机场航站楼智能配电系统的一体化设计研究

李旻宸 朱国平

（上海虹桥机场有限责任公司）

0 引言

机场航站楼作为一种重要交通枢纽，主要起到连接空侧和陆侧的作用，为旅客集散提供重要的场所，同时，也是机场对外连接的重要窗口［1］。这说明机场航站楼具有交通属性、集散属性、窗口属性。而智能配电系统在机场航站楼中发挥出重要作用，一旦系统设计不合理，会直接影响航站楼使用效果，为突出机场航站楼的三大属性，提高旅客乘坐体验，本文要重视对智能配电系统一体化设计，提高系统设计质量，保证系统运行性能。

1 项目概况

某市区龙嘉国际机场二期航站楼建成后，其年旅客吞吐量急剧上升，达到1200万人次。总建筑面积达到130122m2，其中，地上建筑面积达到100120m2，地下建筑面积达到30002m2。整个航站楼建筑平面在具体设计时，主要采用“人”字型布置方式，主要包含东指廊区、西指廊区、南指廊区和主楼区四大组成部分。整个项目功能属于典型的纯国内楼，除了涉及到国内进出港外，还包含中转。整个建筑所采用的布局方式为两层半式。首层主要设置了行李机房、迎客大厅、国内行李提取大厅等用房；二层用房为旅客和机场工作人员提供候机、国内安检、国内值机办票等服务体验；夹层主要设置到港通道、中转设施等用房；地下一层主要设置电气管廊、设备、换乘通道等设施［2］。

2 供配电系统方案

该项目双重电源主要是由机场中心变电站提供的，每组双重电源电压统一设置为10kV，这些电源可以为整个变配电提供源源不断的电能。结合供电半径，将供配电系统功能区域划分为以下四个部分，分别是东指廊区、西指廊区、南指廊区和主楼区，这些区域均设置相应的变配电室。变电室设置情况见表1，从表1中的数据可以看出，项目所使用的变压器总数达到8台，总装机容量高达20000kVA。

表1 变电室设置情况

各组电源所使用的备用电源主要以两间柴油发电机房为主，不仅可以起到消防的作用，还能智能化检查设备是否出现安全风险，保证设备运行的安全性。在机场航站楼内断供电场中，禁止使用电负荷，柴油发电机机房设置情况见表2。主要机房平面示意图如图1所示。

图1 主要机房平面示意图

表2 柴油发电机机房设置情况

3 机场航站楼智能配电系统一体化设计方案

3.1 系统一体化设计内容

结合目前机场实际发展情况，在一体化设计机场航站楼智能配电系统时，要构建整个航站楼全生命周期电气设备运行状态监测模式。同时，还要重视对系统架构的设计，确保所设计的系统架构具有集成度高、易扩展、易调试等特点。此外，还要促使航站楼从原来数字化管控模式转变为智慧化管控模式。智能配电系统一体化设计内容如下：（1）在设计配电间、低压配电柜、柴油发电机房、配电室上的配电箱主进断路器时，要统一选用具有强大通讯功能的断路器，用户借助本文系统通信总线，可以实现对断路器动作、电流、电压、频率等参数的实时读取，这为后期分析、追溯和解决断路器故障问题提供重要的依据和参考［3］。 （2）借助网络线，将所有配电室中各个配电箱主进断路器直接接入到智能配电系统远程设备中。（3）本文系统具有强大的数字化智能配电管理功能，支持历史存储、通讯采集等软件任务以分布式部署方式进行设备部署，并按照不同设备接入方式，与主I／O服务器进行连接，保证系统通讯进程的稳定性、独立性和安全性。 （4）本文系统为用户提供了监测管理功能界面，便于用户实时采集多功能电表、低压开关相关数据［4］。 （5）将本文系统划分为以下两大组成部分，分别是电能管理系统和监测运维单元。其中，电能管理系统具有强大的谐波监测功能和波形捕捉功能，不仅可以分项监测谐波大小，还能通过波形捕捉电能质量，并结合最终监测结果和捕捉结果，分析和判断电能质量对负载所产生的影响程度。监测运维单元可以协助用户全面化、智能化监管全配电室内设备，并自动生成相应的配电室运行日志。

3.2 系统组成结构

3.2.1 现场设备接入层

在设计现场设备接入层时，首先，要将断路器增设于重点回路中，然后，进行重要数据采集，这样一来，可以更好地保障重点回路供电的稳定性和安全性。其次，增加运行环境数据采集。运维人员借助智能配电系统，可以全天24h智能化监控变电所环境、变压器母线等设备。在条件允许的情况下，运维人员可以综合运用视频系统、门禁系统，对以上设备进行无人化、零接触式监控［5］。最后，增加对电能质量的实时监测。在这一环节中，可以将电能质量表安装和部署于变电所中压进线端，实时监视、发现和解决暂态电能是否存在质量不达标问题或者线路短路问题。

3.2.2 网络通讯层

在设计网络通讯层时，首先，开闭所与变电所之间所连接的光纤环网必须始终保持不变。其次，要最大化利用航站楼综合设备网。借助现场弱电系统内置的服务器，将所采集到的末端重要负荷数据安全、可靠地传输至综合设备网［6］。

3.2.3 边缘控制层

在设计边缘控制层时，首先，要做好分布式设置。分布式设置主要是指结合分布式管理需求，将系统软件服务器进行拆分，使其拆分为趋势服务器、报表服务器、报警服务器等组成部分，并将拆分后的服务器安装和部署于多台服务器中。在构建大型机场航站楼时，运用分布式部署方式，可以将系统整体运行负担降到最低，使得系统运行性能得以显著提升。其次，做好冗余配置［7］。任何航站楼均设置冗余要求。智能配电系统具有较高的虚拟化部署能力，不仅可以保证主备服务器本地冗余实现效果，还能保证主备服务器异地冗余实现效果。最后，做好集群架构搭建。在搭建集群架构时，要采用全IP架构方式，对智能配电系统集群架构进行科学设计，这样一来，不仅可以保证集群管控实现效果，还能一体化管控强弱电。智能配电系统主要结合航站楼平面，采用分区域分块的方式，对整个系统进行无缝衔接。该系统内含有若干个集群。在单个集群中，通过完成集群服务器配置，可以达到全面化记录本集群数据的目的。通过设计多集群架构，不仅可以达到一次设计分步实施航站楼的目的，还能保证工程安装和调试质量和效率，保证工程施工进度，最大限度地提高本文系统运行性能，将系统故障出现概率降到最低。

3.3 系统架构搭建流程

为保证本文系统架构设计水平，技术人员要严格按照变电所现场数据接入、航站楼网络通讯、服务器配置、末端数据采集顺序，对系统架构进行科学搭建。系统架构搭建流程如图2所示。

图2 系统架构搭建流程图

3.3.1 变电所现场数据接入

在航站楼中，无论是开闭所，还是变电所，均设置以太网环网交换机，然后，将电容控制器、多功能表、电能质量表等信号与以太网环网交换机进行有效地连接。此外，可以结合航站楼实际使用需求，火灾漏电监视系统现场主机与该交换机进行有效地接入。在变电所中，所安装和部署的设备视频监视系统不宜直接接入到智能配电系统中［8］。

3.3.2 航站楼网络通讯

在航站楼简化参考模型中，航站楼内主要设置和部署三个开闭所，开闭所电源主要来自于机场变双重电源中。在1号主楼开闭所下，所设置的变电所数量为3个；在2号主楼开闭所下，所设置的变电所数量为2个。整个变电所在具体构建时，在进行电源进线的基础上，合理地配置柴发备电源。智能配电光纤网与各个开闭所相连通。在配置系统接入主站时，需要选用2号主楼开闭所和3号指廊开闭所，并将主站中的以太网环网交换机与光纤环网管理交换机进行连接，然后，直接连接于航站楼综合设备网。同时，还要采用两点接入的方式，保证信号传输的稳定性和安全性。

3.3.3 服务器配置

在机场航站楼中，将变电所划分为蓝色集群和黄色集群两个部分，其中，蓝色集群代表航站楼集群1；黄色集群代表航站楼集群2。为保证各个集群配置水平，需要结合开闭所进行科学配置。对于航站楼集群1而言，其服务器主要安装和部署于2号主楼开闭所，并采用部署方式为分布式部署。对于航站楼集群2而言，其服务器主要安装和部署于3号指廊开闭所，航站楼集群2服务器主要包含以下两种，一种是I／O服务器，另一种是PO服务器。各个集群服务器主要用于对本集群数据的系统化管理。为满足集群1冗余配置需求，需要将集群1备用服务器设置到1号主楼开闭所，采用异地冗余配置的方式，完成对集群1服务器配置。在机场航站楼中，所设置的全局监视客户端共有两个，其中一个全局监视客户端设置和部署于航站楼TOC内，并完成对桌面客户端的配置；另一个全局监视客户端主要设置和部署于航站楼运维值班室，同样配置相应的桌面客户端，同时，还配置AR服务器，借助该服务器，可以自动生成所需要的数据报表和能耗看板。全局监视客户端的设置和部署，可以智能化管控和配置整个航站楼智能配电系统。网页客户端在具体设置期间，需要按照实际需要，进行按需配置，仅仅具有监视航站楼智能配电系统的功能。

3.3.4 末端数据采集

在构建末端数据采集时，需要借助经航站楼楼控系统内服务器，向EBO服务器传输所采集好的末端分项计量数据、设备电能质量表数据，由EBO服务器将这些数据传输至智能配电系统中。

4 系统应用价值

本文系统一体化设计和应用，可以提高机场航站楼管理部管理水平，将部门能耗降到最低，同时，还能实现对运维流程的简化。与传统电力监控系统相比，本文系统具有以下应用价值：（1）系统运行高效、开放度高、灵活性强、易集成、易维护，完全满足机场航站楼管理、扩展需求。（2）系统可以实现对所需数据的完整化采集，为后期机场航站楼精细化管理提高重要的数据支持。（3）系统应用可以提高电气资产管理效率，保证航站楼运维的安全性和可靠性。

5 结束语

综上所述，智能配电系统在机场航站楼中要占据着举足轻重的地位。本文系统除了以上几个功能外，还包含电能质量监控、电能质量分析、柴发等备用电源管理、能源分析等多个功能，智能配电系统一体化设计，可以促使机场实现稳定供能、以人为本、绿色可持续发展目标，同时，还能确保航站楼从原来的被动式运维转变为主动预警式管理，有效地提高航站楼管理质量和效率，因此，智能配电系统具有较高的应用价值和应用前景，不仅满足航站楼供配电系统物业运维管理需求，还能满足机场航站楼发展需求，完全符合预期设计标准和要求。