某機(jī)場航站樓的智能供配電設(shè)計(jì)

徐霜

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

1 工程現(xiàn)狀及配電站布局

   該機(jī)場由當(dāng)?shù)?20kV變電站供電，共有三路獨(dú)立35kV電源，引入機(jī)場的1#、2#總降壓站，降壓成10kV后，分配給機(jī)場內(nèi)各個(gè)配電站。機(jī)場航站樓的登機(jī)長廊長1370m，候機(jī)大廳及登機(jī)長廊每層建筑面積超過5萬m²。為了使供電電源深入負(fù)荷中心，減少電能損耗，提高供電質(zhì)量，節(jié)約投資費(fèi)用，經(jīng)綜合考慮，配電站采取如下布局：在候機(jī)大廳地下機(jī)房層內(nèi)設(shè)置兩個(gè)獨(dú)立的配電站，主要供電給全部候機(jī)大廳的用電負(fù)荷；在登機(jī)長廊底層共設(shè)5個(gè)配電站，給登機(jī)長廊及候機(jī)大廳的連接廊提供電源。

    航站樓內(nèi)7個(gè)配電站的負(fù)荷、容量見表1。航站樓內(nèi)用電計(jì)算負(fù)荷總計(jì)約34679kVA，其中有功計(jì)算容量為26703kVA。從表1可知，七個(gè)配電站共用變壓器18臺(tái)，其中2500kVA的6臺(tái)，2000kVA的8臺(tái)，1600kVA的4臺(tái)。

                              航站樓各變配電站負(fù)荷容量表                      表1

    配電站中，每兩臺(tái)變壓器的380V/220V低壓側(cè)均設(shè)置手動(dòng)/自動(dòng)母聯(lián)開關(guān)。當(dāng)其中一臺(tái)變壓器故障后，另一臺(tái)變壓器將會(huì)在啟動(dòng)強(qiáng)風(fēng)冷卻后，長期承擔(dān)變壓器額定容量的133%負(fù)荷，以減少由于變壓器故障而帶來的停電事故。

2 變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    航站樓每個(gè)配電站均由機(jī)場總降壓站中引出的兩路獨(dú)立的10kV電源供電，兩路電源平時(shí)同時(shí)供電，故障時(shí)互為備用。供電系統(tǒng)10kV高壓側(cè)采用單母線分段，中間設(shè)手動(dòng)/自動(dòng)母聯(lián)開關(guān)。當(dāng)兩路供電電源中有一路故障時(shí)，另一路將供站內(nèi)所有配電變壓器負(fù)荷，10kV側(cè)備用率為。七個(gè)配電站的系統(tǒng)接線原則上是一樣的，不同點(diǎn)僅為變壓器的數(shù)量、容量及出線回路。候機(jī)大廳內(nèi)的兩個(gè)配電站中每個(gè)站設(shè)置四臺(tái)變壓器，容量相同，平時(shí)各由一路10kV電源給兩個(gè)變壓器供電，當(dāng)其中一路10kV電源故障后，另一路10kV電源承擔(dān)全部四臺(tái)變壓器容量負(fù)荷。10kV配電系統(tǒng)圖如圖1。

2.1 10kV配電柜

    10kV配電柜采用可抽出式、全封閉型、中置滑架式結(jié)構(gòu)，柜體具有可靠的防止無操作的“五防”裝置，10kV斷路器采用真空式。

    進(jìn)線柜安裝安科瑞公司的微機(jī)線路保護(hù)裝置，采用過電流速斷保護(hù)；變壓器出線柜安裝安科瑞公司的微機(jī)變壓器保護(hù)裝置，采用過電流及速斷保護(hù)、接地保護(hù)、變壓器非電量保護(hù)（高溫告警、超溫跳閘保護(hù)）等；電壓互感器柜安裝安科瑞公司的微機(jī)PT監(jiān)測裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測PT電壓，并對(duì)PT進(jìn)行過電壓、欠電壓等保護(hù)；電機(jī)出線柜安裝安科瑞公司的微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置，采用過電流及速斷保護(hù)、接地保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)等。

圖1 航站樓變電站典型高壓配電系統(tǒng)圖

    10kV配電柜上配置的二次設(shè)備清單見表2。

                              10kV配電柜二次設(shè)備清單                         表2

2.2 變壓器

    各配電站中采用的10/0.4kV變壓器均為三相環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器，容量為1600-2500kVA。變壓器帶有內(nèi)置式輻流風(fēng)機(jī)，保證啟動(dòng)風(fēng)冷后變壓器容量增大50%。風(fēng)機(jī)由溫控箱自動(dòng)控制，變壓器低壓繞組內(nèi)埋有熱敏電阻。溫度大于110℃就自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，降到90℃時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。變壓器出線柜上配有微機(jī)廠用變保護(hù)裝置，當(dāng)超過155℃時(shí)發(fā)出聲光警報(bào)，當(dāng)超高溫時(shí)，啟動(dòng)斷路器跳閘。

2.3 低壓配電系統(tǒng)及配電柜

    七個(gè)配電站均設(shè)置在地下層級(jí)底層。各低壓配電柜全部采用全金屬鎧裝抽出式開關(guān)柜、柜體設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)符合和標(biāo)準(zhǔn)，柜內(nèi)受點(diǎn)主開關(guān)及母聯(lián)開關(guān)采用空氣斷路器，出線開關(guān)以塑殼斷路器為主。  

    航站樓各配電站內(nèi)的380V低壓配電系統(tǒng)如圖2設(shè)計(jì)，10kV/0.4kV變壓器降壓后進(jìn)入低壓進(jìn)線柜，再經(jīng)無功補(bǔ)償柜，柜內(nèi)裝設(shè)安科瑞公司的ARC-12/J的無功補(bǔ)償控制器，其是帶微處理器的自動(dòng)功率因數(shù)調(diào)節(jié)器，電容器為干式。各低壓出線柜上均裝設(shè)ACR系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表，可對(duì)低壓線路進(jìn)行三相電壓、電流、有功功率及電度測量。

    低壓配電柜上各電氣設(shè)備的選型參考表3。

圖2 航站樓380V低壓配電系統(tǒng)圖

               0.4kV低壓配電柜電氣設(shè)備清單                         表3

3 航站樓智能配電監(jiān)控系統(tǒng)與能耗分析數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

3.1 航站樓智能配電監(jiān)控系統(tǒng)

    本航站樓采用安科瑞公司的Acrel-2000智能配電監(jiān)控系統(tǒng)，樓內(nèi)所有配電站（10/0.4kV）、UPS裝置及應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組等設(shè)備均被歸納于智能配電監(jiān)控系統(tǒng)中。整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：現(xiàn)場設(shè)備及數(shù)據(jù)采集模塊、系統(tǒng)監(jiān)測站和電力監(jiān)測管理中心，是一個(gè)分布式的綜合電力監(jiān)測系統(tǒng)。

    現(xiàn)場設(shè)備及數(shù)據(jù)采集器主要是：智能化開關(guān)、各出線柜上配備的ACR220EL網(wǎng)絡(luò)電力儀表、UPS、自備發(fā)電機(jī)組監(jiān)控器上的數(shù)據(jù)通信接口?，F(xiàn)場斷路器通過數(shù)據(jù)采集模塊與系統(tǒng)連接。這些監(jiān)控器或模塊就地裝置，獨(dú)立完成其保護(hù)和測量功能而不依賴通信網(wǎng)，主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場參數(shù)測量、數(shù)據(jù)采集、處理及作為智能化開關(guān)設(shè)備與中央監(jiān)控系統(tǒng)接口、將數(shù)據(jù)通訊上報(bào)紙系統(tǒng)。

    系統(tǒng)監(jiān)測站主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊通過通訊網(wǎng)絡(luò)傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算處理、保存、顯示和生成報(bào)表。每個(gè)變電站中有一個(gè)系統(tǒng)監(jiān)測站，負(fù)責(zé)本站內(nèi)的監(jiān)測。

    在登機(jī)長廊底層3#配電站中，設(shè)置了一個(gè)電流監(jiān)測管理中心，將樓內(nèi)所有系統(tǒng)監(jiān)測站的信息通過通信網(wǎng)絡(luò)集中到一起管理已經(jīng)對(duì)各區(qū)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行集中監(jiān)測、處理。監(jiān)測主要內(nèi)容有：各變配電站母線段電壓值、電流值；各回路電量的實(shí)時(shí)采集；線電壓、相電流；三相有功功率、無功功率、有功電能；頻率、功率因數(shù)；電壓不平衡度、電流不平衡度；各斷路器、手車狀態(tài)；變壓器溫度、運(yùn)行狀態(tài)；自備發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)及運(yùn)行監(jiān)測。

    監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能有：顯示區(qū)域平面系統(tǒng)圖或主菜單；實(shí)時(shí)顯示主接線圖、斷路器、手車、接地刀閘的變?yōu)榍闆r及母線受電情況；實(shí)時(shí)顯示自動(dòng)裝置運(yùn)行狀況圖、電力變壓器非電量回路圖等。在微機(jī)保護(hù)裝置發(fā)生動(dòng)作時(shí)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)并產(chǎn)生事件記錄、事故追憶、故障錄波等。

3.2 航站樓能耗分析數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

    航站樓內(nèi)Acrel-2000智能配電監(jiān)控系統(tǒng)與Acrel-5000能效數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)的組網(wǎng)示意圖如下：

圖 3  航站樓智能配電監(jiān)控與能耗監(jiān)測組網(wǎng)示意圖

    航站樓內(nèi)的用電負(fù)荷有：普通電力、設(shè)備電力、各場所照明、插座、廣告燈箱、空調(diào)、通排風(fēng)機(jī)控制、消防設(shè)施、安保、行李分揀、航班顯示、機(jī)坪燈光、各類垂直升降梯、自動(dòng)扶梯、自動(dòng)布道、弱點(diǎn)機(jī)房用電等。樓內(nèi)所有消費(fèi)設(shè)施包括消防水泵、噴淋泵、排煙、正壓風(fēng)機(jī)、消防電梯、大樓消防、安保及設(shè)備監(jiān)控中心、通訊、航班顯示系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、行李分揀、自動(dòng)化及監(jiān)控系統(tǒng)、安檢系統(tǒng)、當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)絡(luò)分配場所、辦票服務(wù)臺(tái)以及安全疏散照明燈均作為一類重要負(fù)荷；其余作為二類負(fù)荷。

    由于航站樓內(nèi)用電負(fù)荷較多、用電量大，因此需對(duì)樓內(nèi)的電能消耗做分項(xiàng)能耗管理，采用安科瑞公司的Acrel-5000能效監(jiān)控系統(tǒng)按用途劃分進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)能耗數(shù)據(jù)，如：普通照明用電、航班服務(wù)用電、消防用電、空調(diào)用電等。系統(tǒng)可通過歷史數(shù)據(jù)和預(yù)算數(shù)據(jù)分析，客觀確定節(jié)能改造性價(jià)比；改造前后能耗數(shù)據(jù)對(duì)比，實(shí)事求是的節(jié)能效果評(píng)價(jià)；節(jié)能措施的精細(xì)化管理，保障其效果的可持續(xù)性。

3.3 航站樓Acrel-2000智能配電監(jiān)控系統(tǒng)界面

    Acrel-2000智能配電監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)和規(guī)約庫模板配置將微機(jī)保護(hù)裝置和多功能電力儀表以及各種傳感器連接起來，把供電系統(tǒng)的各回路電參量、開關(guān)狀態(tài)量、電能消耗等通過通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)的仿真到計(jì)算機(jī)畫面，供電運(yùn)行維護(hù)人員可以通過監(jiān)控計(jì)算機(jī)來實(shí)時(shí)了解供電系統(tǒng)的每個(gè)環(huán)節(jié)。在發(fā)生可能導(dǎo)致事故的異常狀況時(shí)可自動(dòng)告警；在發(fā)生事故時(shí)可產(chǎn)生事件記錄、記錄故障前后波形，甚至可在事故發(fā)生后重演事故過程，并提供各種曲線、柱狀圖等分析圖形和報(bào)表，使配電系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行。

圖4  Acrel-2000智能配電系統(tǒng)主接線圖

圖5 Acrel-2000智能配電系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測畫面及報(bào)表

圖6  事故追憶畫面及監(jiān)測數(shù)據(jù)報(bào)表

3.4 航站樓Acrel-5000能耗數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)界面

    航站樓內(nèi)的Acrel-5000能耗數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)在系統(tǒng)監(jiān)測站定時(shí)采集各監(jiān)控點(diǎn)的儀表參數(shù)并上傳至本地能耗分析管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，用戶可用于當(dāng)?shù)貙?shí)時(shí)查詢能耗監(jiān)測情況，如圖7所示。系統(tǒng)可統(tǒng)計(jì)航站樓內(nèi)耗電量的時(shí)用量、日用量和年用量，以曲線圖或柱狀圖等方式顯示，支持報(bào)表輸出，圖8所示。系統(tǒng)還可提前各分項(xiàng)耗電量數(shù)據(jù)進(jìn)行同、環(huán)比分析，如圖9所示，確立值并對(duì)各監(jiān)控點(diǎn)的耗電量情況進(jìn)行耗電水平判定，對(duì)用電提出一套完整的診斷流程，并給出耗電分析報(bào)告。

 圖7  Acrel-5000系統(tǒng)監(jiān)測站實(shí)時(shí)電量測量

圖8 航站樓內(nèi)用電量的時(shí)用量、日用量、年用量柱狀圖

 圖9 航站樓內(nèi) 各用途用電量同、環(huán)比圖

4 航站樓緊急備用電源

4.1 柴油機(jī)組

    航站樓內(nèi)所有一類重要負(fù)荷，采用柴油發(fā)電機(jī)組及不間斷電源（UPS）裝置作緊急備用電源。根據(jù)國家電氣設(shè)計(jì)規(guī)范，一類負(fù)荷要求有兩路不同電源供電，而提供航站樓內(nèi)每個(gè)配電站的電源均為兩路。在實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)一路電源故障時(shí)可能另一路也同時(shí)出現(xiàn)故障，因此為確保航站樓供電的可靠性、安全性，設(shè)置了后備電源。

   根據(jù)一類重要負(fù)荷的分布，設(shè)計(jì)了4臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組，分別設(shè)置在4個(gè)不同的機(jī)房內(nèi)。發(fā)電機(jī)容量滿足一類重要負(fù)荷容量加上部分能保障航站樓運(yùn)行的基本設(shè)備符合，見表4。

                            應(yīng)急負(fù)荷及發(fā)電機(jī)容量                     表4

4.2 不間斷供電裝置

    航站樓對(duì)于特別重要的負(fù)荷還采用不間斷供電裝置（UPS）。這些負(fù)荷包括：行李分揀自動(dòng)化監(jiān)控、X射線安檢、辦票電腦工作臺(tái)、應(yīng)急照明燈等。根據(jù)航站樓內(nèi)各重要用電位置、容量分步、設(shè)置了4處UPS裝置室，候機(jī)大廳的地下層設(shè)2處，登機(jī)長廊底層設(shè)2處，每個(gè)UPS室內(nèi)均設(shè)有一組工藝用UPS及一組應(yīng)急照明用UPS裝置。每套UPS裝置構(gòu)成相同，只是容量、供電時(shí)間長短不同，其主要性能：1、裝置由可控硅整流器、逆變器、交流靜態(tài)開關(guān)、蓄電機(jī)組及其他充電器和電腦控制電路組成；2、率、高可靠性，*工作時(shí)間大于20萬小時(shí)，故障平均修復(fù)時(shí)間15min，3、采用兩條供電之路并聯(lián)工作的全冗余式供電系統(tǒng)，具有自動(dòng)旁路性能和浪涌電流抑制保護(hù)功能；4、整流器具有軟啟動(dòng)性能，帶平衡電抗器的12脈沖整流，逆變器采用三相鎖相同步技術(shù)，脈寬調(diào)制，使用1GBT功率元件；5、采用微處理器和的數(shù)字信號(hào)和測控技術(shù)來構(gòu)成對(duì)UPS電源的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS電源各項(xiàng)參數(shù)的智能化控制。

    市電與后備電源的配電系統(tǒng)見圖10。

圖10 兩路電源與自備電源的配電系統(tǒng)

5 結(jié)語

   航站樓是中國機(jī)場的中心，建筑面積大，旅客吞吐量大，合理的設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)尤為重要。本航站樓內(nèi)設(shè)計(jì)了Acrel-2000電力監(jiān)測系統(tǒng)和Acrel-5000用電量數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)航站樓內(nèi)遙測、管理和無人、少人值班，從而到達(dá)優(yōu)化電能管理，保證安全供電。

參考文獻(xiàn)

[1] 上海浦東機(jī)場航站樓的供配電設(shè)計(jì).邵民杰.供用電.No.5 Serial 8,2001.10.

[2] JGJ 16-2008 民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] GB 50052-1995 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]安科瑞電氣股份公司.能效管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝圖冊.2013.11.1合訂本.

作者簡介：

徐霜，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄芘潆娤到y(tǒng)設(shè)計(jì)