国际机场航站楼的智能供配电设计

 

温刚

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

1 工程现状及配电站布局

   该国际机场由当地220kv变电站供电，共有三路独立35kv电源，引入机场的1#、2#总降压站，降压成10kv后，分配给机场内各个配电站。机场航站楼的登机长廊长1370m，候机大厅及登机长廊每层建筑面积超过5万m2。为了使供电电源深入负荷中心，减少电能损耗，提高供电质量，节约投资费用，经综合考虑，配电站采取如下布局：在候机大厅地下机房层内设置两个独立的配电站，主要供电给全部候机大厅的用电负荷；在登机长廊底层共设5个配电站，给登机长廊及候机大厅的连接廊提供电源。

    航站楼内7个配电站的负荷、容量见表1。航站楼内用电计算负荷总计约34679kva，其中有功计算容量为26703kva。从表1可知，七个配电站共用变压器18台，其中2500kva的6台，2000kva的8台，1600kva的4台。

                              航站楼各变配电站负荷容量表                      表1

变电站	计算容量 kva	变压器 kva	负荷率 %	计算容量kva	变压器kva	负荷率%	应急负荷率%
1#	1838	2500	74	1550	2500	52	136
2#	1041	1600	65	924	1600	58	123
3#	1905	2500	76	1870	2500	75	151
4#	1227	1600	77	1139	1600	71	148
5#	1645	2500	66	1683	2500	67	133
6#	1596	2000	80	1394	2000	70	150
	1592	2000	80	1459	2000	73	153
7#	1655	2000	80.6	1249	2000	62	142.6
	1553	2000	77	1385	2000	69	146

    配电站中，每两台变压器的380v/220v低压侧均设置手动/自动母联开关。当其中一台变压器故障后，另一台变压器将会在启动强风冷却后，长期承担变压器额定容量的133%负荷，以减少由于变压器故障而带来的停电事故。

2 变配电系统设计

    航站楼每个配电站均由机场总降压站中引出的两路独立的10kv电源供电，两路电源平时同时供电，故障时互为备用。供电系统10kv高压侧采用单母线分段，中间设手动/自动母联开关。当两路供电电源中有一路故障时，另一路将供站内所有配电变压器负荷，10kv侧备用率为100%。七个配电站的系统接线原则上是一样的，不同点仅为变压器的数量、容量及出线回路。候机大厅内的两个配电站中每个站设置四台变压器，容量相同，平时各由一路10kv电源给两个变压器供电，当其中一路10kv电源故障后，另一路10kv电源承担全部四台变压器容量负荷。10kv配电系统图如图1。

2.1 10kv配电柜

    10kv配电柜采用可抽出式、全封闭型、中置滑架式结构，柜体具有可靠的防止无操作的“五防”装置，10kv断路器采用真空式。

    进线柜安装安科瑞公司的微机线路保护装置，采用过电流速断保护；变压器出线柜安装安科瑞公司的微机变压器保护装置，采用过电流及速断保护、接地保护、变压器非电量保护（高温告警、超温跳闸保护）等；电压互感器柜安装安科瑞公司的微机pt监测装置，实时监测pt电压，并对pt进行过电压、欠电压等保护；电机出线柜安装安科瑞公司的微机电动机保护装置，采用过电流及速断保护、接地保护、负序电流保护等。

图1 航站楼变电站典型高压配电系统图

 

    10kv配电柜上配置的二次设备清单见表2。

                              10kv配电柜二次设备清单                         表2

配电柜类型	设备名称	型号	主要功能	备注
进线柜	微机线路保护装置	am5-f	过流速断保护、过电流保护、三相一次重合闸	安科瑞电气
变压器出线柜	微机厂用变保护装置	am4-i	过流速断保护、过电流保护、高温告警、超温跳闸	安科瑞电气
风机 出线柜	微机电动机保护装置	am5-m	过电流及速断保护、接地保护、负序电流保护	安科瑞电气
pt柜	微机pt监测装置	am5-u	过电压、欠电压等保护	安科瑞电气
进线柜	谐波监测仪表	acr330elh	监测和计量三相电流、电压、有功功率、有功电能、最大需量、总谐波含量	安科瑞电气
各出线柜	多功能表	acr220el	监测三相电流及有功功率和计量三相有功电度	安科瑞电气

2.2 变压器

    各配电站中采用的10/0.4kv变压器均为三相环氧树脂浇注干式变压器，容量为1600-2500kva。变压器带有内置式辐流风机，保证启动风冷后变压器容量增大50%。风机由温控箱自动控制，变压器低压绕组内埋有热敏电阻。温度大于110℃就自动启动风机，降到90℃时自动关闭。变压器出线柜上配有微机厂用变保护装置，当超过155℃时发出声光警报，当超高温时，启动断路器跳闸。

2.3 低压配电系统及配电柜

    七个配电站均设置在地下层级底层。各低压配电柜全部采用全金属铠装抽出式开关柜、柜体设计和结构符合国际和国内标准，柜内受点主开关及母联开关采用空气断路器，出线开关以塑壳断路器为主。  

    航站楼各配电站内的380v低压配电系统如图2设计，10kv/0.4kv变压器降压后进入低压进线柜，再经无功补偿柜，柜内装设安科瑞公司的arc-12/j的无功补偿控制器，其是带微处理器的自动功率因数调节器，电容器为干式。各低压出线柜上均装设acr系列网络电力仪表，可对低压线路进行三相电压、电流、有功功率及电度测量。

    低压配电柜上各电气设备的选型参考表3。

图2 航站楼380v低压配电系统图

               0.4kv低压配电柜电气设备清单                         表3

配电柜类型	设备名称	型号	主要功能	备注
0.4kv 进线柜	谐波监测仪表	acr330elh	三相电流、电压、有功功率、无功功率、频率、功率因数测量；2-31次谐波分量测量；cf、thff、kf、不平衡电压、不平衡电流计算；四象限电能计量、最大需量计算等	安科瑞电气
无功 补偿柜	功率因数自 动补偿控制器	arc-12	测量电流、电压、频率、功率因数、具备过电压保护、欠流锁定、电网谐波过大保护功能，可控制12组电容器的投切	安科瑞电气
三相 出线柜	网络多功能表	acr220el	三相电流、电压、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能、频率、功率因数测量、四象限电能计量	安科瑞电气
单相 出线柜	网络多功能表	acr10el	单相电流、电压、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能、频率、功率因数测量、lcd显示	安科瑞电气
电动机 出线柜	电动机保护器	ard2f	能对额定电流范围内的电动机进行起动超时、过载、堵转、欠载、不平衡、断相等保护	安科瑞电气

3 航站楼智能配电监控系统与能耗分析数据管理系统

3.1 航站楼智能配电监控系统

    本航站楼采用安科瑞公司的acrel-2000智能配电监控系统，楼内所有配电站（10/0.4kv）、ups装置及应急柴油发电机组等设备均被归纳于智能配电监控系统中。整个监测系统由三个部分组成：现场设备及数据采集模块、系统监测站和电力监测管理中心，是一个分布式的综合电力监测系统。

    现场设备及数据采集器主要是：智能化开关、各出线柜上配备的acr220el网络电力仪表、ups、自备发电机组监控器上的数据通信接口。现场断路器通过数据采集模块与系统连接。这些监控器或模块就地装置，独立完成其保护和测量功能而不依赖通信网，主要负责现场参数测量、数据采集、处理及作为智能化开关设备与中央监控系统接口、将数据通讯上报纸系统。

    系统监测站主要负责对数据采集模块通过通讯网络传来的数据进行实时计算处理、保存、显示和生成报表。每个变电站中有一个系统监测站，负责本站内的监测。

    在登机长廊底层3#配电站中，设置了一个电流监测管理中心，将楼内所有系统监测站的信息通过专用通信网络集中到一起管理已经对各区信息数据进行集中监测、处理。监测主要内容有：各变配电站母线段电压值、电流值；各回路电量的实时采集；线电压、相电流；三相有功功率、无功功率、有功电能；频率、功率因数；电压不平衡度、电流不平衡度；各断路器、手车状态；变压器温度、运行状态；自备发电机组的启动及运行监测。

    监控系统的主要功能有：显示区域平面系统图或主菜单；实时显示主接线图、断路器、手车、接地刀闸的变为情况及母线受电情况；实时显示自动装置运行状况图、电力变压器非电量回路图等。在微机保护装置发生动作时自动发出警报并产生事件记录、事故追忆、故障录波等。

3.2 航站楼能耗分析数据管理系统

    航站楼内acrel-2000智能配电监控系统与acrel-5000能效数据分析管理系统的组网示意图如下：

图 3  航站楼智能配电监控与能耗监测组网示意图

    航站楼内的用电负荷有：普通电力、专用设备电力、各场所照明、插座、广告灯箱、空调、通排风机控制、消防设施、安保、行李分拣、航班显示、机坪灯光、各类垂直升降梯、自动扶梯、自动布道、弱点机房用电等。楼内所有消费设施包括消防水泵、喷淋泵、排烟、正压风机、消防电梯、大楼消防、安保及设备监控中心、通讯、航班显示系统、综合布线系统、行李分拣、自动化及监控系统、安检系统、当地网络分配场所、办票服务台以及安全疏散照明灯均作为一类重要负荷；其余作为二类负荷。

    由于航站楼内用电负荷较多、用电量大，因此需对楼内的电能消耗做分项能耗管理，采用安科瑞公司的acrel-5000能效监控系统按用途划分进行采集和统计能耗数据，如：普通照明用电、航班服务用电、消防用电、空调用电等。系统可通过历史数据和预算数据分析，客观确定节能改造性价比；改造前后能耗数据对比，实事求是的节能效果评价；节能措施的精细化管理，保障其效果的可持续性。

3.3 航站楼acrel-2000智能配电监控系统界面

    acrel-2000智能配电监控监控系统通过系统数据和规约库模板配置将微机保护装置和多功能电力仪表以及各种传感器连接起来，把供电系统的各回路电参量、开关状态量、电能消耗等通过通讯网络实时的仿真到计算机画面，供电运行维护人员可以通过监控计算机来实时了解供电系统的每个环节。在发生可能导致事故的异常状况时可自动告警；在发生事故时可产生事件记录、记录故障前后波形，甚至可在事故发生后重演事故过程，并提供各种曲线、柱状图等分析图形和报表，使配电系统自动化运行。

图4  acrel-2000智能配电系统主接线图

    

图5 acrel-2000智能配电系统实时监测画面及报表

图6  事故追忆画面及监测数据报表

3.4 航站楼acrel-5000能耗数据分析管理系统界面

    航站楼内的acrel-5000能耗数据分析管理系统在系统监测站定时采集各监控点的仪表参数并上传至本地能耗分析管理系统数据库，用户可用于当地实时查询能耗监测情况，如图7所示。系统可统计航站楼内耗电量的时用量、日用量和年用量，以曲线图或柱状图等方式显示，支持报表输出，图8所示。系统还可提前各分项耗电量数据进行同、环比分析，如图9所示，确立标杆值并对各监控点的耗电量情况进行耗电水平判定，对用电改善提出一套完整的诊断流程，并给出耗电分析报告。

 图7  acrel-5000系统监测站实时电量测量

图8 航站楼内用电量的时用量、日用量、年用量柱状图

 图9 航站楼内 各用途用电量同、环比图

4 航站楼紧急备用电源

4.1 柴油机组

    航站楼内所有一类重要负荷，采用柴油发电机组及不间断电源（ups）装置作紧急备用电源。根据国家电气设计规范，一类负荷要求有两路不同电源供电，而提供航站楼内每个配电站的电源均为两路。在实际运行中，当一路电源故障时可能另一路也同时出现故障，因此为确保航站楼供电的可靠性、安全性，设置了后备电源。

   根据一类重要负荷的分布，设计了4台柴油发电机组，分别设置在4个不同的机房内。发电机容量满足一类重要负荷容量加上部分能保障航站楼运行的基本设备符合，见表4。

                            应急负荷及发电机容量                     表4

发电机房位置	计算容量（kva）	机组容量（kva）
1#候机大厅	830	1000
2#候机大厅	849	1000
3#登机长廊	819	1000
4#登机长廊	850	1000

    航站楼对于特别重要的负荷还采用不间断供电装置（ups）。这些负荷包括：行李分拣自动化监控、x射线安检、办票电脑工作台、应急照明灯等。根据航站楼内各重要用电位置、容量分步、设置了4处ups装置室，候机大厅的地下层设2处，登机长廊底层设2处，每个ups室内均设有一组工艺用ups及一组应急照明用ups装置。每套ups装置构成相同，只是容量、供电时间长短不同，其主要性能：1、装置由可控硅整流器、逆变器、交流静态开关、蓄电机组及其他充电器和电脑控制电路组成；2、高效率、高可靠性，无故障工作时间大于20万小时，故障平均修复时间15min，3、采用两条供电之路并联工作的全冗余式供电系统，具有自动旁路性能和浪涌电流抑制保护功能；4、整流器具有软启动性能，带平衡电抗器的12脉冲整流，逆变器采用三相锁相同步技术，脉宽调制，使用1gbt功率元件；5、采用微处理器和先进的数字信号和测控技术来构成对ups电源的实时监控，实现对ups电源各项参数的智能化控制。

    市电与后备电源的配电系统见图10。

图10 两路电源与自备电源的配电系统

5 结语

   航站楼是中国机场的中心，建筑面积大，旅客吞吐量大，合理的设计供配电系统尤为重要。本航站楼内设计了acrel-2000电力监测系统和acrel-5000用电量数据分析管理系统，能实现航站楼内遥测、管理和无人、少人值班，从而到达优化电能管理，保证安全供电。

参考文献

[1] 上海浦东国际机场航站楼的供配电设计.邵民杰.供用电.no.5 serial no.18,2001.10.

[2] jgj 16-2008 民用建筑电气设计规范[s].

[3] gb 50052-1995 供配电系统设计规范[s].

[4]安科瑞电气股份有效公司.能效管理系统设计安装图册.2013.11.1合订本.

作者简介：

温刚，男，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为智能配电系统设计，email：2880157863@qq.com 手机：13564221630 ,座机：021-59104849 qq：2880157863