大型机场航站楼供电可靠性分析及措施

马霄鹏， 赵心亮

(中国建筑设计研究院有限公司，北京 100044)

0 引言

当今，处于全球经济相互渗透融合、高速发展的时代，无论是出游、商务、货运物流等都越来越依赖于飞机这种快速、便捷的交通工具，为了适应客、货流量的迅速增长，各地航站楼的建设规模也越来越大。根据2017年CADAS(Civil Aviation Data Analysis)民航数据分析系统的统计数据，我国国内年旅客吞吐量超过1 000万人次的Ⅰ类大型机场已达到32个，超过4 500万人次的超大型机场达到5个，其中北京更是以9 500万人次位居首位，庞大的客流量和货运量，对于机场的可靠运转不断提出更为严峻的挑战。而电力系统作为支撑这个庞大运转体系正常运行的重要保障之一，对供电可靠性的要求也越来越高。

据不完全统计，近10年来全球发生多起大型国际机场停电事件，每次停电均造成数千旅客的滞留，数百甚至上千次航班的取消，经济损失巨大。因此如何提高供电可靠性，是电气设计人和电力系统运维保障人员共同努力研究的方向。本文即以某大型航站楼为例，对如何提高供电可靠性进行分析总结，以供参考。

1 供电可靠性分析

1.1 提高供电可靠性的必要性

以某大型国际机场航站楼(年客运吞吐量 6 500 万人次)为例，根据JGJ 243-2011《交通建筑电气设计规范》对Ⅰ类机场航站楼负荷等级的划分，该航站楼总用电负荷约73 000kW，其中一级负荷中特别重要负荷占比20%，一级负荷占比32.5%，二级负荷占比28.5%，二级以上负荷占比高达81%。

而根据GB 50052-2009《供配电系统设计规范》，不同负荷等级对供电电源要求不同，一级负荷要求由双重电源供电，其中当一路电源发生故障时，另一路电源不应同时受到损坏；对于一级负荷中特别重要负荷，除应由双路电源供电外，还应增设应急电源(如柴油发电机、电池或独立于正常电源的专用馈电线路)；二级负荷宜由两路电源供电。由此可知，我国对Ⅰ类大型机场航站楼的供电要求非常高。

1.2 影响供电电源可靠性的因素

在几乎任何一个设备、设施运行都需要电力驱动的今天，完全杜绝短路、漏电现象几乎是不可能的，用电设备及线路超负荷运行造成绝缘老化而引起的短路、火灾，雷电流引起的过电压，大型设备投入或退出电网引起的电源电压波动，维护人员的误操作，甚至几滴水滴都有可能引起系统短路、保护开关动作。笔者统计了近10年来新闻报道的几个大型机场停电的典型案例，调查出的故障原因参见表1。

2009年以来各大型国际机场发生故障停电的典型案例 表1

图1 供电系统分解示意图

从表1的统计中不难看出，停电原因从电源到用电设施以及线路敷设，任何一个环节都有可能出现问题。而故障一旦发生，作为电力系统的保障——保护开关就要动作，一是保护人员、用电设施的安全，二是防止故障范围的进一步扩大。但是，切断电源时需要着重的关键问题在于如何在有效切除故障点的同时不影响到其他用电设施的正常运行，将应急措施与供电系统快速接驳。

对于一个大型机场航站楼的供电系统来说，虽然系统庞大、繁杂，却有其一致性和可复制性。结合我国国家规范对大型航站楼的供电要求，笔者对机场供配电系统进行了分解，并针对每一个环节采取相应的保障措施，以提高整体的供电可靠性。

对此，笔者将供电系统分解成7个环节，即：市电电源、110kV(35kV)专用变电站、室外高压线缆敷设、中心变电室的配电架构、由变电室至配电间的线缆敷设、低压配电架构、末端设备，重点需要考虑的是前6个环节，如图1所示。针对每一个环节在系统中的重要性和影响范围提出相应的保障措施。

2 供电可靠性的保障措施

以上述航站楼为例，该航站区的整体供电方案可参见图2。

图2 某机场航站楼供电方案示意图

图2中，在航站区设置一座110kV变电站，作为整个航站区的专用变配电站，并在东工作区预留一座110kV变电站的建设条件，作为第二中心变电站。由航站区专用变电站向航站区内各用电户提供10kV电源，每个用电用户设置自己的10kV变电站，并向其内部低压用电负荷供电。在航站楼设置4处中心变电站，GTC和能源中心各设置一处中心变电站。由110kV专用变电站沿南北两侧的综合管廊引至各建筑内的10kV中心变电站。

2.1 市电电源

根据国家规范的要求，对于一级用电用户，需提供两路市政电源，该航站区110kV专用变电站由上一级的220kV变电站引来两路110kV电源。两个电源分别取自两个不同方向的220kV变电站。电缆经市政专用电缆沟敷设，以满足当一路电源发生故障时，另一路电源不同时受损的要求。

2.2 110kV变电站选址及供电方案

在航站区建设一座110kV专用变电站位于机场西侧滑路，负责用地东北侧的航站区、飞行区等用房供电；同时在东工作区预留建设第二座110kV专用变电站的条件，以提高整个航站区专用变电站的供电可靠性。

新建110kV专用变电站选址靠近电源侧，兼顾考虑供电部门可单独管理的需求。变电站内设置3台63MVA变压器，考虑预留航站区内二、三期航站楼建设的冗余。

由专用变电站至航站区各中心变电站采用放射式供电，每个中心变电站由专用变电站引两路10kV电源，且两路电源要求由专用变电站的不同母线段引出；因考虑到现阶段10kV电源由同一个专用变电站引来，为提高其供电可靠性，要求110kV变电站的各母线段做到纯物理隔离，确保不同时受到火灾、水灾等影响。

2.3 航站区线路敷设

由110kV专用变电站引至航站楼、GTC(交通中心)各中心变电站的2路10kV电源均要求分别由南北综合管廊引入，确保不同路由接驳，提高供电线路的可靠性。对于用电等级要求不是很高的能源中心，则2路10kV电源均由南侧管廊沿同一路由敷设，减少前期的投资。

室外10kV电气线缆主干路由敷设在综合管廊的电气仓中，电气仓相对独立，不受其他管路的影响。该管廊在航站区南北道路两侧由西向东贯通直至机场110kV变电站，并与市政管廊接驳。管廊内设有火灾报警系统和消防设施，并可监测线缆的温度。

2.4 中心变电站配电架构

2.4.1 高压供电系统

为节省投资，同时满足供电可靠性的要求，根据每路10kV电源线路的承载能力，在航站楼共设置4处中心变电站，并根据低压供电半径控制在200～250m的原则，设置若干10kV分变电室。分变电室分布在中央区和指廊区，10kV电源由就近中心变电站的不同母线段引出。

中心变电站采用单母线分段方式运行，设母联开关。平时两段母线同时分列运行，当一路电源故障时，通过手/自动操作联络开关，另一路电源负担全部一、二级负荷。分变配电室就地设高压检修开关柜，保护由中心变电站完成。

2.4.2 典型低压配电系统

(1)低压采用单母线分段运行方式，设联络开关，每台变压器负载率≤65%，如图3所示。

(2)当一台变压器故障或一路母线失电后，联络开关延时投入，并自动断开低压供电母线上非保证性负荷，以保证承担负载的变压器能正常运行。

(3)设置重要负荷和消防负荷的专用应急母线段，应急母线段配电柜柜体与其他柜体采取防火隔离措施，防止其他柜体着火影响应急母线段的运行，同时应急母线段接驳柴油发电机电源，当两路市电同时停电后，确保重要负荷仍能继续运行。

图3 典型低压配电系统示意图

2.4.3 应急电源

针对用电设备对电源断电时间的不同要求，笔者所在的设计单位采用多种应急电源组合，作为供电系统的备用电源。

(1)柴油发电机组

选用～400V低压供电柴油发电机组作为航站楼的主要备用电源，在容量和供电范围允许的情况下，柴油发电机房相对集中设置。在柴油发电机房内设置≤1m3的日用油箱，确保柴油机快速启动，且在短时间内可以维持其正常运转，为周边调度油罐车提供准备时间。相对集中设置，可适当减少柴油发电机的设置数量，且仍能保障系统相对灵活，对于分变电室等小范围电源故障，可以迅速启动该区域的柴油发电机组，机组的启动逻辑关系相对简单，且在容量较小的情况下，低压柴油发电机组较高压柴油发电机组的投资更低，维护更简单。但因为分散在多处，没有完全集中，日常的运维管理工作量仍较大。

柴油发电机组与变电室应急母线段接驳，当两路市电电源同时停电时发出启动信号，柴油发电机组15s内启动，正常运转并投入。

(2)UPS电源+柴油发电机组合

对于重要负荷，如通讯设施、航显、安检、值机等系统对供电电源要求高，仅靠柴油机作为备用电源，不能保证其正常运行，需同时设置UPS电源作为不间断电源，保证柴油机在正常运行投入之前的供电连续性。

(3)EPS电源+柴油发电机组合

为解决火灾疏散照明的不间断供电，相对集中设置免维护蓄电池组直流逆变应急电源(EPS)供电，当所有市电全部停止供电后，仍可按规范要求的时间持续供电，且EPS电源提供24V安全电压，避免火灾发生时受困人员和施救人员的意外触电。

2.5 航站楼内配电线缆的选择及敷设

2.5.1 线缆选择

室内配电线缆敷设分为高压和低压线缆。由中心变电站高压柜配出的高压电缆，特别是向分变电室供电的电缆，由于其是分变配电室的电源侧线路，故选用矿物绝缘类不燃性高压铜芯电力电缆或耐火型电力电缆，确保特殊情况下仍能继续工作；对于火灾时坚持工作的低压出线电缆选用矿物绝缘类不燃性电力电缆；而火灾时非坚持工作的低压出线电缆则选用低烟无卤A类阻燃电力电缆，防止自身延燃和绝缘材料因燃烧而散发的毒气对室内人员造成二次伤害。

2.5.2 线路敷设

由中心变电站至各分变电室高压电缆有条件时可在室内电气管廊内敷设，管廊内空间相对独立，不会受到其他区域事故的影响，敷设线路更安全，且便于维护人员快速维修。

对于低压重要负荷，由两路电源供电，其主备电缆分设于不同的电缆桥架，降低相互干扰的可能性，提高线路的供电安全。

2.6 配电间、配电箱配电措施

从变电室到配电间、配电箱已经是整个供电系统最末端的配电系统，故障影响的范围相对较小。由于这一级配电会随着末端设备以及使用需求的变化经常调整，也是发生故障频率最高的一级配电，但同时也是响应速度最快的一级。因此这一级的配电系统，不仅要求具有一定的灵活性以适应末端改造的需求，同时要能保证重要负荷在最末一级的供电可靠。针对不同性质的用电负荷，采用放射式、树干式和多级配电等不同的配电方式。针对不同用电性质以及不同负荷等级采取相应的供电措施。

按配电区域及供电半径合理规划设置配电间，并根据负荷性质和后期运行特点设置不同类别的配电箱(柜)。

2.6.1 照明配电箱

用于满足空间照明使用的配电箱包括：一般照明箱(A)、备用照明箱(B)、装饰照明箱、疏散照明箱。

在确保末端电源供电半径≤50m的区域内设置照明配电箱，局部不能满足要求的，应经过电压偏差计算，不满足规范要求的回路需采取放大导线截面等相应措施。在大空间照明，如值机大厅、出发大厅、到达大厅、行李提取大厅等要求设置备用照明的场所，设置A、B照明配电箱，对大厅的照明灯具进行交叉供电，其中备用照明箱电源取自由柴油发电机供电的应急母线，既可满足当市电电源停电后，该空间的基本照明要求，又能保证仅有备用照明时的均匀度。

由于大空间基础照明的负荷等级较高，在相应区域同时预留为三级负荷供电的配电箱，用于装饰照明、插座、卫生间照明等用电负荷的供电。

2.6.2 动力、空调设备配电箱

对于航站楼内的动力设备设置专用配电箱，如电梯/扶梯/步道电源箱、风机配电(控制)箱、厨房动力配电箱、空调设备配电(控制)箱、水泵配电(控制)箱等。对于电梯、水泵等配电(控制)箱采用双路电源供电。对于厨房动力，由于负荷容量较大，通常采用放射式供电。空调、风机等容量较小的设备采用二级配电分方式供电，即在相应区域设置二级配电箱，再放射式配电至各终端箱。

2.6.3 弱电、工艺及外联单位专用电源箱

航站楼区别于其他民用建筑的最主要特点是内部设有众多的弱电设施、专用工艺设施，以及并存多家外联单位协同办公，各弱电设备、工艺设施是航站楼能正常运转的重要因素。由于负荷等级高，因此对于各弱电设施、工艺设施，如弱电机房、弱电间、值机设备配电箱、安检设备配电箱、航显屏配电箱、400Hz电源配电箱等采用专用回路供电，特别是弱电设备、值机、安检设备采用双电源供电，末端互投，其备用电源除设置柴油发电机外，另需设置UPS电源，保证供电电源的连续性。对于外联单位如国际边检、安检、海关、卫生检疫、航空公司等，根据使用单位的不同，设置专用配电箱，便于运营管理。

2.6.4 其他用电负荷

航站楼内除满足其正常运营的设施用电外，还含有大量的商业、广告等用电负荷，且这部分的用电负荷特点是负荷容量波动性大、改造频繁。为了适应这一特点，末端改造不影响航站楼其他用电的正常使用，通常按区域为该类负荷单独设置大容量二级配电箱，专用回路配电，再放射式配出至各商铺或广告灯箱等设施，当某一个商铺或末端的容量调整，对区域配电的容量影响小，增加系统改造的灵活性，同时设置防止电气火灾的漏电保护装置，降低由于频繁改造或人为误操作引起电气故障的几率。

3 结束语