机场候机楼低压配电系统可靠性分析

林文杰

摘 要：文章应用故障树分析法，定性分析，分析了候机楼低压配电系统的可靠性问题，找出系统可靠性的薄弱环节——电压继电器和时间继电器。实践也证明了定性分析的正确性，并相应采取对策，进行改善维修，提高了系统的可靠性。

关键词：候机楼；低压配电系统；故障树分析法；定性分析；可靠性

中图分类号：TM645 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）23-0079-03

某机场候机楼装备有：离港、航班显示、自动广播、闭路电视、楼宇自动化控制、有线电视、综合布线、消防控制中心，停车库自动管理系统。还有总装容量15 600 kV·A变压器和装机容量为3 430 kW的柴油发电机组，3 300冷吨的空调系统以及垂直电梯9部，自动扶梯19台，自动步道7个，行李传输带10条，登机桥13座等机械设备。这么多的系统和设备样样都需要用电。一旦供电系统出了故障，整个候机楼的功能将丧失。就不能把旅客准时送上飞机，造成航班延误。因此，对涉及面广的供配电系统，其可靠性更为重要。

T3楼共有四个变电站，它们之间是独立的。图1是每个变电站和低压配电系统，由Ⅰ回变压器，II回变压器，柴油发电机组和馈电回路组成。当I回失压的情况下，由II回通过母联向I回所属的馈电回路供电；反之，當II回欠压时，由I回通过母联向II回所属的馈电回路供电；当市电都失压时，柴油机起动发电供给重要负载用电。重要负载由I回和II回馈电同时送到终端负载配电箱，有效保证候机楼重要设备的用电。如事故照明、标志灯、诱导灯、重要电梯、行李传输、防火卷闸门、排风机、消防及弱电系统。

1 运用故障树分析法，对系统的可靠性作定性分析

在图1中，把系统故障作为顶端事件，它包括三个次级事件：I回不能供电，II回不能供电，柴油发电机不能发电，这三个次级事件与顶端事件的逻辑关系是“与门”关系。然后再将次级事件往下分解，便可得出该低压配电系统的故障树，如图2所示。

从故障树可以看出，顶端事件是系统故障。它要发生必须三个次级事件都要同时发生，发生这种情况的可能性很小，所以系统是可靠的。而次级事件的可靠性是建立在各个基本事件的可靠性基础上，因此对于每个基本事件都要认真对待，消除隐患，提高其可靠度。

首先对于出现次数最多的电压继电器和时间继电器，它们是系统中的薄弱环节。而事实是不是如此呢？以系统首次联调情况说明。

为了检验系统的安全性、稳定性、可靠性，每年组织了一次系统联调，第一次系统联调时结果有这样的问题：有三个进线开关柜的“FIS”断路器在用电失压的情况下不能自动分断，母联开关柜的“FIS”断路器无法随即自动接通。二个自投自复开关柜中的断路器不能自动分断和自动接通。原设计的关系逻辑是：不管是“Ⅰ回”或“Ⅱ回”，其中只要一个回路失压，这一回的进线柜的断路器延时3秒钟后，就会自动分断，母联柜的断路器随即自动接通。而自投自复柜的关系逻辑是：正常是“Ⅰ回”的进线开关接通，“Ⅱ回”分断；“市/柴”柜是市电进线断路器接通，柴油发电机进线断路器分断。当“Ⅰ回”或市电失压延时1秒后，““Ⅰ回”进线断路器自动分断，“Ⅱ回”进线断路器自动接通，市电进线断路器自动分断，柴油发电机起动发电建压输出后，“柴电”进线断路器自动接通。“Ⅰ回”恢复正常后，“Ⅱ回”进线断路器自动分断，“Ⅰ回”进线断路器自动接通。同样市电恢复正常后，柴油进线断路器自动分断，市电进线断路器自动接通。

经检查，造成上述不能自动切换的原因是什么呢？是5只JS11-12时间继电器失效，失效率为22.7%。为了保证市电双回路电源，市电和柴油机发电机电源快速切换，对于损坏的时间继电器都及时更换。由于该时间继电器故障率高，即对它进行重点巡视检查，发现失效的就及时更换，在联调后半年时间里又有七只JS11-12时间继电器损坏，这样在一年时间里共有12只时间继电器损坏，失效率为54.5%。还有双电压继电器损坏，失效率为4.5%。如此的失效率势必影响系统的可靠性。

失效率高是不是时间继电器和电压继电器的可靠度差呢？是不是电网的供电质量问题吗？不是的。而是由于其运行方式不合理。图3是1#进线柜的原理图：电压继电器是检测开关进线电源情况的，当电影缺相或失压时，电压继电器线圈就会失电，常开触点释放，常闭触点闭合。在图3（c）中。控制回路用了电压继电器的常开触点，在正常情况下。控制电源电流通过电压继电器的常开触点的电流也不大，这时继电器的故障模式是闭合触点的接触电阻（接触压降）太大，所以在负载电流较小时，继电器的失效率一般随负载电流的减小而增大。再由于触点长期闭合，又因触头的氧化导致发热条件劣化。上述两个不利因素造成了在一年内有二只电压继电器失效。从时间概念上说，电源正常是必然性的，而不正常是偶然性的。其工作方式应该有所改变。选择偶然的不正常才让电流通过电压继电器的触点，这样来提高电压继电器的电寿命。

而事件继电器，它是电动机式时间继电器，由微型同步电机驱动减速齿轮组，并由特殊的电磁机构加以控制以获得延时。在图3（c）电气原理图里。时间继电器是断电延时来达到功能要求的。电源和电压继电器正常时，微型同步电机就一直处在运行状态。由于电动机和齿轮的机械寿命是有时限的，长时间运行是造成时间继电器失效率高的主要原因。时间继电器的实效，就不能在规定的条件下、规定的时间里，完成规定的功能。1QF就不能自动分断，母联开关3Q也不自动接通。系统达不到准确、可靠的目标，母联开关的控制原理如图4所示。

从以上的分析，已经找出了电压继电器和时间继电器失效率高的原因在于不适用此种运行方式，是断电延时的。本来断电的概率很低，电压继电器的触点长期保持通电状态，时间继电器的电动机一直处在运行状态，如果把断电延时改成得电延时，这就可以改变电压继电器触点长期通电和时间继电器电动机长期运行的状况。从而可以大大减少电压继电器和时间继电器的失效率。同时还把电动机式时间继电器改换为电子式时间继电器，进一步提高其可靠性，时间继电器改成得电延时的电气原理图如图5所示。电压继电器原来接在常开触点上，现在改接在常闭触点上。而且把两只电压继电器的触电串联连接改为并联连接。这样电源只要缺相或失压，电压继电器线圈就失电，常开触点释放，常闭触点接通，时间继电器就得电，延时3 s钟后，常开触点闭合。“1QF”开关⑨—⑩得电，分断线圈吸合，“1QF”开关分断。而“3QF”则由“1QF”分断后的常闭辅助点。303—305接通，“3QF”①—②得电，接通线圈工作，“3QF”开关接通。这样一改，调整了工作状态，把系统的必然性和偶然性对换，把选择正常的必然性的断电延时改为不正常的偶然性的得电延时。大大缩短了电压继电器触点的通电时间和时间继电器的工作时间，因而提高了元器件的可靠度。Ⅱ回进线柜“2QF”，自投自复柜“4QF”、“5QF”的控制也都按此方式进行更改。通过这一改善维修后，大大提高联锁、自投自复的可靠性。使得低压配电系统第二联调中各种功能和参数都达到设计要求。“1QF”失压延时3 s后，“1QF”自动分断，“3QF”也随即自动接通。同样“2QF”失压时，延时3 s后自动分断，“3QF”也随即接通。“1QF”、“2QF”同时失压3 s后柴油发电机自动起动，5 s内建压并输出电源，此时“市/柴”自投自复柜的“4QF”自动分断，“5QF”同时接通。从市电停电到柴油发电机发电恢复供电，在10s内完成。当市电恢复正常时。“5QF”自动分断。“4QF”同时自动接通。柴油机延时5 min后自动停机。

为了有效防止双电源运行和电路故障后误接通电源，“1QF”“2QF”“3QF”开关有电器联锁作用，只要有2个接通，或有故障（保护本身有跳闸信号）时，第三个就无法接通。不管在任何情况下，“1QF”或“2QF”只要分断，就无法自动接通，要用手动，这样可以防止突然来电造成双电源并联运行。一些措施都是为了系统的安全性和可靠性。

3 讨 论

以上分析的是在自动状态下的情况，而不在自动失效的情况下。要保障系统正常供电，进线开关，母联开关，自投自复开关都设置了电气手动装置。通过控制按钮就可以进行操作。电气手动装置再失效后，“F”开关本身就有机械手动和机械手动储能机构，可以手动储能和手动操作，多种功能并存就能做到游刃有余，增强了系统的可靠性。

前面对市电问题做了较详细的分析，市电失压问题取决于外界电网的可靠性问题，在这一方面不可能有更多的企求。而是在内在的因素——柴油发电机组。

在可靠性保证体系中，除了抓住薄弱环节之外，对于其他的次级事件和基本事件也不能忽视。图2的故障树，影响柴油发电机组不能发电和供电的有：开关不能自投、发电机不出电、柴油机不能起动。柴油机不能起动则是：冷却水、润滑剂和电池。而蓄电池失效又是：接线氧化、硫酸液液面低于电极极面、充电机失效。这三个基本事件是蓄电池维护中常见的问题。针对这些问题，应采取必要的防患措施。

综合性的预防措施包括建立健全各种规章制度，安全操作规程，定期维护保养制度。这就要求半个月启动一次柴油机，启动之前先检查润滑油的油位，水箱里冷卻水的液位。蓄电池是不是失效，充电机的工作状态如何。硫酸液不足的要补充，蓄电池接线柱与导线的联接处是不是有氧化，如果氧化，应及时把氧化物清除干净。然后涂上凡士林，再锁紧。这样保证接触良好。预防维修搞好了，就会使柴油发电机组处于良好的技术状态，随时都可以启动发电，保证候机楼用电需求。

图2故障树所涉及到的事件是系统可靠性的一部分。系统的可靠性还包括了众多的电器元件。经统计，T3楼低压电力系统的电器元件有：断路器4 P 1548只、3 P 368只、2 P 168只、1 P 4 788只。交流接触器4 P 722只、3 P 565只。熔断器2 476只。转换开关1 503只。中间继电器3 294只以及时间继电器、电压继电器、热继电器等共1.5万只左右。在可靠技术中，系统的可靠性与电器元件数量、运行时间有关。对机场的候机楼，一年365 d都有航班，都要运行，没有系统的检修时间，这对系统的可靠性的压力增大了。这只能靠日常的预防性的维修了，这是提高系统可靠性的有效途径。

参考文献：

[1] 邓立华，陈星莺.配电系统可靠性分析综述[J].电力自动化设备，2004（4）.

[2] 魏选平，卞树檀.故障树分析法及其应用[J].电子产品可靠性与环境试验，2004（5）.