某民用机场航站楼电气设计

秦国经, 韩银凤, 王超楠, 郑 欣

(中国建筑第八工程局有限公司西北分公司 工程设计研究院, 陕西 西安 710082)

0 引 言

以兰州某国际机场航站楼为例,介绍该项目各电气系统,结合机场运行和相关规范要求,分析探讨项目投入使用后航站楼10 kV配电系统、10/0.4 kV变配电系统、应急电源系统、动力配电系统、照明配电系统、防雷及接地系统等,更有效地剖析机场航站楼电气设计中的一些难点,促进方案优化,技术创新。

目前机场航站楼电气设计所遵循的规范有:GB 51236—2017《民用机场航站楼设计防火规范》、JGJ 243—2011《交通建筑电气设计规范》[1]。

1 工程概况

某航站楼为Ⅰ类航站楼,且为一类高层建筑。航站楼建筑面积接近40万m2。建筑分类和耐火等级:一类高层建筑。建筑耐火等级:一级。建筑层数:主楼地上主体3层,地下局部2层,A指廊地上4层,B、C、D指廊地上2层。建筑高度:44.75 m(相对于室外标高-0.150 m)。

2 变配电系统

2.1 负荷等级

依据JGJ 243—2011《交通建筑电气设计规范》中表3.2.1和GB 51348—2019《民用建筑电气设计标准》[2]中附录A和GB 51236—2017《民用机场航站楼设计防火规范》中第5.0.5条进行分类。本项目按照Ⅰ类航站楼(年旅客吞吐量1 000万人次及以上)进行设计。其一、二、三级负荷分类如下。

一级负荷主要包括:航站楼中的公共区域照明、消防设备(含消防控制室内消防控制设备、防火卷帘、防排烟风机、防火阀门、应急照明等)、电梯、送排风系统设备、排污泵、生活水泵、行李处理系统(BHS);航站楼、外航驻机场航站楼办事处。机场航班信息相关的系统、综合监控系统及其他信息系统;站坪照明、站坪机务;飞行区内雨水泵站等用电。其中,民用机场内的航空管制、导航、通信、气象、助航灯光系统设施和台站用电;边防、海关的安全检查设备;航班信息、显示及时钟系统;航站楼、外航驻机场办事处中不允许中断供电的重要场所用电负荷为一级负荷中特别重要负荷。

二级负荷:航站楼内除一级负荷以外的其他主要用电负荷,包括公共场所空调系统设备、自动扶梯、自动人行道用电等。

三级负荷主要包括:商业用电、电热设备、广告照明、景观照明及其他不属于一二级负荷的用电设备。

机场的用电负荷具有以下特点:① 一级负荷所占比重越大,对供电安全可靠性要求就越高,供配电系统的建设成本就越大。② 远距离供电负荷较多。例如机场飞行区内的用电负荷主要有助航灯光系统和导航台站。助航灯光系统的供电回路长度在8～10 km,使用恒流调光器自动调节输出电流并稳定在所要求的电流值上;而指点标台和测距仪台甚至位于跑道延长线,距跑道尽头还有1.8～2 km,这些都是一级负荷中特别重要的负荷。③ 对电能质量要求较高。机场航空管制、通信、导航、气象、航班预报、助航灯光等设备由于涉及飞行安全,对电能质量要求较高。另外,UPS、一二次雷达设备、恒流调光器等在工作时会产生谐波电流,导致供电系统电压电流波形畸变,影响供电质量,增加电气设备的负荷损耗[3]。

2.2 供配电系统

依据航站楼的负荷性质、容量及建筑形式,本工程在航站楼一层A区设置4处10 kV变电所,每处10 kV变电所分别由航站区110/10 kV变电站分别接引2路10 kV电源(每段10 kV主母排分别接引1路),共8路10 kV电源(4组)。每组电源均互为备用,当其中一路电源受损时,另一路电源不致同时受损,以确保一、二级负荷的供电可靠性。同时在航站楼4个指廊设置8处10 kV变电所(每个指廊两处),该8处10 kV变电所10 kV电源(每处10 kV变电所分别接入2路10 kV电源)均分别由邻近A区10 kV变电所引来。

2.3 配变电所

本工程共设置12个10/0.4 kV变电所,4个变电所除负责本区域的设备(含登机桥、行李系统、站坪照明等设备)供电外,同时负责就近指廊的10 kV电源配电;4个指廊内8个10/0.4 kV变电所(每个指廊内2个10/0.4 kV变电所)负责指廊内及就近登机桥设备、站坪照明等设备的供电。

(1) 依据JGJ 243—2011《交通建筑电气设计规范》中第3.4.2条,考虑到大型、重要的公共交通建筑内有大量的一、二级负荷,以及可能会受较多谐波的影响,本项目变压器负载率控制在60%～75%。

(2) 本项目共设置32台变压器,其中2 500 kVA变压器为28台,2 000 kVA变压器为4台,总装机容量为78 000 kVA。

2.4 自备应急电源

2.4.1 应急柴油发电机组

依据JGJ 243—2011《交通建筑电气设计规范》中第5.2.1条,Ⅲ类及以上民用机场航站楼应设置应急柴油发电机组。为保障消防负荷及一级负荷中特别重要负荷的供电,本工程在T3航站楼内设置8套380 V低压柴油发电机组。其中,800 kW柴油发电机组为3套,1 000 kW柴油发电机组为3套,1 200 kW柴油发电机组为1套,1 600 kW柴油发电机组为1套。每组变压器低压侧设置4段母线,两段为应急母线,其中一段应急母线为消防负荷专用应急母线,另一段应急母线为非消防负荷专用应急母线;正常工作时,应急母线段电源由市电供电;事故时,应急母线段电源均由柴油发电机组提供。

2.4.2 UPS电源装置

消防控制室等的第三路电源采用UPS。当两路正常电源同时失电时,UPS电源可向机房内的各用电负荷持续供电。本工程航站楼机房及功能中心系统建设以建筑物为单位,因此,航站楼机房弱电工程以独立新建模式设计。本系统共有3个部分,分别是:机房工程系统、配电系统和功能中心系统。航站楼弱电机房包含弱电主机房(PCR)、汇聚机房(DCR)、接入机房(SCR)、进线间、弱电UPS机房和登机桥弱电小间,弱电机柜一共629个。配电系统中设置UPS主机一共28台。航站楼设置一个航站楼运控中心(TOC)。

常规UPS电源供电对象包括弱电机房机柜内的设备,离港系统自助办票机、自助托运设备、工作站和闸机,安检信息系统工作站和闸机,全景监控系统摄像机及设备箱,视频监控系统球型摄像机,时钟系统子钟,媒体发布LCD屏和LED屏,服务质量执行测量系统LCD屏、控制主机和触摸屏,航显系统LCD屏、行李输入键盘和一体机。广播UPS电源供电对象包括公共广播系统功放、阵列、广播室呼叫站和工作站。

UPS-PCR设置配电柜,采用2N的方式,后备电池时间为30 min,供电对象为弱电主机房机柜内弱电设备。常规UPS采用N+1的方式,后备电池时间为15 min,供电对象为弱电汇聚机房、接入机房机柜内弱电设备和前端设备。广播UPS采用N+1的方式,后备电池时间为3 h,供电对象为各汇聚机房中的广播机柜和广播系统前端线阵列。在UPS-TOC设备间设UPS配电柜(箱)1组,UPS采用N+1的方式,后备电池时间为120 min,供电对象为航站楼运控中心中弱电设备。

2.5 低压配电系统

低压配电系统原则如下:① 一级负荷电源由变压器的两段母排引来,并在设备配电末端设置双电源自动切换装置,当两个电源中的一个电源发生故障时,另一个电源不应同时受到损坏。② 重要的二级负荷电源由变压器的两段母排引来,并在设备配电末端设置双电源自动切换装置;其他二级负荷电源由变压器一段母线馈出专用的单回电源线路至设备的电源箱。③ 三级负荷电源由一路电源供电,当供电系统为非正常运行方式时,允许将其切除。

依据JGJ 243—2011《交通建筑电气设计规范》中第6.2.1条,机场登机桥的400 Hz电源系统及机场行李的处理系统等,为了保障这些设备电源供应的可靠和不受干扰,需要有独立的系统或回路。交通建筑中的工艺设备、专用设备、消防及其他防灾用电负荷,应分别自成配电系统或回路。结合本工程,400 Hz电源系统以A指廊为例,机场登机桥的400 Hz电源系统共预留7个独立回路,总容量约1 170 kW,回路分布在A指廊内两个变电所4个变压器内。机场行李的处理系统以E区为例,行李系统电源预留两路电源,互为备用,容量预留1 330 kW。消防回路采用专用双回路末端配电箱处切换供电,且接入应急柴油发电机组。

2.6 电缆选择

依据JGJ 243—2011《交通建筑电气设计规范》中第6.4条和GB 51348—2019《民用建筑电气设计标准》中第13.8条。Ⅱ类及以上民用机场航站楼电缆的阻燃级别选择A级,Ⅱ类及以上民用机场航站楼电线的阻燃级别选择B级,同时宜采用辐照交联型低烟无卤阻燃电线电缆。本工程10 kV电缆采用耐火电缆和矿物绝缘电缆。消防控制室、消防泵、消防电梯、水幕泵供电干线的耐火等级应满足火灾时持续供电要求,应采用950 ℃、180 min矿物绝缘类电缆或母线槽。其他消防设备供电干线的耐火等级可选用不低于950 ℃、90 min的耐火类电缆。非消防设备低压电缆选用WDZB1-YJY-0.6/1 kV低烟无卤阻燃交联聚乙烯绝缘护套铜芯电力电缆。

2.7 照明系统

依据JGJ 243—2011《交通建筑电气设计规范》中第8条和GB 50034—2013《建筑照明设计标准》,结合本项目,主要注意以下几点。

(1) 公共区域的正常照明采用交叉供电,两个照明配电箱电源分别接自变电所不同母线,互为公共区域的备用照明,每个配电箱各带50%的照明负荷。

(2) 照明灯具采用高效能LED、三基色灯管,其显色性好,节能效果明显,航站楼公共区域照明采用智能照明控制系统,并提供标准的通信接口与楼宇自控系统连接,正常运行时由楼宇自控系统对航站楼内公共区域照明灯具进行开关控制。高大空间的公共场所,垂直照度(Ev)与水平照度(Eh)之比不宜小于0.25。候机厅、出发厅、站厅等场所,当照明区域内空间及高度较大,且有装饰效果要求采用以非直接的照明方式为主时,在满足基本照明功能要求的基础上,该区域内的照度标准值可降低一级。

(3) 航站楼中的标识、引导指示,应根据其种类、形式、表面材质、色彩、安装位置以及周边环境特点选择相应的照明方式。当标识采用外投光照明时,应控制其投射范围,散射到标识外的溢散光不应超过外投光的20%。

2.8 防雷接地设计

本项目位于兰州市,兰州市年平均雷暴日为21.1 d/a,依据GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》的规定,本建筑按第二类防雷建筑物设防。航站楼属建筑形式,屋面一般都采用钢结构金属屋面,如果金属屋面直接作为接闪器,存在屋面被击穿的可能,将会影响航站楼的正常运行。电源配电线路和电子信息系统的雷电防护等级按A级设防。本工程10 kV配电系统采用中性点不接地系统。低压系统接地形式采用TN-S系统,本工程内所有的PE线与接地装置连接不得间断。变压器中性点直接接地,采用联合接地装置,接地电阻要求不大于1 Ω。

本项目设置智能防雷系统,监控中心设于一层消防控制中心,在各楼层的配电间内设有数据采集终端,对SPD进行双路采集。

3 结 语

航站楼是机场的重要用电单位,变配电系统的各个环节都不能忽视,以免出现短板效应。本文仅通过实际工程浅谈了机场航站楼电气设计的部分特点,对同类项目提供参考。