2024年3月10日发(作者：硬盘消失了只剩下c盘)

上海国际舞蹈中心供配电系统设计

邹琪

【摘 要】根据上海国际舞蹈中心的特点,围绕如何提高供配电系统的经济性和可靠

性,从供电电源、变压器容量选择、变电所位置和低压配电系统等方面介绍了上海

国际舞蹈中心供配电系统设计,并对设计中遇到的问题提出了针对性的解决方案.

【期刊名称】《现代建筑电气》

【年(卷),期】2018(009)011

【总页数】4页(P52-55)

【关键词】剧院;负荷计算;需要系数;供配电系统;变电所

【作 者】邹琪

【作者单位】上海市建工设计研究总院有限公司,上海 200235

【正文语种】中 文

【中图分类】TU852

0 引 言

上海国际舞蹈中心是国际一流的舞蹈艺术的演出场所、教育和培训中心,总建筑面

积为84 930 m2,建筑高度为24 m,项目内有上戏舞蹈学院、上戏舞蹈学校、上海

芭蕾舞团、上海歌舞团,此外还有一个1 200座的舞蹈剧院和300座的合成排演厅。

该工程具有以下特点:

(1) 学校、办公、剧院等多业态组合的综合体,建筑功能多且空间复杂。

(2) 剧院定位高端,设备先进。

(3) 该项目内存在4家单位,负荷特性和管理要求不同。

根据以上特点,本文按供配电系统的设计流程对供电电源、变压器容量选择、变电

所位置和低压配电系统进行了介绍。

1 供电电源

1.1 负荷分级

该项目内的剧院定位为国际一流的舞蹈专用演出场馆,其供电要求按甲级剧院实施。

根据民用建筑电气设计规范,剧院内的舞台照明、贵宾室、演员化妆室、舞台机械

设备、消防设备、电声设备、安防系统电源、客梯电力、生活泵、排污泵及消防电

源等按一级负荷要求供电[1]。

该项目内其他建筑单体属于多层学校和办公楼,其安防系统电源、客梯电力、生活

泵、排污泵及消防电源等按二级负荷要求供电。

1.2 供电方案

根据以上负荷等级的划分,该工程采用两路引自双端的10 kV专线,两路10 kV进线

分段运行,不设母联。 每一路10 kV电源均能承担项目所有的一、二级负荷,以保证

供电的可靠性。

1.3 应急电源

该项目剧院规模按观众容量划分为中型剧院,根据图集D800-1～3《民用建筑电气

设计与施工》[2]的建议,两路10 kV电源已经满足互为备用的要求,中型剧院不固定

设置应急柴油发电机。

另外,为了满足一些重要演出项目的供电可靠性要求,并且也为了适应国外演出团体

自带特殊舞台设备及灯光供电(110 V/60 Hz),在地面设置临时租用柴油发电机电源

引入端子箱。采用这种方式,可以在几乎不增加建设初投资的情况下增加供电的可

靠性和灵活性。

1.4 变压器容量选择

负荷统计和需要系数取值的大小决定该项目变压器选择的合理性:如变压器选择偏

小,将减少建筑物用电的扩展性,甚至影响正常使用;如变压器选择过大,造成设备容量

的闲置,产生不必要的空载损耗。

该项目各栋建筑的负荷统计可以按学校、办公楼、地下车库和剧院4种类型划分。

剧院和合演中心用电量分别占项目总量的35%和20%。而在剧院和合演中心,舞台

工艺用电是最主要的部分,舞台工艺用电的负荷计算将很大程度上影响变压器选择。

因此,本文主要介绍剧院舞台工艺设备容量的确定以及需要系数的取值。

1.5 剧院负荷容量计算

通过对剧院舞台工艺进行分析。剧院的舞台设备由舞台灯光、舞台音响、上舞台机

械和下舞台机械4部分组成。

1.5.1 舞台灯光

在前期设计时舞台工艺尚未完全确定的情况下,只能在参考以往类似项目的经验和

工程手册,如国家建筑标准设计图集D800-1《民用建筑电气设计与施工》(中型剧

院舞台照明用电量在300～600 kW之间,需要系数取0.8)。

舞台工艺往往受舞台演出类型、剧院规模以及舞台工艺发展的影响。根据舞台灯光

承包商提供的工艺资料,舞台灯光用电包括设置在硅箱房内的5台96路调光/直通

柜(2 880 kW)、场灯/工作照明/临时照明(250 kW)、观众厅LED屏幕(12 kW)、

灯光控制室(14 kW)、总计3 156 kW,这与图集中提供的数据出入很大,因此在首先

满足现实中舞台灯光工艺的前提下,更要进一步确认图集中提到的需要系数(0.8)的

正确性。

经过考察,包括国家大剧院、上海大剧院、文化广场等多个剧院的主舞台配电情况,

其舞台灯光回路的配出断路器规格一般取2 000～2 500 A,折合可用计算功率为1

000～1 250 kW。按主舞台设备灯光安装功率3 000～4 000 kW考虑,得出一般

舞台灯光回路需要系数应在0.3～0.4。在与外方舞台设计师和国内舞台设备承包

商多次沟通中也得到确认。最终确定该项目舞台调光回路需要系数取值为0.3。

1.5.2 舞台音响

根据舞台工艺要求,功放室为100 kW,音响控制室为14 kW,需要系数取值0.8。

1.5.3 上舞台机械

剧院在舞台顶部设置100多个吊杆以及大幕、二幕机、活动台口等设备。上舞台

机械除了大幕、二幕机等少量设备外大部分只在演出前作布景使用。根据工艺要求,

上舞台机械最多同时动作10道杆。因此,上舞台机械的同时使用率很低,需要系数

仅0.2左右。

1.5.4 下舞台机械

下舞台机械包括乐池升降台(34 kW)和布景升降台(15 kW)。此部分机械在舞台中

同时运行可能性较大,需要系数取0.8左右。

1.6 时间与负荷关系特点

通过调研,发现剧院和办公楼的用电高峰是错开的。剧院与办公用电峰时差异如表

1所示。

表1 剧院与办公用电峰时差异时间剧院负载率办公楼负载率工作日白天低高工作

日晚上高低周末全天高低

根据上述情况,不能通过负荷密度法将项目中各单体用电容量进行计算后叠加,而需

要考虑将两类负荷设置于同一变压器组中,取容量大的负荷计入总容量中,这样可以

有效降低总变压器安装容量。

1.7 变压器容量

剧院的用电量占比较大,因此对剧院负载率高而办公楼负载率低的情况进行负荷计

算。通过对剧院的负荷以及办公楼的设备情况分析,采用需要系数法计算得到总视

在功率为6 400 kVA。

在得出计算负荷后,按合理的变压器负载率,计算取整后即得出变压器实际安装容量,

但在此过程中尚需考虑地区供电条件限制。选择变压器在理想情况下长期负载率为

70%～80%。考虑到上海地区10 kV供电容量上限为8 000 kVA,虽然增加变压器

容量可以使该项目的负载率降低至70%(运行更趋经济),但将导致超过10 kV供电

容量上限,从而加设35 kV变电所,大大增加项目初投资。

综上所述,该项目变压器最后确定为4台2 000 kVA干式变压器,长期负载率为

80%。设计满足一路电源时,另一路电源承担所有一级、二级负荷的要求。

2 变电所位置

变电所的设置首先需要分析用电负荷分布,尽可能将变电所设置于负荷中心处,这样

可以通过低压供电半径来降低电能损耗、节约线路建设初投资、减少压降满足供电

质量要求[1-2]。另外,还需要考虑业态管理的要求。

该项目对于变电所的设置有如下特点:

(1) 根据业态管理,上戏舞蹈学校和上戏舞蹈学院属于教育局系统行政管理,芭蕾舞

团、歌舞团和剧院属于文广系统行政管理。配电系统分开设置利于产权、管理和责

任的区分。

(2) 项目占地面积较大,基地跨度接近310 m。作为主要负荷中心的剧院和合演中

心分布地块的左右两侧。如设置一个变电所,由于建筑的限制,变电所只能偏向一侧,

将使部分回路供电半径超过200 m,并且离开其中一个负荷中心较远,这将大大增加

电缆投资和运行损耗[3-4]。

综上所述,将项目分为两个区块:上戏舞蹈学校和上戏舞蹈学院及合演中心组成一个

供电区块,在3#楼-1F合演中心旁设置总变电所,内设2台2 000 kVA干式变压器。

上海芭蕾舞团和上海歌舞团(1#、2#楼)及剧院组成一个供电区块,在2#楼-1F剧院

旁设置分变电所,内设2台2 000 kVA干式变压器。变电所位置及配电区域如图1

所示。

3 低压配电系统

在确定变压器容量和台数后,就可以确定低压系统的主接线形式。该项目2个变电

所内变压器2个为一组,低压侧采用单母线分段方式运行。

配电系统示意图如图2所示。

图1 变电所位置及配电区域

图2 配电系统示意图

低压侧设置母联开关,当任意一台变压器故障或检修时,可以通过母联由另一台变压

器保证所有一、二级负荷的供电[5-6]。

根据用电负荷的分类,在满足计量、维修、管理和安全性、可靠性的前提下,确定各

用电负荷的配电方式。该项目低压系统采用放射与树干混合方式配电。根据末端负

荷的分布情况,在剧院和合演中心的舞台两侧及其他4栋建筑物设置强电竖井。重

要设备和单台容量较大负荷(舞台设备、冷冻机房、泵房等)的配电方式采用放射式

供电。每层楼的一般照明动力设备的配电方式采用树干式配电。所有回路均从各楼

层的强电井引出。

为保证重要负荷供电的可靠性,对于重要的舞台灯光、舞台音响和舞台机械采用双

回路供电,末端切换方式。对切换时间要求较低的其他一、二级负荷,如舞台化妆区

等采用单电源供电,低压母联处切换,以保证供电。所有消防负荷均采用双回路末端

自切的方式供电[7-8]。

该工程作为公共建筑,大量配备电子镇流器的荧光灯、电子设备、气体放电灯及变

频调速装置等非线性设备,谐波电流较大,尤其是剧院内的舞台晶闸管调光系统,其谐

波的干扰不容忽视。为控制谐波对配电系统造成的损害,并保证为剧院内的电声设

备、控制设备以及办公楼和学校内的大量信息用弱电机房提供纯净电源,考虑采用

以下措施:

(1) 用户配电采用的是10/0.4 kV主变压器,Δ/yn-11接线。

(2) 功率因数补偿电容器串接消谐电抗器,以避免发生电网谐振。

(3) 采用脉宽调制(PWM)控制的高功率因素整流器,减少产生谐波。

(4) 舞台灯光等含谐波源的变压器与舞台音响等敏感回路的变压器分开。

(5) 舞台照明干线的中性线截面为相线截面的2倍。

(6) 在硅箱房和变电所低压母线段设置有源滤波器。

4 结 语

介绍了上海国际舞蹈中心的配电系统设计,通过分析负荷性质、用电容量、业态管

理和设备运行特点,选择合适的供配电方案,可以使配电系统在可靠性和经济性上取

得良好的效果。

参考文献

【相关文献】

[1] 剧场建筑设计规范:JGJ 57—2000[S].

[2] 中国建筑标准设计研究院.国家建筑标准设计图集D800-1～3《民用建筑电气设计与施工》[M].

北京:中国计划出版社,2008.

[3] 麦强,郝建实.中小型文化艺术中心的配电设计[C]∥2007年建筑电气学术年会论文集,2007:65-

67.

[4] 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].4版.北京:中国电力出版社,2016.