體育場館電氣設計

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2002年中國奧運組委會開始對體育場館設計進行國際招標，根據(jù)奧申委在申辦2008年奧運會時的承諾，要將2008年奧運會辦成人文奧運、科技奧運和綠色奧運，這是可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略思想，也符合全中國人民的心愿。如何規(guī)劃設計奧運體育場館，在體育場館的設計中體現(xiàn)科技奧運的宗旨，這是2008年奧運會場館建設中必須始終如一貫徹的基本方針。

　　近幾年來，全國各省市為舉辦全國運動會、各省市運動會也投資興建設體育場館。但如何設計好體育場館、如何將現(xiàn)代科技運用到體育場館中來，使體育場館的建設跟上時代科技進步的步伐，是擺在我們面前的重要任務。

　　自上世紀90年代開始，許多國家的體育場館的建設逐漸發(fā)生了重大的轉變，從過去的片面追求大規(guī)模向規(guī)模適中、功能多樣、設備先進、安全舒適和節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展。設備先進則充分體現(xiàn)在科學技術的發(fā)展與進步，尤其是信息技術的應用，使體育場館朝著信息化、智能化方向發(fā)展。在注重這些高科技應用的基礎上，充分體現(xiàn)著以人為本，使高科技更好地服務于社會，更加注重與環(huán)境的協(xié)調，充分體現(xiàn)節(jié)能與環(huán)保。2000年悉尼奧運會已給世人留下了深刻的印象。以下就體育場館設計中，有關電氣設計談談自己的想法：

　　隨著計算機技術、現(xiàn)代控制技術、通信網(wǎng)絡技術的飛躍發(fā)展，在建筑領域出現(xiàn)了智能建筑，它具有非常鮮明的信息社會的時代特征，也是人類社會進步、生產力發(fā)展的必然需求，對于改造提升傳統(tǒng)產業(yè)和改善人們的生活水平起到了積極作用，為人們提供了更為安全、舒適、方便、高效的工作與生活環(huán)境。我國國民經(jīng)濟的快速持續(xù)發(fā)展，綜合國力的增強與城市信息化建設的推進，為智能建筑的發(fā)展提供了保障，智能建筑的建成，從另一方面來看，又起到了節(jié)約能源、降低能耗、保護環(huán)境的目的。

　　上述技術的發(fā)展，也為我國建設智能化體育場館，順利舉辦奧運會提供了技術保障。

　　智能化變配電系統(tǒng)

　　現(xiàn)代體育場館中的系統(tǒng)和設施，對供配電系統(tǒng)可靠性的要求越來越高，有許多系統(tǒng)在運動會期間是絕對不允許出現(xiàn)供電故障。因此首先應對體育場館的用電負荷進行分級，不同等級的用電負荷，其供配電系統(tǒng)是有所區(qū)別。除消防設備用電屬于一級負荷之外，根據(jù)《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》GB50052-95。

　　1、第2.0.1條規(guī)定電力負荷應根據(jù)對供電可靠性的要求及中斷供電在政治、經(jīng)濟上所造成損失或影響的程度進行分級，并應符合下列規(guī)定：

　　一、負荷下列情況之一時，應為一級負荷：

　　1.中斷供電將造成人身傷亡時。

　　2.中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成重大損失時。……

　　3.中斷供電將影響有重大政治、經(jīng)濟意義的用電單位的正常工作。例如：重要交通樞紐、重要通信樞紐、重要賓館、大型體育場館、經(jīng)常用于國際活動的大量人員集中的公共場所等用電單位中的重要負荷。

　　2、第2.0.2條規(guī)定一級負荷的供電電源應符合下列規(guī)定：

　　一、一級負荷應由兩個電源供電；當一個電源發(fā)生故障時，另一個電源不應同時受到損壞。

　　二、一級負荷中特別重要的負荷，除由兩個電源供電外，尚應增設應急電源，并嚴禁將其它負荷接入應急供電系統(tǒng)。

　　在《民用建筑電氣設計規(guī)范》JGJ/T16-92負荷分級及供電要求中：

　　3、一級負荷規(guī)定

　　（1）中斷供電將造成人身傷亡者。

　?。?）中斷供電將造成重大政治影響者。

　?。?）中斷供電將造成重大經(jīng)濟損失者。

　?。?）中斷供電將造成公共場所秩序嚴重混亂者。

　　對于某些特等建筑，如重要的交通樞紐、重要的通信樞紐、國賓館、國家級及承擔重大國事活動的會堂、國家級大型體育中心，以及經(jīng)常用于重要國際活動的大量人員集中的公共場所等的一級負荷，為特別重要負荷。

　　在該規(guī)范表常用重要電力負荷級別中，省、自治區(qū)、直轄市及以上體育館、體育場中的計時記分用電子計算機系統(tǒng)電源、比賽廳（場）、主席臺、貴賓室、接待室及廣場照明，電聲、廣播及電視轉播，新聞攝影電源均屬一級負荷。并且對于計時記分用電子計算機系統(tǒng)電源為特別重要負荷。

　　4、規(guī)范表中列為一級負荷的電子計算機，其機房及已記錄的媒體存放間的應急照明亦為一級負荷。

　　５、規(guī)范中規(guī)定當在主體建筑中有一級負荷時，與其有關的主要通道照明為一級負荷。

　　因此，在進行體育場館變配電系統(tǒng)設計時，應嚴格按照供電級別對用電負荷加以周密的考慮。并根據(jù)實際要求設置應急電源。

　　6、《體育建筑設計規(guī)范》送審稿10.3.1規(guī)定體育建筑電力負荷應根據(jù)體育建筑的使用要求，區(qū)別對待，并應符合下列要求：

　　1.甲級以上的體育設施電力負荷為一級，國家級大型體育中心為特別重要負荷；

　　2.以上系指體育場、體育館、游泳館的比賽廳（場）、主席臺、貴賓室、接待室、廣場照明、計算機房、電話機房、廣播機房、電臺和電視轉播、新聞攝影電源及緊急照明燈用電設備；

　　3.體育建筑的電氣消防用電設備負荷等級應為該工程最高負荷等級；

　　4.一、二項中非比賽使用的電氣設備及體育建筑使用要求為乙等的用電設備為二級。

　　體育場館的變配電系統(tǒng)，除少數(shù)地區(qū)外，基本上都是10KV及以下的系統(tǒng)。目前多數(shù)還是采用傳統(tǒng)的變配電系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，所有高低壓柜上配有大量的模擬指針儀表，柜內主回路的二次接線回路中，配有大量的繼電器。高壓側以手動操作為主，低壓側則根據(jù)工程情況，實現(xiàn)部分自動（如聯(lián)絡開關），部分手動。這不僅給操作維護帶來不便，而且對稍微復雜的控制實現(xiàn)起來也不方便，需增設一定數(shù)量的繼電器等。一般來說，節(jié)點越多，出現(xiàn)的故障機率就越大。為了適應新技術的發(fā)展，在一些智能建筑中對變配電系統(tǒng)采用了以建筑設備自控系統(tǒng)的直接數(shù)字控制器（DDC）進行監(jiān)測，隨著斷路器技術的發(fā)展，國內外一些廠家生產出了智能型斷路器，從而進一步減少了在開關柜中安裝CT等傳感器，而且可以直接從這些斷路器的接線端子上，根據(jù)需要引出相應的一些參數(shù)等。總之這些技術的發(fā)展，其目的就是朝著變配電系統(tǒng)的自動化方向發(fā)展。但是我們必須看到，在這些系統(tǒng)中，無論是采用智能開關，還是采用建筑設備自控系統(tǒng)的直接數(shù)字控制器，系統(tǒng)僅僅是朝著智能化方向邁出了一步，對于真正的變配電系統(tǒng)智能化還有相當?shù)牟罹唷Ｓ绕涫遣捎肈DC控制器的系統(tǒng)，一般僅僅是對系統(tǒng)的幾個參數(shù)進行監(jiān)測，根本無法達到自動化的目的。這種系統(tǒng)所采集的信息不全，數(shù)量有限，大量的參數(shù)和數(shù)據(jù)、故障和故障記錄采集不上來，而僅限于電壓、電流、斷路器的開關狀態(tài)等。另外每家從事建筑設備自動控制的承包商所采用的控制器，除少數(shù)采用開放型技術和產品外，一般均是自己的通信協(xié)議，與其它廠家產品之間互操作性差，協(xié)議轉換困難。而且對于承擔這些系統(tǒng)的建筑設備自控系統(tǒng)的承包商，絕大多數(shù)時從事自動控制的人員，對于變配電系統(tǒng)的工藝了解不深，因而很難做出符合要求的系統(tǒng)。

　　近幾年，國內外一些公司，對于智能化變配電系統(tǒng)進行了廣泛深入的研究，開發(fā)研制出了一系列用于變配電系統(tǒng)自動化的產品和設備，這些產品均是基于現(xiàn)場總線技術?，F(xiàn)場總線是自動控制領域中一種互連通信網(wǎng)絡，它是實現(xiàn)現(xiàn)場設備數(shù)字化通信的一種現(xiàn)場層網(wǎng)絡通信技術。它具有協(xié)議簡單，并具備開放性，容錯能力強，實時性好，安全、成本低、適于頻繁交換等特點。采用現(xiàn)場總線技術，可以快速、簡單、低成本實現(xiàn)變配電系統(tǒng)的自動化。智能化變配電系統(tǒng)一般由計算機、通信網(wǎng)絡、智能化開關和控制設備組成。它是由通信網(wǎng)絡將變配電系統(tǒng)中帶有通信接口的開關和控制設備連接起來，并與計算機相連，由工作人員在計算機上進行智能化管理和操作，從而實現(xiàn)集中數(shù)據(jù)采集和處理，集中進行監(jiān)控，真正達到變配電系統(tǒng)的遙測、遙調、遙控和遙信。

　　但目前國內外采用的現(xiàn)場總線有許多種，例如：MODBUS、PROFIBUS、FF、CANBUS、CONTROLNET、INCOM、LONWORKS、INTERBUS、ETHERNET等，國際上已出臺了IEC61158所推薦的8種總線標準，但仍未建立起國際統(tǒng)一的標準。隨著通信技術的發(fā)展，自動化技術的提高，用戶對變配電系統(tǒng)的可靠性和靈活性要求提高，在市場上將會出現(xiàn)多種類型的產品。這就造成了在一項工程中，可能會用到數(shù)種總線技術的產品。值得欣慰的是，針對這種多總線技術，現(xiàn)有大量的技術人員正從事于將多種總線技術用于一項工程的變配電系統(tǒng)的技術。采用通用型的現(xiàn)場總線、協(xié)議控制器，通過軟硬件的方法，共同對現(xiàn)場總線協(xié)議進行處理，解決智能化變配電系統(tǒng)中多總線的兼容問題。

　　采用智能化變配電系統(tǒng)，對于系統(tǒng)的操作，可通過編制程序，對系統(tǒng)的各種操作進行預先設定，并以圖形或表格的形式進行顯示，非常直觀、有效。對于信號的采集，一方面是信號的種類可根據(jù)實際情況的需要進行采集，尤其是一些直接關系到系統(tǒng)變化趨勢的信息，系統(tǒng)能不斷采集和分析，提前給出必要的提示或警告，便于系統(tǒng)安全可靠運行。智能化變配電系統(tǒng)可對每個回路上的斷路器狀態(tài)、柜內及母線溫度、操作機構的機械性能、絕緣水平等進行檢測，為系統(tǒng)運行的測量、保護、控制等提供必要的依據(jù)，并對發(fā)生故障的部分進行錄波、故障記錄，為故障分析提供可靠的數(shù)據(jù)。智能化變配電系統(tǒng)采用計算機技術、數(shù)據(jù)處理技術、控制技術、傳感技術、通信網(wǎng)絡技術、電力電子技術等，取代傳統(tǒng)的二次回路，具有接線簡單、性能可靠、易于維護的優(yōu)點。尤其是對于具有數(shù)個變配電室的體育場館而言，各變配電室的系統(tǒng)均具有通信接口，為實現(xiàn)變配電系統(tǒng)自動化和減少工作人員，提高工作效率提供了保證。