綜合體育館電氣設(shè)計的特殊性及應(yīng)用實踐

城市綜合體育館是一個城市的重要公共建筑,它不同于一般的商業(yè)建筑、辦公建筑或旅游酒店建筑,在考慮體育比賽基本使用功能(如體育工藝、電視轉(zhuǎn)播、信息化等)的同時,還要考慮全民健身、群眾聚會或商業(yè)演出等其他類活動的使用需求。本文所述城市綜合體育館服務(wù)于2021年在陜西省舉行的“第十四屆全運會”,筆者參與了該項目設(shè)計工作,深刻體會到對于大多數(shù)中小城市唯一的綜合體育館,要切實做到:在保證賽事基本需求及社會影響的前提下,滿足賽后不同使用的功能需求;在控制項目建設(shè)投資的前提下,降低賽后日常運維費用;在保證賽事期間設(shè)施設(shè)備高標(biāo)準(zhǔn)、穩(wěn)定運行的前提下,保持賽后長期運行的良好工況。

1體育建筑分類與用電負(fù)荷分級

1.1設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的選擇按照國家及行業(yè)相關(guān)設(shè)計規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)要求,體育建筑及供電負(fù)荷有表1及表2的分級。1.2

體育場館設(shè)計升級按照“體育建筑等級”標(biāo)準(zhǔn)的劃分,大部分的項目,尤其是位于中小城市的綜合體育場館均屬于乙級場館。但作為“第十四屆全運會”賽事使用的、散落在陜西省各個中小城市的比賽場館,政府主管部門都特別重視,且各個建設(shè)方均提出了較高的標(biāo)準(zhǔn)與要求。陜西省某市的綜合體育館建筑面積2.5萬m2,觀眾席座位為4000個,最初設(shè)計確定建筑等級為乙級體育館。在施工建設(shè)過程中,“第十四屆全運會”組委會確定該館為比賽場館,隨后要求對該館進(jìn)行設(shè)計升級以滿足全運會的需求。經(jīng)過多次反復(fù)的技術(shù)論證與討論、溝通,結(jié)合相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的要求,同時考慮到建設(shè)主管部門的意見,最終確定:為保證“第十四屆全運會”比賽場館供配電系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運行,該體育館按照甲級館進(jìn)行設(shè)計升級,同時和比賽及電視轉(zhuǎn)播密切相關(guān)的用電負(fù)荷均按照一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計。1.3

用電負(fù)荷等級設(shè)計升級后的該城市綜合體育館,最終用電負(fù)荷分級如下。一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷:比賽場地照明;主席臺、貴賓席、新聞發(fā)布廳等照明；LED大屏幕及計時記分、現(xiàn)場影像采集及回放、升旗控制、電視轉(zhuǎn)播、電視解說及評論室;信息中心、通訊機房、廣播擴聲機房等用電。一級負(fù)荷:消防設(shè)備(消防電梯、排風(fēng)排煙風(fēng)機、正壓送風(fēng)機、補風(fēng)機、應(yīng)急照明);臨時醫(yī)療站、興奮劑檢測、血樣收集室、VIP辦公室、運動員及裁判員用房、獎牌存儲室等照明;售檢票系統(tǒng);門禁及安防系統(tǒng)。二級負(fù)荷:觀眾席照明;走廊照明;空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng);建筑設(shè)備管理系統(tǒng);生活水泵、污水泵等設(shè)備。三級負(fù)荷:普通辦公室、會議室照明用電;設(shè)備用房、庫房照明用電等。2供電電源及配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機組

2.1供電電源及配電系統(tǒng)體育館采用兩路10kV專線供電電源引自城市兩個獨立的110/10kV降壓站。兩路10kV供電電源平時同時運行,共同承擔(dān)整個體育館所有用電負(fù)荷的供電,當(dāng)一路10kV電源故障失電后,另一路電源能夠保證體育館所有二級及二級以上用電負(fù)荷的供電。供電電源及配電系統(tǒng)如圖1。圖1供電電源及配電系統(tǒng)圖選用一臺柴油發(fā)電機組(移動發(fā)電車)作為第二備用電源,負(fù)責(zé)體育館內(nèi)部一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷(如與比賽及電視轉(zhuǎn)播密切相關(guān)的用電負(fù)荷等)的供電。2.2移動發(fā)電車的應(yīng)用在中小城市的綜合體育館中,舉行全國性及以上級別的專業(yè)性比賽機會很少,平時大部分時間是保證全民健身、業(yè)余比賽、專業(yè)訓(xùn)練等基本需求。在滿足“第十四屆全運會”對體育場館供電系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運行要求的前提下,同時考慮到該館賽后實際運行情況,筆者所在團隊采用移動發(fā)電車作為一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷第二路備用電源的供電方案,這一方案同時得到了地方供電部門的大力配合與支持。移動發(fā)電車由汽車底盤、轎廂、柴油發(fā)電機組、控制系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、蓄電池組、底座油箱、供油系統(tǒng)、消聲降噪系統(tǒng)、排煙裝置、平衡支撐裝置、電纜收放裝置等組成,同時車廂內(nèi)配有火災(zāi)報警系統(tǒng)及自動滅火裝置。發(fā)電機組輸出功率為20~2000kW、儲油保證3~8h額定運行、滿負(fù)荷15s自動啟動,基本可以滿足大部分項目對備用供電電源的要求。移動發(fā)電車由專業(yè)的地方電力部門配備并按照應(yīng)急規(guī)程進(jìn)行日常運維與定期演練,能夠保證機組、設(shè)備及操作人員一直處于良好的應(yīng)急待命狀態(tài)。移動發(fā)電車適用于各種復(fù)雜的外部環(huán)境與氣候環(huán)境,移動靈活、供電可靠、接線便捷,能很好地適應(yīng)項目的需求。按照應(yīng)急情況下穩(wěn)定運行負(fù)荷計算方法對體育館一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷進(jìn)行計算,選用一臺額定輸出功率為400kW的移動發(fā)電車作為第二路應(yīng)急備用電源,并在設(shè)計及建設(shè)階段預(yù)留有相應(yīng)的配電線路接入路由和相應(yīng)的車輛停放位置。項目竣工投入使用后,經(jīng)過“第十四屆全運會”測試賽以及正式比賽的應(yīng)用,很好地滿足了該館供電系統(tǒng)的應(yīng)急備用要求。尤其是某次賽前測試賽中突然天降暴雨,在館內(nèi)屋面出現(xiàn)多處漏水及室外地面積水的情況下,移動發(fā)電車依然處于良好的待機待命狀態(tài)。2.3移動發(fā)電車的場地要求移動發(fā)電車的室外場地設(shè)置應(yīng)遵循以下基本原則:(1)避開人員主要出入口及人員密集場所;(2)與建筑物保持一定的安全間隔距離;(3)室外布置場地地面及進(jìn)出通道路面按照發(fā)電車荷載進(jìn)行硬化處理;(4)減小進(jìn)風(fēng)、出風(fēng)及煙氣排放對周圍環(huán)境的影響;(5)考慮車輛外形尺寸、轉(zhuǎn)彎半徑、進(jìn)出通道;(6)方便安全管理、警戒、布控。3電視轉(zhuǎn)播系統(tǒng)及供配電3.1電視轉(zhuǎn)播車的功能與特征電視轉(zhuǎn)播車是一種移動迅速、機動靈活、功能齊全的小型電視節(jié)目制作中心。它接收轉(zhuǎn)播現(xiàn)場的多路場景信息(如視頻、音頻),并進(jìn)行相應(yīng)的現(xiàn)場解說、畫面組合、編輯制作、字幕疊加以及多媒體融合,然后將節(jié)目信號通過城市通訊網(wǎng)絡(luò)上傳至電視臺或公共互聯(lián)網(wǎng),或通過轉(zhuǎn)播衛(wèi)星車與衛(wèi)星鏈接進(jìn)行更大范圍的電視轉(zhuǎn)播。電視轉(zhuǎn)播系統(tǒng)架構(gòu)參見圖2。圖2電視轉(zhuǎn)播系統(tǒng)架構(gòu)圖電視轉(zhuǎn)播車重量一般約為40t,外形尺寸為長12~15m,寬為2.5m,如果為拖掛車型時,考慮到牽引車的移動通行,還應(yīng)該再增加4~5m的占用空間。電視轉(zhuǎn)播車按照三相電源供電,用電負(fù)荷為40~60kW。另外,為了保證電視轉(zhuǎn)播及節(jié)目制作工作電源的安全、可靠、穩(wěn)定及品質(zhì)優(yōu)良,電視轉(zhuǎn)播車自身配備有隔離變壓器、UPS不間斷電源以及相應(yīng)的穩(wěn)壓與電源凈化裝置。3.2

電視轉(zhuǎn)播機房的設(shè)置在體育館一層設(shè)有一個電視轉(zhuǎn)播機房,內(nèi)部設(shè)有電視轉(zhuǎn)播信息機柜及電視轉(zhuǎn)播車電源柜,同時預(yù)留有與室外電視轉(zhuǎn)播車的線纜連接管路。電視轉(zhuǎn)播信息機柜是將體育館內(nèi)所有固定攝像機及移動攝像機的視頻信號、音頻信號、LED大屏幕信號以及現(xiàn)場評論信號進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化通信連接,并與室外電視轉(zhuǎn)播車進(jìn)行方便的通信轉(zhuǎn)接,保證現(xiàn)場節(jié)目信息干凈、純潔、無擾地送達(dá)給節(jié)目制作前端。另外電視轉(zhuǎn)播信息機柜還設(shè)有光纖線路與體育館內(nèi)的信息機柜直接連接,實現(xiàn)電視轉(zhuǎn)播車節(jié)目制作后的播出信號成功上傳到城市寬帶網(wǎng)絡(luò)或電視轉(zhuǎn)播臺。電視轉(zhuǎn)播電源柜采用雙路電源末端切換方式,按照一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷為電視轉(zhuǎn)播車及轉(zhuǎn)播衛(wèi)星車提供必要的電力供應(yīng)。對于一般的中小型體育館,只需考慮一臺電視轉(zhuǎn)播車即可,但是對于大型或特大型體育館,電源供應(yīng)端一定要考慮多臺電視轉(zhuǎn)播車和轉(zhuǎn)播衛(wèi)星車的使用需求。3.3

電視轉(zhuǎn)播車的場地要求電視轉(zhuǎn)播車的室外場地設(shè)置應(yīng)遵循以下基本原則:(1)位于相對開闊的空間場所,且南側(cè)不應(yīng)有高大遮擋的建筑物;(2)靠近建筑物內(nèi)部設(shè)置的電視轉(zhuǎn)播機房;(3)避開人員主要出入口及人員密集場所;(4)室外布置場地地面及進(jìn)出通道路面按照轉(zhuǎn)播車荷載進(jìn)行硬化處理;(5)考慮車輛外形尺寸、轉(zhuǎn)彎半徑、進(jìn)出通道;(6)方便安全管理、警戒、布控。4

特殊用電設(shè)施的供配電城市綜合體育館要求能夠滿足各種不同類型的使用功能,除了保證體育比賽與訓(xùn)練的基本需求外,還應(yīng)該滿足全民健身、群眾聚會、商業(yè)演出等其他活動的用電需求。4.1體育比賽設(shè)施的供配電用電負(fù)荷分級中,與體育比賽直接相關(guān)的用電負(fù)荷均屬于一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷。與體育比賽直接相關(guān)的用電設(shè)施包括比賽場地照明控制、LED大屏幕顯示、計時記分、廣播擴聲、仲裁錄像、成績處理系統(tǒng)以及開幕式與閉幕式演出用電等,所有這些都是服務(wù)于體育比賽的最本質(zhì)的功能需求。在以上相應(yīng)的設(shè)施設(shè)備機房內(nèi)設(shè)有末端電源箱,配電系統(tǒng)采用雙路電源由變電所放射式直接供電,在末端實現(xiàn)雙電源自動切換。對于小負(fù)荷(如廣播擴聲、仲裁錄像、成績處理等)的用電,額外臨時配備移動式UPS不間斷電源裝置。4.2電視轉(zhuǎn)播設(shè)施的供配電用電負(fù)荷分級中,與電視轉(zhuǎn)播直接相關(guān)的用電負(fù)荷均屬于一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷。與電視轉(zhuǎn)播相關(guān)的用電設(shè)施包括電視轉(zhuǎn)播車、電視轉(zhuǎn)播機房、評論員席位、新聞發(fā)布中心、轉(zhuǎn)播攝像機(包括主攝像機、副攝像機、比賽場地攝像機及混合采訪區(qū)攝像機等)。在電視轉(zhuǎn)播機房、電視解說及評論室、新聞發(fā)布中心均設(shè)置有由變電所放射式直接供電的雙電源箱。電源容量需滿足電視轉(zhuǎn)播車、衛(wèi)星車等的用電需求。觀眾席上架設(shè)的主/副攝像機及比賽場地周邊設(shè)置的副攝像機,均在攝像平臺或臨近的安全可靠環(huán)境場所提供專門固定的供電電源。混合采訪區(qū)攝像機由于是短時間進(jìn)行采訪工作,不必提供專門的供電電源,由攝像機自帶的電池電源支持工作。4.3群眾聚會及商業(yè)演出設(shè)施的供配電綜合型體育館同樣會舉辦各種類型的群眾性聚會、全民健身和商業(yè)演出活動。對于商業(yè)演出活動,演出團隊自帶燈光音響等設(shè)施,可以根據(jù)演出需要臨時搭建。建設(shè)過程中,在體育館場地長向兩端合適位置留有電源接駁點,每個電源點預(yù)留電量為200kW,一般情況下可以滿足大部分商業(yè)演出的需求。4.4信息化及安保設(shè)施的供配電信息化系統(tǒng)是保證體育比賽及電視轉(zhuǎn)播正常進(jìn)行的重要組成部分尤其是體育館內(nèi)的信息中心,它的安全、穩(wěn)定、可靠運行至關(guān)重要,其用電負(fù)荷屬于一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷。消防中心、安防中心及應(yīng)急指揮中心均按照一級負(fù)荷進(jìn)行供電。

對于大型或特大型體育場館的應(yīng)急指揮中心,由于涉及到與公安、交通、氣象、公共衛(wèi)生、賽事指揮、聯(lián)合決策等不同部門的通訊聯(lián)絡(luò),影響范圍大、涉及面廣,用電負(fù)荷等級可以提高為一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷。另外,體育館內(nèi)部所有核心機房及備份機房均配備有UPS不間斷電源,確保歷史數(shù)據(jù)與即時數(shù)據(jù)的安全。5

電能質(zhì)量及接地安全5.1電能質(zhì)量體育館內(nèi)各種信息化系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等除了對供電電源容量、電壓降有一定的要求外,對于電源諧波含量的干擾也有著較為嚴(yán)格的要求。LED大屏幕顯示、廣播擴聲、場地照明控制系統(tǒng)末端配電箱處采用諧波治理裝置。信息中心、安防中心、應(yīng)急指揮中心末端配電箱處采用諧波治理裝置。電視轉(zhuǎn)播車本身配有隔離變壓器、UPS不間斷電源等裝置,因此,不需要額外增加電源治理裝置。5.2接地安全各種供電系統(tǒng)及設(shè)備的接地采用共用接地裝置。消防中心、安防中心、燈光控制室、廣播擴聲室、信息中心、應(yīng)急指揮中心等均設(shè)有獨立的接地連接線與總接地板連接,接地電阻實測不大于1Ω。需特別注意的是