体育场馆电气设计

体育场馆电气设计发表时间：2004-10-19 15:47:12 作者：中国建筑设计研究院张文才摘要：随着计算机技术、控制技术、网络技术以及大屏幕显示技术的发展，体育场馆的变配电系统、体育照明系统的智能化与常规的设计方式有着显著的不同。

从各个系统出发，结合国际上先进的设计思想和设计方法，将体育场馆建设成既体现高科技含量、又完全满足实际需求的现代化体育场馆。

2002年中国奥运组委会开始对体育场馆设计进行国际招标，根据奥申委在申办2008年奥运会时的承诺，要将2008年奥运会办成人文奥运、科技奥运和绿色奥运，这是可持续发展的战略思想，也符合全中国人民的心愿。

如何规划设计奥运体育场馆，在体育场馆的设计中体现科技奥运的宗旨，这是2008年奥运会场馆建设中必须始终如一贯彻的基本方针。

近几年来，全国各省市为举办全国运动会、各省市运动会也投资兴建设体育场馆。

但如何设计好体育场馆、如何将现代科技运用到体育场馆中来，使体育场馆的建设跟上时代科技进步的步伐，是摆在我们面前的重要任务。

自上世纪90年代开始，许多国家的体育场馆的建设逐渐发生了重大的转变，从过去的片面追求大规模向规模适中、功能多样、设备先进、安全舒适和节能、环保的方向发展。

设备先进则充分体现在科学技术的发展与进步，尤其是信息技术的应用，使体育场馆朝着信息化、智能化方向发展。

在注重这些高科技应用的基础上，充分体现着以人为本，使高科技更好地服务于社会，更加注重与环境的协调，充分体现节能与环保。

2000年悉尼奥运会已给世人留下了深刻的印象。

以下就体育场馆设计中，有关电气设计谈谈自己的想法：随着计算机技术、现代控制技术、通信网络技术的飞跃发展，在建筑领域出现了智能建筑，它具有非常鲜明的信息社会的时代特征，也是人类社会进步、生产力发展的必然需求，对于改造提升传统产业和改善人们的生活水平起到了积极作用，为人们提供了更为安全、舒适、方便、高效的工作与生活环境。

我国国民经济的快速持续发展，综合国力的增强与城市信息化建设的推进，为智能建筑的发展提供了保障，智能建筑的建成，从另一方面来看，又起到了节约能源、降低能耗、保护环境的目的。

上述技术的发展，也为我国建设智能化体育场馆，顺利举办奥运会提供了技术保障。

1 智能化变配电系统现代体育场馆中的系统和设施，对供配电系统可靠性的要求越来越高，有许多系统在运动会期间是绝对不允许出现供电故障。

因此首先应对体育场馆的用电负荷进行分级，不同等级的用电负荷，其供配电系统是有所区别。

除消防设备用电属于一级负荷之外，根据《供配电系统设计规范》GB 50052-95第2.0.1条电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度进行分级，并应符合下列规定：一、负荷下列情况之一时，应为一级负荷：1．中断供电将造成人身伤亡时。

2．中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。

……3．中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。

例如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要负荷。

第2.0.2条一级负荷的供电电源应符合下列规定：一、一级负荷应由两个电源供电；当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。

二、一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其它负荷接入应急供电系统。

在《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92负荷分级及供电要求中：3.1.1.1 一级负荷（1）中断供电将造成人身伤亡者。

（2）中断供电将造成重大政治影响者。

（3）中断供电将造成重大经济损失者。

（4）中断供电将造成公共场所秩序严重混乱者。

对于某些特等建筑，如重要的交通枢纽、重要的通信枢纽、国宾馆、国家级及承担重大国事活动的会堂、国家级大型体育中心，以及经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等的一级负荷，为特别重要负荷。

在该规范表3.1.2 常用重要电力负荷级别中，省、自治区、直辖市及以上体育馆、体育场中的计时记分用电子计算机系统电源、比赛厅（场）、主席台、贵宾室、接待室及广场照明，电声、广播及电视转播，新闻摄影电源均属一级负荷。

并且对于计时记分用电子计算机系统电源为特别重要负荷。

3.1.3 表3.1.2列为一级负荷的电子计算机，其机房及已记录的媒体存放间的应急照明亦为一级负荷。

3.1.4 当在主体建筑中有一级负荷时，与其有关的主要通道照明为一级负荷。

因此，在进行体育场馆变配电系统设计时，应严格按照供电级别对用电负荷加以周密的考虑。

并根据实际要求设置应急电源。

《体育建筑设计规范》送审稿10.3.1 体育建筑电力负荷应根据体育建筑的使用要求，区别对待，并应符合下列要求：1．甲级以上的体育设施电力负荷为一级，国家级大型体育中心为特别重要负荷；2．以上系指体育场、体育馆、游泳馆的比赛厅（场）、主席台、贵宾室、接待室、广场照明、计算机房、电话机房、广播机房、电台和电视转播、新闻摄影电源及紧急照明灯用电设备；3．体育建筑的电气消防用电设备负荷等级应为该工程最高负荷等级；4．一、二项中非比赛使用的电气设备及体育建筑使用要求为乙等的用电设备为二级。

体育场馆的变配电系统，除少数地区外，基本上都是10KV及以下的系统。

目前多数还是采用传统的变配电系统，在这种系统中，所有高低压柜上配有大量的模拟指针仪表，柜内主回路的二次接线回路中，配有大量的继电器。

高压侧以手动操作为主，低压侧则根据工程情况，实现部分自动（如联络开关），部分手动。

这不仅给操作维护带来不便，而且对稍微复杂的控制实现起来也不方便，需增设一定数量的继电器等。

一般来说，节点越多，出现的故障机率就越大。

为了适应新技术的发展，在一些智能建筑中对变配电系统采用了以建筑设备自控系统的直接数字控制器（DDC）进行监测，随着断路器技术的发展，国内外一些厂家生产出了智能型断路器，从而进一步减少了在开关柜中安装CT等传感器，而且可以直接从这些断路器的接线端子上，根据需要引出相应的一些参数等。

总之这些技术的发展，其目的就是朝着变配电系统的自动化方向发展。

但是我们必须看到，在这些系统中，无论是采用智能开关，还是采用建筑设备自控系统的直接数字控制器，系统仅仅是朝着智能化方向迈出了一步，对于真正的变配电系统智能化还有相当的差距。

尤其是采用DDC控制器的系统，一般仅仅是对系统的几个参数进行监测，根本无法达到自动化的目的。

这种系统所采集的信息不全，数量有限，大量的参数和数据、故障和故障记录采集不上来，而仅限于电压、电流、断路器的开关状态等。

另外每家从事建筑设备自动控制的承包商所采用的控制器，除少数采用开放型技术和产品外，一般均是自己的通信协议，与其它厂家产品之间互操作性差，协议转换困难。

而且对于承担这些系统的建筑设备自控系统的承包商，绝大多数时从事自动控制的人员，对于变配电系统的工艺了解不深，因而很难做出符合要求的系统。

近几年，国内外一些公司，对于智能化变配电系统进行了广泛深入的研究，开发研制出了一系列用于变配电系统自动化的产品和设备，这些产品均是基于现场总线技术。

现场总线是自动控制领域中一种互连通信网络，它是实现现场设备数字化通信的一种现场层网络通信技术。

它具有协议简单，并具备开放性，容错能力强，实时性好，安全、成本低、适于频繁交换等特点。

采用现场总线技术，可以快速、简单、低成本实现变配电系统的自动化。

智能化变配电系统一般由计算机、通信网络、智能化开关和控制设备组成。

它是由通信网络将变配电系统中带有通信接口的开关和控制设备连接起来，并与计算机相连，由工作人员在计算机上进行智能化管理和操作，从而实现集中数据采集和处理，集中进行监控，真正达到变配电系统的遥测、遥调、遥控和遥信。

但目前国内外采用的现场总线有许多种，例如：MODBUS、PROFIBUS、FF、CANBUS、CONTROL NET、INCOM、LONWORKS、INTERBUS、ETHERNET等，国际上已出台了IEC61158所推荐的8种总线标准，但仍未建立起国际统一的标准。

随着通信技术的发展，自动化技术的提高，用户对变配电系统的可靠性和灵活性要求提高，在市场上将会出现多种类型的产品。

这就造成了在一项工程中，可能会用到数种总线技术的产品。

值得欣慰的是，针对这种多总线技术，现有大量的技术人员正从事于将多种总线技术用于一项工程的变配电系统的技术。

采用通用型的现场总线、协议控制器，通过软硬件的方法，共同对现场总线协议进行处理，解决智能化变配电系统中多总线的兼容问题。

采用智能化变配电系统，对于系统的操作，可通过编制程序，对系统的各种操作进行预先设定，并以图形或表格的形式进行显示，非常直观、有效。

对于信号的采集，一方面是信号的种类可根据实际情况的需要进行采集，尤其是一些直接关系到系统变化趋势的信息，系统能不断采集和分析，提前给出必要的提示或警告，便于系统安全可靠运行。

智能化变配电系统可对每个回路上的断路器状态、柜内及母线温度、操作机构的机械性能、绝缘水平等进行检测，为系统运行的测量、保护、控制等提供必要的依据，并对发生故障的部分进行录波、故障记录，为故障分析提供可靠的数据。

智能化变配电系统采用计算机技术、数据处理技术、控制技术、传感技术、通信网络技术、电力电子技术等，取代传统的二次回路，具有接线简单、性能可靠、易于维护的优点。

尤其是对于具有数个变配电室的体育场馆而言，各变配电室的系统均具有通信接口，为实现变配电系统自动化和减少工作人员，提高工作效率提供了保证。

智能型变配电系统的产品，目前国内外有许多厂家均有成熟、实用的技术和产品，这些产品为标准的模块化结构，采用微电子技术，集成度高、体积小、功能全、便于各种功能的集成。

而且这些设备布线简单、易于维护，给用户带来方便。

例如施耐德电气公司的Powerlogic系统采用Modbus，能专业化地满足电能管理的要求，主要体现在对电能成本、电能质量、供电连续性三方面，这正是我们对于体育场馆供电系统中重点需要考虑的问题。

对于供电成本，主要方面是在于减少损耗，系统可以识别主要的耗电源、在内部进行成本分配，让用户对成本有更直观的了解，利用多站点集合的优势，在降低成本方面，可随时查看能源消耗模式，控制用电高峰。

对于电能质量，该系统可以对供配电系统进行谐波分析，电压波动探测，扰动探测，中性线电流监控。

例如配电系统中的谐波，他导致设备运行效率降低，缩短设备的使用寿命，加大了容量，增大了系统的损耗。

严重时，将会导致一些设备运行不正常，尤其是对于体育场馆中的弱电系统的电子设备。

在保证供电系统供电连续性方面，该系统可以帮助用户分析和控制配电系统，从而提高供电的可靠性。

该系统通过一个图形互动界面，将收集到的测量数据集中起来，并将其格式化，它可以提前发现问题，并加以解决，从而避免设备出现故障以及由此而引起的停电。