民用支线机场供电工程设计要点浅析

高 超

(民航机场规划设计研究总院有限公司西北分公司, 陕西 西安 710075)

0 引 言

民用支线机场(后简称支线机场)主要指设计目标年旅客吞吐量不大于50万人次,主要起降短程飞机,直达航线一般在800～1 500 km的小型机场。支线机场虽然规模较小但数量众多,是我国交通运输体系中的有机组成部分。随着我国经济社会的发展,支线机场的建设与发展正得到政府、主管部门、公众的重视。由于支线机场有着民航属性以及自身特点,其供电系统设计也有着区别于其他建筑的特点。电气工程师在进行支线机场供电系统规划设计时需要掌握支线机场供电系统设计要点。

1 民用支线机场概况

支线机场按照宏观区域划分可分为航站区和飞行区。民用支线机场概况如图1所示,航站区主要包括航站楼、交通、服务等设施;新疆某支线机场总平面图如图2所示。飞行区主要包括跑道、滑行道、机坪等设施和场地。支线机场通常只有一条跑道,航站楼初期面积不大于10 000 m2。

2 民用支线机场供电工程内容与特点

支线机场供电工程指场内供电工程,主要包括中心变电站和场区供电网络。中心变电站是供电工程的核心,主要包括高低压变配电系统;场区供电网络负责将电能输送到各个用电负荷,主要包括场区供电线路和导航台供电。根据支线机场行业属性以及场区整体布局,其供电工程主要有以下特点。

(1) 机场用电负荷中包含大量一、二级负荷以及一级负荷中特别重要负荷,具体负荷分级见GB 51348—2019《民用建筑电气设计标准》附录A[1]。机场供电的可靠性直接影响导航设施、助航灯光等重要负荷的运行,进而影响飞行安全。MH/T 5002—2020《运输机场总体规划规范》规定机场供电等级应按一级负荷规划[2]。所以,支线机场负荷等级高,供电可靠性要求高。

(2) 支线机场用电负荷除了各单体建筑外还包括导航台站、助航灯光系统、站坪照明及机务用电,部分机场还有飞机桥载空调、400 Hz静变电源、停车场充电桩、围界安防等负荷。支线机场场区范围较大,中心变电站距离各单体建筑及飞行区内用电负荷均有一定距离。所以,支线机场负荷种类较多且分布相对分散。

(3) 支线机场灯光变电站主要为助航灯光系统提供电源,考虑支线机场灯光系统负荷不大且距离跑道较近,通常将灯光变电站与中心变电站合建。此外,对于距离中心变电站特别远的小容量负荷或距离中心变电站较远的大容量负荷,通常设置小型变电站或箱变为其供电。所以,支线机场中心变电站与灯光变电站合建,除中心变电站外还分布若干小型变电站。

3 民用支线机场中心变电站设计要点分析

由于支线机场负荷等级高,其中心变电站应由两路稳定可靠的电源供电,常见的供电电压等级为10 kV或35 kV。若上级变电站距离机场不远且机场总体负荷不大,采用两路10 kV电源供电即可;若上级变电站距离机场较远或机场总体负荷较大(如采用电锅炉采暖),则采用两路35 kV电源供电。

机场10 kV中心变电站主要包括10 kV配电室、0.4 kV配电室、油机间、油桶间、主控室等。机场35 kV中心变电站在10 kV中心变电站基础上还包括35 kV配电室、35 kV主变室、消弧线圈室等。由于支线机场中心变电站与灯光变电站合建,10 kV或35 kV中心变电站还需设置灯光配电室(调光柜间)、维修间、测光室、备品间,主控室除变电站综合自动化系统外还需设置助航灯光监控系统。

由于机场采用两路电源供电且负荷等级较高,35 kV或10 kV中心变电站高压主接线均采用分段单母线形式;中心变电站低压接线采用两台变压器加柴油发电机组形式[4]。虽然机场中心变电站与灯光变电站合建,但助航灯光系统接线宜相对独立,不应接入大量其他负荷造成可靠性降低[3]。

以上述新疆某支线机场中心变电站为例进一步说明。该机场供热采用2台2.4 MW电锅炉,采暖季总用电负荷较大,故中心站为35 kV变电站,由两路35 kV电源供电。站内设置35 kV配电室、35 kV主变室、10/0.4 kV配变电室、调光柜间、柴油发电机房等。35 kV变压器室设置两台6 300 kVA主变压器,10/0.4 kV配变电室设置两台1 250 kVA和两台315 kVA干式变压器,其中两台315 kVA变压器为助航灯光配电专用变压器。柴油发电机房设置两台380 V柴油发电机组,容量分别为800 kW、360 kW。其中360 kW柴油发电机组为助航灯光配电专用,2路市电均失电时,由其承担全部助航灯光负荷;800 kW柴油发电机组在2路市电均失电时,为机场其他一级负荷中特别重要负荷供电。新疆某支线机场中心变电站高低压主接线图如图3所示。

图3 新疆某支线机场中心变电站高低压主接线图

由图3可知,本案例中电锅炉由两台主变降压后供电,主变容量因电锅炉而选择较大,在非采暖季主变负载率较低,变压器运行不经济,但该供电方式可节约单独为电锅炉设置35 kV变配电设备的费用。在设计中,电锅炉也可以考虑直接由35 kV母线经电锅炉专用变压器供电,该方案较案例中的供电方案需增加35 kV出线间隔,以及35 kV变配电设备等,初期投资较大。但该方案可以降低主变容量,提高主变压器负载率,节约运行费用,便于对电锅炉单独运维。此外,只要做好土建、出线间隔等预留,后期随着机场发展增设电锅炉也很方便。对于上述2种方案,具体采用采用哪一种,应结合项目具体情况进行方案比选确定。

综上,支线机场中心变电站设计要点主要有:

(1) 根据机场负荷大小及与上级变电站距离合理确定供电电压等级;

(2) 中心变电站建筑平面布局应结合供电电压等级、机场整体供电方案及灯光变电站使用需求统一考虑确定;

(3) 支线机场电气主接线相对固定,一般高压主接线采用分段单母线,低压采用两台变压器加柴油发电机组形式,助航灯光供电系统独立设置;

(4) 对于有大容量电锅炉的机场,应通过综合比选确定电锅炉供电方案。

4 民用支线机场供电网络设计要点分析

支线机场供电网络主要功能是输送电能。考虑支线机场负荷种类较多且分布分散,根据中心变电站到各个用电单位距离以及各用电单位的负荷大小,支线机场供电网络一般由0.38 kV和10 kV供电线路组成。

在进行供电网络设计时,应统筹考虑机场全部用电负荷的大小及分布情况,根据项目具体情况灵活确定哪些负荷采用0.38 kV供电,哪些负荷需要设置变电站由10 kV供电。一般情况下,对距离中心变电站较近且负荷不是很大的各单体建筑一般采用0.38 kV线路供电,对距离中心变电站较远或者负荷很大的用电单位则需要设置变电站由10 kV供电。

由于中心变电站距各单体建筑一般在几十至几百米不等,各单体建筑用电负荷大小一般在几十至几百千瓦之间,采用0.38 kV线路供电时,除了要满足开关与电缆载流量配合要求外,还需要根据电缆长度和所供负荷大小校验压降是否满足要求。此外,由于供电电缆较长,线路末端短路电流较小,设计时还需保证线路末端最小接地故障电流不小于断路器瞬时过电流脱扣器整定电流的1.3倍,既校验开关的灵敏度[4]。在设计时建议先通过电缆载流量和压降要求确定电缆截面,再通过调节断路器瞬时过电流脱扣器整定电流来满足开关灵敏度要求,这样可以在满足供电要求的前提下实现电缆截面选择最小,节约投资。

机场导航台位于跑道两端头附近,距离中心变电站很远,故支线机场一般都会在飞行区两端头各设置一座导航台变电站,参见图2。支线机场除导航台变电站外,可能还有其他变电站,如电锅炉变电站、航站楼变电站、制氧机房变电站、停车场充电桩箱变等。这些变电站的设置应灵活合理,兼顾机场近期与远期发展。由于采用10 kV线路供电,在电缆选择时应校验10 kV电缆的载流量、压降、热稳定。

以新疆某支线机场供电网络为例,机场供电线路主要采用放射式敷设。航站区及飞行区内除锅炉房外的其他单体建筑由于距离中心变电站较近且负荷大小适当,采用0.38 kV线路供电,电缆采用YJV22-0.6/1 kV电缆;锅炉房负荷过大、东西导航台距离中心变电站太远故设置电锅炉变电站和东、西导航台变电站,均采用10 kV线路供电,电缆采用YJV22-8.7/15 kV电缆。场区供电线路从中心变电站引出后,沿电缆沟或综合管沟敷设,出管沟后直埋敷设,电缆进出电缆沟和建筑物、穿过道路、管沟或硬化区时穿镀锌钢管保护。助航灯光变电站与中心变电站合建,其10 kV供电电缆采用ZR-YJV-8.7/15 kV电缆沿中心变电站电缆沟敷设至助航灯光专用变压器,该部分一般不计入机场供电网络,而计入中心变电站设计。新疆某支线机场供电网络图如图4所示。

支线机场供电网络设计要点主要有:

(1) 根据机场负荷的大小及分布情况确定各个负荷的供电电压等级;

(2) 0.38 kV线路应校验电缆的载流量、压降及开关灵敏度,在满足以上要求的前提下电缆截面选择应兼顾经济性;

(3) 中心变电站以外的其他变电站设置应灵活合理,10 kV电缆应校验载流量、压降、热稳定。

5 结 语

本文先介绍了支线机场的整体概况以及支线机场供电工程的内容与特点,针对支线机场供电工程的特点,以新疆某支线机场供电工程为案例,分析和总结了中心变电站和机场供电网络两部分的设计要点。