浅谈民用航空管制楼工艺设备供电系统设计

2016-08-11上海民航新时代机场设计研究院有限公司广州分公司广东广州510000

低碳世界 2016年11期

关键词：桥架机柜管制

王　滢（上海民航新时代机场设计研究院有限公司广州分公司，广东　广州　510000）

浅谈民用航空管制楼工艺设备供电系统设计

王滢（上海民航新时代机场设计研究院有限公司广州分公司，广东广州510000）

民用航空管制楼工艺设备供电系统设计心得，推荐主要接线方式及供电系统构成。航管设备防雷接地系统设计、典型管制楼设备用电负荷表。

管制楼供配电；方案选择；设计

众所周知航管的设备机房是空中交通管制的核心地带，而机房的电气系统就应该就是心脏和血脉。只有安全可靠的供配电系统才能保证机房中的设备可靠安全运行。

随着民航事业发展及新型设备的投入使用，民用建筑在设计规范及民航系统设计规范及标准上也同步地做了修正，为适应今后设计的需要，在此浅谈个人的设计心得。

1　应该遵循的设计规范

除了现行国家相关规范外，还需要依据民航局的相关规范和标准。

（1）《民航空管雷达站、导航台及甚高频遥控台配套设施配置要求》；

（2）《民用航空通信导航监视设施防雷技术规范》；

（3）《空管系统建设项目配置标准》（内部资料）。

2　航管设备用电电源系统设置

航管设备用电是特别重要负荷，设备重要负荷供电配置应当是：

2.1系统构成

设备供电采用三相五线制及单相三线制。在设计配电线路中，应设置过流、过载两段保护，配电系统各级之间有选择性地配合。

（1）航管设备用电低压系统，采用单母线分段供电方式。

（2）航管设备用电应采用双电源供电，在末端配电装置处自动切换。

（3）航管设备用电中不得接入与航管设备无关的其他负荷，不能接入其他级别的负荷，例如在设备机房内的直流电源系统用电。

（4）航管设备用电低压系统，应简单可靠，尽量减少配电级数，配电级数不应超过三级。这一条规定设计中要尽量做到，见图1。

图1　低压配电系统图

2.2航管设备的供电设施设置

（1）设备用电，在一路电源检修或故障时，另一电源不能因电源发生故障而断电。一般设置两路市电供电和至少一台备用发电机组，保证设备用电是两路市电和一台备用发电成的三电源系统。

（2）对于设备数量较多的管制楼，用电负荷较重（超过400kVA）则需要设置2台专用变压器，使楼宇的建筑用电和航管设备用电分开，互不干扰。

（3）采用三电源保证供电外，还应在设备用电的前端设置专用在线式UPS，保证设备用电不中断。目前中国民用航空空中交通管制系中的航管设备供电，基本采用2组UPS-（1+1）并机系统。接线方式见图2。

图2　

通常在管制楼或航管楼内，设置图2UPS并机组两套，形成2组1+1并机系统。这种接线保证4台UPS中在极端情况下至少有1台可以带全部负荷运行。

在接线上，推荐某管制楼的接线方式，也是我近年来在中南地区的管制楼设计中的典型接线竖向图。

图3　

在设计中电气专业应与其他专业共同协商，充分考虑设备运行、供电路由、消防报警、独立分区等因素，我的设计基本会把UPS间放在设备机房的下方，UPS间有一面是外墙。这种布置的好处：①通过封闭式母线槽，直接把电送上设备机房和管制大厅。这样可以使供电缆线走最短最直接的路由；选用封闭式母线槽作为楼层中的供电主干线，减少了以往繁多的电缆线敷设和电缆间，节省了材料费用和房屋的使用面积；②UPS机房会使用各自独立精密空调，这种布局满足废气和电池散热问题；③UPS间放在建筑物的首层，有利于动力站的电源进出和今后设备及电池的维护；另外接线中要求在每组2 台UPS前端设置双旁路可抽出式的ATS双电源切换柜，保证了UPS前端任何一个环节，包括ATS故障或检修，都可以有至少1台UPS可以给设备供电。

在航管设备用电中，有不少设备需要直流电源。通常直接从动力站给电，或者从UPS输出柜给电。

从图3中可以看到，设备机房设置了多组容量大的三相STS（无缝双电源切换开关）作为每一组机柜供电的末端处双电源切换装置（大约可供10～30台机柜），三相STS开关柜旁附属了一台精密配电柜最多可以有54路单相输出，特点是做到每个输出开关在需要时可以调相（在开关里有三个卡位，可以根据负荷分配情况随时调整相序）。配电柜的供电输出数量做到满足现有设备的使用并考虑设备扩容。

在精密配电柜中设有液晶多功能数字化仪表，可检测供给各设备机柜或席位的电源电压，及时自动报送三相电压的不平衡情况；多功能表还能检查供给机柜的电源电流，随时检查三相电流的不平衡情况；在各路电源设有指示灯，指示通断情况；装有报警系统，可以实现过电流报警、接地电阻报警、漏电流报警、频率报警等。这些数据都传送到管制楼的电力监控室。

在管制席位上，每个席位都设置了单相的STS双电源开关盒，做到每个席位有两个电源。

从配电柜到每个机柜或席位的配电采用耐火电缆，可采用电缆桥架上走线或线槽下走线方式。

据了解，目前在国内有几个管制楼的供电，采用了封闭式母线下走线（静电地板下走线）的方式，本人认为不可行。在《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）第8.11.2明确规定封闭式母线槽水平敷设时底边距离地面的距离不应小于2.2m。

另外在设计中不能遗漏了机柜也需要用市电。因此在机柜和管制席位附近应设置有市电用电插座。

建议设计中在每一级配电柜的出线开关上设置故障报警和显示装置，当发生线路漏电时将及时报警，当某回路有漏电现象时，仅切断有漏电的回路，并跳转至备用机柜工作。

3　航管设备用电缆线敷设设计

航管设备供电缆线敷设方式主要采用桥架和线槽两种方式。

（1）供电的封闭式母线槽基本是采用水平吊架或沿墙线槽固定敷设。因为母线槽是供电的主干线，设计时要按规范充分考虑机房内空调，气体消防、工艺管线等的干扰，应与各专业充分协调，选择最优敷设路由。

（2）机柜供电的电缆需采用优质高等级耐火电缆，这是因为在发生火灾时，设备依然需要工作完成最后的空中交通指挥和数据存储。机柜的电缆较多时应敷设在桥架内。金属桥架通常是用1.5mm厚的整块钢板弯制，且具有一定的深度和封闭性。桥架的尺寸选择原则是：载流导体不超过30根，线槽中电缆的总截面不超过线槽总截面的40%，要考虑散热问题。当桥架在机柜上敷设时，建议采用冲孔或网式桥架，地面下敷设时建议采用封闭式桥架。设计中应说明支吊架的间隔尺寸。桥架的拐弯半径比较大，通常不能设计成直角。在设计时也应当考虑附近的管线，保证桥架能正常安装。

4　接地防雷系统的设计

航管楼宇的防雷主要由建筑电气完成，航管工艺的防雷主要包括：雷电反击、线路防雷、地极保护。

接闪器在接闪雷电时，强大雷电流引下地网泄放瞬间，会引起建筑物附近地电位急剧变化，对设备造成反击。这种情况对设备损坏最为严重。因此需要在航管楼宇周边外做一个比较大的环型接地网，减少电位差。

线路防雷的做法：

在动力中心总配电盘里安装并联式专用避雷器作为第一级衰减。

在设备用电配电柜进线处安装并联式电源避雷器构成第二级衰减。

特别提醒，在机房布线设计是不能沿延建筑物外墙敷设缆线。这种做法会因雷击时墙（柱）内钢筋瞬间传导雷电流，瞬变磁场使机房内的线路感应出瞬间的高脉冲浪涌电压把设备击坏。不少机房都设有法拉第笼屏蔽，尽量不要紧贴外墙内侧安装敷设电缆线槽、桥架或配电箱。

接地保护器的设计：

航管楼宇防雷接地系统与航管设备直流接地系统是彼此独立的两个接地系统。当有雷电流引入大地时，由于防雷接地电阻的存在会造成一个高电位，且快速上升到一个很高的电位，此时直流接地仍是大地电位，机房内将会因两接地系统电压差过高而毁坏设备。在机房入口处的直流接地和防雷接地间需要安装了一套独立地极保护器，使两个接地系统在雷电期间两个接地系统电压差为零。而非雷电期间，两个接地系统独立运行，确保直流接地不受干扰。

航管机房有四种接地包括：专用直流接地、配电系统工作接地、安全保护接地、防雷保护接地。

按照《民用航空通信导航监视设施防雷技术规范》（MHT-4020-2006）规定，为避免电磁干扰航管设备正常运行，建议采用多种接地的接地线分别接到各接地母线上，用一根接地母线与接地体单点接地。航管设备的接地连接线应采用多股编织铜线，且寻找最短的连接点连接，或采取格栅方法使各接地点处于等电位。

航管设备机房接地设计需要尽量做到良好的抗干扰的效果。设计方案要统一个基准电位：将航管设备的接地线接到机房内的活动地板下的地网上，再将地网单点与楼层的总等电位箱或局部等电位箱连接成点接地系统。其特点是减少相互干扰、泄漏静电荷，这是规范推荐一点接地系统。

接地电阻值的设定：航管设备的直流接地电阻值的大小、以及与其他接地之间的关系应依不同系统要求而定，一般要电阻不应大于1Ω。以前的规范还有要求，如交流工作地的接地电阻不应大于4Ω、安全保护地的接地电阻不应大于4Ω、防雷保护地的接地电阻不应大于10Ω，对于航管楼宇，在户外这些接地都合并在一个接地网上，所以要求电阻不应大于1Ω。且接地电阻是越低越好。