大型机场供电系统网络规划及节能分析

2013-11-29任绪秋朱爱玉上海民航新时代机场设计研究院有限公司广东广州510405

智能建筑电气技术 2013年5期

任绪秋 / 朱爱玉(上海民航新时代机场设计研究院有限公司，广东广州 510405)

引言

近年来，随着我国社会经济的快速发展，民航业也得到了较快的发展，我国也正在由民航大国逐渐发展成为民航强国。伴随着机场航空业务量的快速增长，国内部分中型机场也在向大型机场转变。为满足机场增长的需要，大部分机场将迎来较大规模的扩建或新建，而整个机场的供电系统将重新进行合理规划。供电系统的规划既要满足机场发展的需求，而又不能因设备空载造成设备和能源的浪费。因此，做好机场的供电系统规划显得至关重要。

1 机场负荷分析及变电总降压站110/10kV主变容量确定

机场用电负荷种类较多，目前一般大型机场，均需要建设110kV/10kV降压站。根据用电负荷的重要性，机场用电负荷按《民用机场建筑电气设计规范》(JGJ 16-2008)规定分为三级。其中导航、通信、航空管制、助航灯光系统、各台站、边防海关的安全检查等用电属于一级负荷中的重要负荷；航站楼、机场宾馆、站坪照明及机务用电属于一级负荷。机场其他用电负荷属于二级负荷。

机场用电负荷的计算方法有需要系数法、利用系数法、二项式法、单位面积功率法和单位指标法。但在前期工作中，通常采用单位指标法和需要系数法相结合的方式进行负荷统计。

除表1中负荷外，机场供水站、污水处理站等用电负荷需根据不同机场工艺需求的不同，按工艺专业提供的负荷计列。

按照表1用电指标计算出机场的总负荷，再按照功率因数0.9，需要系数0.4～0.6，计算出机场总的计算负荷。根据总计算负荷，确定总降压站110/10kV主变容量。

机场负荷非常重要，所有的负荷均为二级以上负荷，因此两台变压器正常运行时，变压器分列运行，互为热备份；一台变压器故障时，另一台变压器需带上机场全部负荷运行。因此110/10kV主变容量的确定需考虑机场全部的负荷。变压器负荷率按≤50%设置，位置应尽量位于机场负荷中心位置。

2 机场10kV开闭站和10kV供电网络规划

机场10KV开闭站通常按区域及用电性质进行划分。各单体建筑变电所上级电源通常引自就近开闭站，例如工作区开闭站、航站楼开闭站、设备中心开闭站、航空公司基地开闭站等。对于负荷等级为一级负荷中重要负荷的变电所，例如灯光变电站、航管楼变电站、空管管制楼(空管小区)变电站，上级10KV电源需考虑从机场110kV总降压站出线提供。考虑到电力电缆线损的经济性及用电可靠性，10kV供电半径≤12km，单回10kV进线的用电负荷≤8 000kVA。

表1 机场负荷分析表

表2 某机场工作区开闭所所带负荷表

2.1 工作区开闭站

根据机场总平面规划，机场工作区一般集中一块用地区域进行规划，根据以往经验，大型机场工作区开闭站建设1～2个开闭站。表2数据为某机场工作区的一个开闭站所带负荷及变压器配接情况。该开闭所总用电负荷为7 575kW，取同时系数为0.6，计算负荷为4 545kW。以放射式供电方式向下属7个10/0.4kV变电所供电。

2.2 航站楼开闭站

航站楼用电是机场主要用电场所，因此需要准确计算航站楼用电负荷，确定航站楼变压器安装容量。通常大型航站楼与航站楼制冷站(航站楼设备中心)分开建设。航站楼制冷站为航站楼提供制冷负荷。航站楼总用电负荷由楼内用电负荷及航站楼制冷站用电负荷组成。航站楼制冷站用电负荷约占到整个航站楼用电负荷的1/3，其他负荷约占整个航站楼用电负荷的2/3。

航站楼内开闭站用电负荷主要为照明、插座、空调风机、商业用电、站坪用电及设备动力等。航站楼前期工作阶段或方案阶段，其用电指标、功率因数、需要系数可按照按表3进行选取。

需要注意的是，航站楼内变电站负荷通常需要一并考虑站坪用电设备的容量，站坪用电设备包括登机桥、站坪高杆照明、机务配电箱，飞机400Hz电源和桥载空调等设备。

高杆照明设备根据实际负荷的需求进行统计。其余负荷需要根据飞机机型的不同而配置不同设备进行负荷分析统计。

1)根据机位类型，确定飞机专用用电设备选型，详见表4。

2)根据设备类型，确定用电设备的需要系数及功率因数，详见表5。

根据上述负荷分析计算，单回10kV进线用电负荷按不超过8 000kVA进行设置，规划航站楼楼内开闭站的设置。

根据经验值，大型航站楼8～12万m2设置一个开闭站，需两回10kV进线。大型机场航站楼用电为一级负荷。因此各开闭站必须保障两回独立电源进线。要求一路10kV进线停电时，相应的另一路10kV进线带起全部负荷运行。

表3 用电指标、功率因数、需要系数参照表

表4 飞机专用用电设备型号对照表

表5 用电设备的需要系数及功率因数参照表

表6 设备需要系数及功率因数表

2.3 航站楼制冷站开闭站

根据交通建筑规范要求，交通建筑应根据空调用冷水机组的容量以及地区供电条件，合理确定机组的额定电压和用电单位的供电电压，并应考虑大容量电动机启动时对电源母线压降的影响。由低压电源供电的单台电制冷冷水机组的电功率不宜超过550kW。大型机场新建航站楼较多选择10kV冷水机组供电。制冷设备具体选型由工艺专业确定。设备需要系数及功率因数可根据表6进行选型。

大型机场航站楼空调用电为二级负荷。根据经验值，方案阶段制冷站用电负荷估算可按照航站楼单位面积指标法40W/m2进行估算。按照此估算办法规划开闭站的设置。

2.4 航空公司开闭站

大型机场通常有多家航空公司驻场，根据各航空公司用地规划及各航空公司用电需求合理规划开闭站。在此就不一一详述。机场110kV/10kV降压站做好负荷预留。

2.5 灯光变电站

机场助航灯光用电属于一级负荷中特别重要负荷。因此变电站10kV进线直接由机场110kV总降压站出线提供。而非从就近的开闭站引接10kV电源。大型机场的各灯光站的用电负荷一般为300kW～600kW,因此变压器装机容量约为500kVA～1 000kVA。

2.6 航管楼变电站及空管小区变电站

机场通信导航设施用电属于一级负荷中的重要负荷。变电所上级10kV进线直接由机场110kV总降压站出线提供。根据以往经验，航管楼及空管小区变电站变压器装机容量为800～1 250kVA。

3 节能措施与节能分析

按照国家发改委的要求，大型机场需要专业单位编制机场节能报告书，该报告书对机场所有用能建筑有耗能指标值的评定。各用能单位需严格按上述能耗指标评定值去严格执行。下面阐述一些节能相关措施及节能分析。

1)采用节能型用电设备，改扩建大型机场，需更新用电设备，推广节能新产品，提高设备运行效率。机场主要耗能设备主要有冷水机组、水泵、锅炉、变压器等设备。需采用节能新产品，符合相关国标能效限定值及节能评价值。例如变压器SCB11-1 000kVA与SCB10-1 000kVA做比较，根据同一厂家品牌提供变压器参数。按负载率60%计算，SCB11-1 000kVA损耗功率为4.20kW, SCB10-1 000kVA损耗功率为4.72kW。若采用11系列的变压器，年耗电量将节省4 555kWh。

2)合理选择机场总降压站110/10kV主变变压器容量，总降压站尽量位于机场负荷中心。下级开闭站的布置在满足供电半径的条件下，应位于各建筑单体的供电负荷中心。

3)对于总降压站在10kV侧设置补偿装置，在下属变电所低压侧设置补偿装置，对于大功率、且经常使用的用电设备采用就地补偿。

4)对于UPS电源、管制通信导航设备、助航灯光调光器、航班显示设备、飞机用400Hz中频电源等设备都会产生谐波源，因此需要设置有源、无源等滤波装置。滤掉高次谐波，减少能源损耗，同时避免谐波对电网造成危害。

5)按照绿色照明的要求，照明采用节能灯、高效节能光源和灯具，镇流器采用优质荧光灯电子镇流器或带电容补偿的节能型电感镇流器，其功率因数≥0.95。大面积照明宜采用智能照明控制系统，楼梯间及前室采用红外人体感应智能开关控制。房间内靠近窗户的灯具单独设置开关进行控制；合理地控制照明时间，充分利用自然光。

6)所有供电电缆采用交联电缆，电缆接头应质量可靠、接触电阻低，以使电缆热损耗减少；电缆敷设的穿线管应留有足够的散热空间，电缆桥架电缆的敷设间距必须严格按照国家的规范执行，避免过密，以保持足够的散热空间。

7)航站楼楼控系统中对于水泵、风机等应采用变频器进行控制，采用节能控制方案。

8)机场有较大的广场，其路灯是一个耗电大户，由于路灯的低压输电线路长，不仅路灯耗电，输电线路上的耗电也很大。风光互补照明系统是解决道路照明的一种理想的供电系统。一次性投入建设风光互补路灯，即可一劳永逸地利用取之不尽用之不竭的风能与太阳能提供稳定可靠的照明，有明显的经济效益。

9)大型机场其助航灯光系统用电较大，应采取必要的节能措施。对滑行道灯光系统在直线段设置无源反光棒替代有源传统光源；不适用地区灯，采用太阳能灯，光源选用LED光源；除此之外，助航灯光系统光源应大量采用LED光源。

10)停靠登机廊桥的飞机应以桥载设备替代飞机APU运行，根据统计资料计算，该项措施可使飞机节能率高达80%。国内各大机场目前正在进行该项节能措施的改造，更新改造桥载设备。