综合体育馆电气设计的特殊性及应用实践

城市综合体育馆是一个城市的重要公共建筑,它不同于一般的商业建筑、办公建筑或旅游酒店建筑,在考虑体育比赛基本使用功能(如体育工艺、电视转播、信息化等)的同时,还要考虑全民健身、群众聚会或商业演出等其他类活动的使用需求。本文所述城市综合体育馆服务于2021年在陕西省举行的“第十四届全运会”,笔者参与了该项目设计工作,深刻体会到对于大多数中小城市唯一的综合体育馆,要切实做到:在保证赛事基本需求及社会影响的前提下,满足赛后不同使用的功能需求;在控制项目建设投资的前提下,降低赛后日常运维费用;在保证赛事期间设施设备高标准、稳定运行的前提下,保持赛后长期运行的良好工况。

1体育建筑分类与用电负荷分级

1.1设计标准的选择按照国家及行业相关设计规范及标准要求,体育建筑及供电负荷有表1及表2的分级。1.2

体育场馆设计升级按照“体育建筑等级”标准的划分,大部分的项目,尤其是位于中小城市的综合体育场馆均属于乙级场馆。但作为“第十四届全运会”赛事使用的、散落在陕西省各个中小城市的比赛场馆,政府主管部门都特别重视,且各个建设方均提出了较高的标准与要求。陕西省某市的综合体育馆建筑面积2.5万m²,观众席座位为4000个,最初设计确定建筑等级为乙级体育馆。在施工建设过程中,“第十四届全运会”组委会确定该馆为比赛场馆,随后要求对该馆进行设计升级以满足全运会的需求。经过多次反复的技术论证与讨论、沟通,结合相关规范及标准的要求,同时考虑到建设主管部门的意见,最终确定:为保证“第十四届全运会”比赛场馆供配电系统的安全、可靠、稳定运行,该体育馆按照甲级馆进行设计升级,同时和比赛及电视转播密切相关的用电负荷均按照一级负荷中特别重要负荷进行设计。1.3

用电负荷等级设计升级后的该城市综合体育馆,最终用电负荷分级如下。一级负荷中特别重要的负荷:比赛场地照明;主席台、贵宾席、新闻发布厅等照明；LED大屏幕及计时记分、现场影像采集及回放、升旗控制、电视转播、电视解说及评论室;信息中心、通讯机房、广播扩声机房等用电。一级负荷:消防设备(消防电梯、排风排烟风机、正压送风机、补风机、应急照明);临时医疗站、兴奋剂检测、血样收集室、VIP办公室、运动员及裁判员用房、奖牌存储室等照明;售检票系统;门禁及安防系统。二级负荷:观众席照明;走廊照明;空调及通风系统;建筑设备管理系统;生活水泵、污水泵等设备。三级负荷:普通办公室、会议室照明用电;设备用房、库房照明用电等。2供电电源及配电系统、柴油发电机组

2.1供电电源及配电系统体育馆采用两路10kV专线供电电源引自城市两个独立的110/10kV降压站。两路10kV供电电源平时同时运行,共同承担整个体育馆所有用电负荷的供电,当一路10kV电源故障失电后,另一路电源能够保证体育馆所有二级及二级以上用电负荷的供电。供电电源及配电系统如图1。图1供电电源及配电系统图选用一台柴油发电机组(移动发电车)作为第二备用电源,负责体育馆内部一级负荷中特别重要负荷(如与比赛及电视转播密切相关的用电负荷等)的供电。2.2移动发电车的应用在中小城市的综合体育馆中,举行全国性及以上级别的专业性比赛机会很少,平时大部分时间是保证全民健身、业余比赛、专业训练等基本需求。在满足“第十四届全运会”对体育场馆供电系统安全、可靠、稳定运行要求的前提下,同时考虑到该馆赛后实际运行情况,笔者所在团队采用移动发电车作为一级负荷中特别重要负荷第二路备用电源的供电方案,这一方案同时得到了地方供电部门的大力配合与支持。移动发电车由汽车底盘、轿厢、柴油发电机组、控制系统、配电系统、蓄电池组、底座油箱、供油系统、消声降噪系统、排烟装置、平衡支撑装置、电缆收放装置等组成,同时车厢内配有火灾报警系统及自动灭火装置。发电机组输出功率为20~2000kW、储油保证3~8h额定运行、满负荷15s自动启动,基本可以满足大部分项目对备用供电电源的要求。移动发电车由专业的地方电力部门配备并按照应急规程进行日常运维与定期演练,能够保证机组、设备及操作人员一直处于良好的应急待命状态。移动发电车适用于各种复杂的外部环境与气候环境,移动灵活、供电可靠、接线便捷,能很好地适应项目的需求。按照应急情况下稳定运行负荷计算方法对体育馆一级负荷中特别重要负荷进行计算,选用一台额定输出功率为400kW的移动发电车作为第二路应急备用电源,并在设计及建设阶段预留有相应的配电线路接入路由和相应的车辆停放位置。项目竣工投入使用后,经过“第十四届全运会”测试赛以及正式比赛的应用,很好地满足了该馆供电系统的应急备用要求。尤其是某次赛前测试赛中突然天降暴雨,在馆内屋面出现多处漏水及室外地面积水的情况下,移动发电车依然处于良好的待机待命状态。2.3移动发电车的场地要求移动发电车的室外场地设置应遵循以下基本原则:(1)避开人员主要出入口及人员密集场所;(2)与建筑物保持一定的安全间隔距离;(3)室外布置场地地面及进出通道路面按照发电车荷载进行硬化处理;(4)减小进风、出风及烟气排放对周围环境的影响;(5)考虑车辆外形尺寸、转弯半径、进出通道;(6)方便安全管理、警戒、布控。3电视转播系统及供配电3.1电视转播车的功能与特征电视转播车是一种移动迅速、机动灵活、功能齐全的小型电视节目制作中心。它接收转播现场的多路场景信息(如视频、音频),并进行相应的现场解说、画面组合、编辑制作、字幕叠加以及多媒体融合,然后将节目信号通过城市通讯网络上传至电视台或公共互联网,或通过转播卫星车与卫星链接进行更大范围的电视转播。电视转播系统架构参见图2。图2电视转播系统架构图电视转播车重量一般约为40t,外形尺寸为长12~15m,宽为2.5m,如果为拖挂车型时,考虑到牵引车的移动通行,还应该再增加4~5m的占用空间。电视转播车按照三相电源供电,用电负荷为40~60kW。另外,为了保证电视转播及节目制作工作电源的安全、可靠、稳定及品质优良,电视转播车自身配备有隔离变压器、UPS不间断电源以及相应的稳压与电源净化装置。3.2

电视转播机房的设置在体育馆一层设有一个电视转播机房,内部设有电视转播信息机柜及电视转播车电源柜,同时预留有与室外电视转播车的线缆连接管路。电视转播信息机柜是将体育馆内所有固定摄像机及移动摄像机的视频信号、音频信号、LED大屏幕信号以及现场评论信号进行标准化通信连接,并与室外电视转播车进行方便的通信转接,保证现场节目信息干净、纯洁、无扰地送达给节目制作前端。另外电视转播信息机柜还设有光纤线路与体育馆内的信息机柜直接连接,实现电视转播车节目制作后的播出信号成功上传到城市宽带网络或电视转播台。电视转播电源柜采用双路电源末端切换方式,按照一级负荷中特别重要负荷为电视转播车及转播卫星车提供必要的电力供应。对于一般的中小型体育馆,只需考虑一台电视转播车即可,但是对于大型或特大型体育馆,电源供应端一定要考虑多台电视转播车和转播卫星车的使用需求。3.3

电视转播车的场地要求电视转播车的室外场地设置应遵循以下基本原则:(1)位于相对开阔的空间场所,且南侧不应有高大遮挡的建筑物;(2)靠近建筑物内部设置的电视转播机房;(3)避开人员主要出入口及人员密集场所;(4)室外布置场地地面及进出通道路面按照转播车荷载进行硬化处理;(5)考虑车辆外形尺寸、转弯半径、进出通道;(6)方便安全管理、警戒、布控。4

特殊用电设施的供配电城市综合体育馆要求能够满足各种不同类型的使用功能,除了保证体育比赛与训练的基本需求外,还应该满足全民健身、群众聚会、商业演出等其他活动的用电需求。4.1体育比赛设施的供配电用电负荷分级中,与体育比赛直接相关的用电负荷均属于一级负荷中特别重要负荷。与体育比赛直接相关的用电设施包括比赛场地照明控制、LED大屏幕显示、计时记分、广播扩声、仲裁录像、成绩处理系统以及开幕式与闭幕式演出用电等,所有这些都是服务于体育比赛的最本质的功能需求。在以上相应的设施设备机房内设有末端电源箱,配电系统采用双路电源由变电所放射式直接供电,在末端实现双电源自动切换。对于小负荷(如广播扩声、仲裁录像、成绩处理等)的用电,额外临时配备移动式UPS不间断电源装置。4.2电视转播设施的供配电用电负荷分级中,与电视转播直接相关的用电负荷均属于一级负荷中特别重要负荷。与电视转播相关的用电设施包括电视转播车、电视转播机房、评论员席位、新闻发布中心、转播摄像机(包括主摄像机、副摄像机、比赛场地摄像机及混合采访区摄像机等)。在电视转播机房、电视解说及评论室、新闻发布中心均设置有由变电所放射式直接供电的双电源箱。电源容量需满足电视转播车、卫星车等的用电需求。观众席上架设的主/副摄像机及比赛场地周边设置的副摄像机,均在摄像平台或临近的安全可靠环境场所提供专门固定的供电电源。混合采访区摄像机由于是短时间进行采访工作,不必提供专门的供电电源,由摄像机自带的电池电源支持工作。4.3群众聚会及商业演出设施的供配电综合型体育馆同样会举办各种类型的群众性聚会、全民健身和商业演出活动。对于商业演出活动,演出团队自带灯光音响等设施,可以根据演出需要临时搭建。建设过程中,在体育馆场地长向两端合适位置留有电源接驳点,每个电源点预留电量为200kW,一般情况下可以满足大部分商业演出的需求。4.4信息化及安保设施的供配电信息化系统是保证体育比赛及电视转播正常进行的重要组成部分尤其是体育馆内的信息中心,它的安全、稳定、可靠运行至关重要,其用电负荷属于一级负荷中特别重要负荷。消防中心、安防中心及应急指挥中心均按照一级负荷进行供电。

对于大型或特大型体育场馆的应急指挥中心,由于涉及到与公安、交通、气象、公共卫生、赛事指挥、联合决策等不同部门的通讯联络,影响范围大、涉及面广,用电负荷等级可以提高为一级负荷中特别重要负荷。另外,体育馆内部所有核心机房及备份机房均配备有UPS不间断电源,确保历史数据与即时数据的安全。5

电能质量及接地安全5.1电能质量体育馆内各种信息化系统、控制系统等除了对供电电源容量、电压降有一定的要求外,对于电源谐波含量的干扰也有着较为严格的要求。LED大屏幕显示、广播扩声、场地照明控制系统末端配电箱处采用谐波治理装置。信息中心、安防中心、应急指挥中心末端配电箱处采用谐波治理装置。电视转播车本身配有隔离变压器、UPS不间断电源等装置,因此,不需要额外增加电源治理装置。5.2接地安全各种供电系统及设备的接地采用共用接地装置。消防中心、安防中心、灯光控制室、广播扩声室、信息中心、应急指挥中心等均设有独立的接地连接线与总接地板连接,接地电阻实测不大于1Ω。需特别注意的是