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 工程現狀及配電站布局

   該機場由當地220kV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，提高供電質量，節約投資費用，經綜合考慮，配電站采取如下布局：在候機大廳地下機房層內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7個配電站的負荷、容量見表1。航站樓內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低壓側均設置手動/自動母聯開關。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10kV高壓側采用單母線分段，中間設手動/自動母聯開關。當兩路供電電源中有一路故障時，另一路將供站內所有配電變壓器負荷，10kV側備用率為。七個配電站的系統接線原則上是一樣的，不同點僅為變壓器的數量、容量及出線回路。候機大廳內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、中置滑架式結構，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監測裝置，實時監測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變壓器均為三相環氧樹脂澆注干式變壓器，容量為1600-2500kVA。變壓器帶有內置式輻流風機，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、柜體設計和結構符合和標準，柜內受點主開關及母聯開關采用空氣斷路器，出線開關以塑殼斷路器為主。  

    航站樓各配電站內的380V低壓配電系統如圖2設計，10kV/0.4kV變壓器降壓后進入低壓進線柜，再經無功補償柜，柜內裝設安科瑞公司的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調節器，電容器為干式。各低壓出線柜上均裝設ACR系列網絡電力儀表，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 航站樓智能配電監控系統與能耗分析數據管理系統

3.1 航站樓智能配電監控系統

    本航站樓采用安科瑞公司的Acrel-2000智能配電監控系統，樓內所有配電站（10/0.4kV）、UPS裝置及應急柴油發電機組等設備均被歸納于智能配電監控系統中。整個監測系統由三個部分組成：現場設備及數據采集模塊、系統監測站和電力監測管理中心，是一個分布式的綜合電力監測系統。

    現場設備及數據采集器主要是：智能化開關、各出線柜上配備的ACR220EL網絡電力儀表、UPS、自備發電機組監控器上的數據通信接口。現場斷路器通過數據采集模塊與系統連接。這些監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，主要負責現場參數測量、數據采集、處理及作為智能化開關設備與中央監控系統接口、將數據通訊上報紙系統。

    系統監測站主要負責對數據采集模塊通過通訊網絡傳來的數據進行實時計算處理、保存、顯示和生成報表。每個變電站中有一個系統監測站，負責本站內的監測。

    在登機長廊底層3#配電站中，設置了一個電流監測管理中心，將樓內所有系統監測站的信息通過通信網絡集中到一起管理已經對各區信息數據進行集中監測、處理。監測主要內容有：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；電壓不平衡度、電流不平衡度；各斷路器、手車狀態；變壓器溫度、運行狀態；自備發電機組的啟動及運行監測。

    監控系統的主要功能有：顯示區域平面系統圖或主菜單；實時顯示主接線圖、斷路器、手車、接地刀閘的變為情況及母線受電情況；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。在微機保護裝置發生動作時自動發出警報并產生事件記錄、事故追憶、故障錄波等。

3.2 航站樓能耗分析數據管理系統

    航站樓內Acrel-2000智能配電監控系統與Acrel-5000能效數據分析管理系統的組網示意圖如下：

圖 3  航站樓智能配電監控與能耗監測組網示意圖

    航站樓內的用電負荷有：普通電力、設備電力、各場所照明、插座、廣告燈箱、空調、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、安保及設備監控中心、通訊、航班顯示系統、綜合布線系統、行李分揀、自動化及監控系統、安檢系統、當地網絡分配場所、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。

    由于航站樓內用電負荷較多、用電量大，因此需對樓內的電能消耗做分項能耗管理，采用安科瑞公司的Acrel-5000能效監控系統按用途劃分進行采集和統計能耗數據，如：普通照明用電、航班服務用電、消防用電、空調用電等。系統可通過歷史數據和預算數據分析，客觀確定節能改造性價比；改造前后能耗數據對比，實事求是的節能效果評價；節能措施的精細化管理，保障其效果的可持續性。

3.3 航站樓Acrel-2000智能配電監控系統界面

    Acrel-2000智能配電監控監控系統通過系統數據和規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，把供電系統的各回路電參量、開關狀態量、電能消耗等通過通訊網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控計算機來實時了解供電系統的每個環節。在發生可能導致事故的異常狀況時可自動告警；在發生事故時可產生事件記錄、記錄故障前后波形，甚至可在事故發生后重演事故過程，并提供各種曲線、柱狀圖等分析圖形和報表，使配電系統自動化運行。

圖4  Acrel-2000智能配電系統主接線圖

圖5 Acrel-2000智能配電系統實時監測畫面及報表

圖6  事故追憶畫面及監測數據報表

3.4 航站樓Acrel-5000能耗數據分析管理系統界面

    航站樓內的Acrel-5000能耗數據分析管理系統在系統監測站定時采集各監控點的儀表參數并上傳至本地能耗分析管理系統數據庫，用戶可用于當地實時查詢能耗監測情況，如圖7所示。系統可統計航站樓內耗電量的時用量、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。系統還可提前各分項耗電量數據進行同、環比分析，如圖9所示，確立值并對各監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系統監測站實時電量測量

圖8 航站樓內用電量的時用量、日用量、年用量柱狀圖

 圖9 航站樓內 各用途用電量同、環比圖

4 航站樓緊急備用電源

4.1 柴油機組

    航站樓內所有一類重要負荷，采用柴油發電機組及不間斷電源（UPS）裝置作緊急備用電源。根據國家電氣設計規范，一類負荷要求有兩路不同電源供電，而提供航站樓內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。

   根據一類重要負荷的分布，設計了4臺柴油發電機組，分別設置在4個不同的機房內。發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：行李分揀自動化監控、X射線安檢、辦票電腦工作臺、應急照明燈等。根據航站樓內各重要用電位置、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工作的全冗余式供電系統，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，脈寬調制，使用1GBT功率元件；5、采用微處理器和的數字信號和測控技術來構成對UPS電源的實時監控，實現對UPS電源各項參數的智能化控制。

    市電與后備電源的配電系統見圖10。

圖10 兩路電源與自備電源的配電系統

5 結語

   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尤為重要。本航站樓內設計了Acrel-2000電力監測系統和Acrel-5000用電量數據分析管理系統，能實現航站樓內遙測、管理和無人、少人值班，從而到達優化電能管理，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范[S].

[3] GB 50052-1995 供配電系統設計規范[S].

[4]安科瑞電氣股份公司.能效管理系統設計安裝圖冊.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設計