤波器。世博演艺中心舞台设备具有配电点多且分散的特点,如果有源滤波器的容量按照每处机房的允许负荷电流进行估算,则滤波器的容量配置将会很高,所以从经济性出发,有源滤波器的总容量按最大电流4000A为估算依据(考虑为800A),即在场馆1层四处分别设置100A的滤波器,在场馆上空两处分别设置200A的滤波器。实际运行时需进行实测与分
[1] JGJ16—2008 民用建筑电气设计规范[S].[2] GB50054—1995 低压配电设计规范[S].[3] GB50052—1995 供配电系统设计规范[S].[4] GB50059—1992 35～110kV变电所设计规范
[S].
[5] GB50060—2008 3～110kV高压配电装置设计
析,如不满足消谐要求,再根据具体情况调整。
6 结 语
上海世博会将于2010年5月1日正式召开,会期长达半年,又是在最炎热、潮湿的季节使用,因此所有电气设备尚需经过严格的调试阶段,才能做到万无一失。本文只是笔者在电气设计方面的一些简单介绍,由于设计周期很短,建筑物内部的使用功能、分割又同时在不断调整,因此该配电系统设计也有待于作出相应的调整和完善。
规范[S].
[6] GB50053—1994 10kV及以下变电所设计规范
[S].
收稿日期:2009212220
DesignofPowerSupplyandDistributionSystemforArtPerformance
CentreofShanghaiExpo
YUHongfang
(EastChinaArchitecturalDesign&ResearchInstituteCo.,Ltd.,Shanghai200002,China)
Abstract:ArtPerformanceCentreasoneoftheimportantShanghaiExpovenues,itselectricsafetyandreliability
designwereimportant.Thedesignofpowersupplyanddistributionsystemwasintroducedindetail,suchastheloca2tionsofpowersupplyandsubstation,arrangementoftransformersandemergencypower,powersupplyforstadiumillu2mination,stagelightingandmachanicalequipment,measuresforreductionoflinedropharmonicfilteringsolutionofstageandsoon.
Keywords:stadiumillumination;stagelighting;powersupplyanddistributionsystem;linedrop;har2monicsuppression
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