某機場航站樓的智能供配電設計

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

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

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

                              航站樓各變配電站負荷容量表                      表1

    配電站中，每兩臺變壓器的380V/220V低壓側(cè)均設置手動/自動母聯(lián)開關。當其中一臺變壓器故障后，另一臺變壓器將會在啟動強風冷卻后，長期承擔變壓器額定容量的133%負荷，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)設計

    航站樓每個配電站均由機場總降壓站中引出的兩路獨立的10kV電源供電，兩路電源平時同時供電，故障時互為備用。供電系統(tǒng)10kV高壓側(cè)采用單母線分段，中間設手動/自動母聯(lián)開關。當兩路供電電源中有一路故障時，另一路將供站內(nèi)所有配電變壓器負荷，10kV側(cè)備用率為。七個配電站的系統(tǒng)接線原則上是一樣的，不同點僅為變壓器的數(shù)量、容量及出線回路。候機大廳內(nèi)的兩個配電站中每個站設置四臺變壓器，容量相同，平時各由一路10kV電源給兩個變壓器供電，當其中一路10kV電源故障后，另一路10kV電源承擔全部四臺變壓器容量負荷。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。

    進線柜安裝安科瑞公司的微機線路保護裝置，采用過電流速斷保護；變壓器出線柜安裝安科瑞公司的微機變壓器保護裝置，采用過電流及速斷保護、接地保護、變壓器非電量保護（高溫告警、超溫跳閘保護）等；電壓互感器柜安裝安科瑞公司的微機PT監(jiān)測裝置，實時監(jiān)測PT電壓，并對PT進行過電壓、欠電壓等保護；電機出線柜安裝安科瑞公司的微機電動機保護裝置，采用過電流及速斷保護、接地保護、負序電流保護等。

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備清單見表2。

                              10kV配電柜二次設備清單                         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)置式輻流風機，保證啟動風冷后變壓器容量增大50%。風機由溫控箱自動控制，變壓器低壓繞組內(nèi)埋有熱敏電阻。溫度大于110℃就自動啟動風機，降到90℃時自動關閉。變壓器出線柜上配有微機廠用變保護裝置，當超過155℃時發(fā)出聲光警報，當超高溫時，啟動斷路器跳閘。

2.3 低壓配電系統(tǒng)及配電柜

    七個配電站均設置在地下層級底層。各低壓配電柜全部采用全金屬鎧裝抽出式開關柜、柜體設計和結(jié)構(gòu)符合和標準，柜內(nèi)受點主開關及母聯(lián)開關采用空氣斷路器，出線開關以塑殼斷路器為主。  

    航站樓各配電站內(nèi)的380V低壓配電系統(tǒng)如圖2設計，10kV/0.4kV變壓器降壓后進入低壓進線柜，再經(jīng)無功補償柜，柜內(nèi)裝設安科瑞公司的ARC-12/J的無功補償控制器，其是帶微處理器的自動功率因數(shù)調(diào)節(jié)器，電容器為干式。各低壓出線柜上均裝設ACR系列網(wǎng)絡電力儀表，可對低壓線路進行三相電壓、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裝置及應急柴油發(fā)電機組等設備均被歸納于智能配電監(jiān)控系統(tǒng)中。整個監(jiān)測系統(tǒng)由三個部分組成：現(xiàn)場設備及數(shù)據(jù)采集模塊、系統(tǒng)監(jiān)測站和電力監(jiān)測管理中心，是一個分布式的綜合電力監(jiān)測系統(tǒng)。

    現(xiàn)場設備及數(shù)據(jù)采集器主要是：智能化開關、各出線柜上配備的ACR220EL網(wǎng)絡電力儀表、UPS、自備發(fā)電機組監(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，獨立完成其保護和測量功能而不依賴通信網(wǎng)，主要負責現(xiàn)場參數(shù)測量、數(shù)據(jù)采集、處理及作為智能化開關設備與中央監(jiān)控系統(tǒng)接口、將數(shù)據(jù)通訊上報紙系統(tǒng)。

    系統(tǒng)監(jiān)測站主要負責對數(shù)據(jù)采集模塊通過通訊網(wǎng)絡傳來的數(shù)據(jù)進行實時計算處理、保存、顯示和生成報表。每個變電站中有一個系統(tǒng)監(jiān)測站，負責本站內(nèi)的監(jiān)測。

    在登機長廊底層3#配電站中，設置了一個電流監(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)絡集中到一起管理已經(jīng)對各區(qū)信息數(shù)據(jù)進行集中監(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；各回路電量的實時采集；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、運行狀態(tài)；自備發(fā)電機組的啟動及運行監(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；實時顯示主接線圖、斷路器、手車、接地刀閘的變?yōu)榍闆r及母線受電情況；實時顯示自動裝置運行狀況圖、電力變壓器非電量回路圖等。在微機保護裝置發(fā)生動作時自動發(fā)出警報并產(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)的用電負荷有：普通電力、設備電力、各場所照明、插座、廣告燈箱、空調(diào)、通排風機控制、消防設施、安保、行李分揀、航班顯示、機坪燈光、各類垂直升降梯、自動扶梯、自動布道、弱點機房用電等。樓內(nèi)所有消費設施包括消防水泵、噴淋泵、排煙、正壓風機、消防電梯、大樓消防、安保及設備監(jiān)控中心、通訊、航班顯示系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、行李分揀、自動化及監(jiān)控系統(tǒng)、安檢系統(tǒng)、當?shù)鼐W(wǎng)絡分配場所、辦票服務臺以及安全疏散照明燈均作為一類重要負荷；其余作為二類負荷。

    由于航站樓內(nèi)用電負荷較多、用電量大，因此需對樓內(nèi)的電能消耗做分項能耗管理，采用安科瑞公司的Acrel-5000能效監(jiān)控系統(tǒng)按用途劃分進行采集和統(tǒng)計能耗數(shù)據(jù)，如：普通照明用電、航班服務用電、消防用電、空調(diào)用電等。系統(tǒng)可通過歷史數(shù)據(jù)和預算數(shù)據(jù)分析，客觀確定節(jié)能改造性價比；改造前后能耗數(shù)據(jù)對比，實事求是的節(jié)能效果評價；節(jié)能措施的精細化管理，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保護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、開關狀態(tài)量、電能消耗等通過通訊網(wǎng)絡實時的仿真到計算機畫面，供電運行維護人員可以通過監(jiān)控計算機來實時了解供電系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)。在發(fā)生可能導致事故的異常狀況時可自動告警；在發(fā)生事故時可產(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表，使配電系統(tǒng)自動化運行。

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)實時監(jiān)測畫面及報表

圖6  事故追憶畫面及監(jiān)測數(shù)據(jù)報表

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)測站定時采集各監(jiān)控點的儀表參數(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?shù)貙崟r查詢能耗監(jiān)測情況，如圖7所示。系統(tǒng)可統(tǒng)計航站樓內(nèi)耗電量的時用量、日用量和年用量，以曲線圖或柱狀圖等方式顯示，支持報表輸出，圖8所示。系統(tǒng)還可提前各分項耗電量數(shù)據(jù)進行同、環(huán)比分析，如圖9所示，確立值并對各監(jiān)控點的耗電量情況進行耗電水平判定，對用電提出一套完整的診斷流程，并給出耗電分析報告。

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

圖8 航站樓內(nèi)用電量的時用量、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 柴油機組

    航站樓內(nèi)所有一類重要負荷，采用柴油發(fā)電機組及不間斷電源（UPS）裝置作緊急備用電源。根據(jù)國家電氣設計規(guī)范，一類負荷要求有兩路不同電源供電，而提供航站樓內(nèi)每個配電站的電源均為兩路。在實際運行中，當一路電源故障時可能另一路也同時出現(xiàn)故障，因此為確保航站樓供電的可靠性、安全性，設置了后備電源。

   根據(jù)一類重要負荷的分布，設計了4臺柴油發(fā)電機組，分別設置在4個不同的機房內(nèi)。發(fā)電機容量滿足一類重要負荷容量加上部分能保障航站樓運行的基本設備符合，見表4。

                            應急負荷及發(fā)電機容量                     表4

4.2 不間斷供電裝置

    航站樓對于特別重要的負荷還采用不間斷供電裝置（UPS）。這些負荷包括：行李分揀自動化監(jiān)控、X射線安檢、辦票電腦工作臺、應急照明燈等。根據(jù)航站樓內(nèi)各重要用電位置、容量分步、設置了4處UPS裝置室，候機大廳的地下層設2處，登機長廊底層設2處，每個UPS室內(nèi)均設有一組工藝用UPS及一組應急照明用UPS裝置。每套UPS裝置構(gòu)成相同，只是容量、供電時間長短不同，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、蓄電機組及其他充電器和電腦控制電路組成；2、率、高可靠性，*工作時間大于20萬小時，故障平均修復時間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)，具有自動旁路性能和浪涌電流抑制保護功能；4、整流器具有軟啟動性能，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，脈寬調(diào)制，使用1GBT功率元件；5、采用微處理器和的數(shù)字信號和測控技術來構(gòu)成對UPS電源的實時監(jiān)控，實現(xiàn)對UPS電源各項參數(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

   航站樓是中國機場的中心，建筑面積大，旅客吞吐量大，合理的設計供配電系統(tǒng)尤為重要。本航站樓內(nèi)設計了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)，能實現(xiàn)航站樓內(nèi)遙測、管理和無人、少人值班，從而到達優(yōu)化電能管理，保證安全供電。

參考文獻

[1] 上海浦東機場航站樓的供配電設計.邵民杰.供用電.No.5 Serial 8,2001.10.

[2] JGJ 16-2008 民用建筑電氣設計規(guī)范[S].

[3] GB 50052-1995 供配電系統(tǒng)設計規(guī)范[S].

[4]安科瑞電氣股份公司.能效管理系統(tǒng)設計安裝圖冊.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，主要研究方向為智能配電系統(tǒng)設計