機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓低壓配電系統(tǒng)可靠性分析

林文杰

摘 要：文章應(yīng)用故障樹(shù)分析法，定性分析，分析了候機(jī)樓低壓配電系統(tǒng)的可靠性問(wèn)題，找出系統(tǒng)可靠性的薄弱環(huán)節(jié)——電壓繼電器和時(shí)間繼電器。實(shí)踐也證明了定性分析的正確性，并相應(yīng)采取對(duì)策，進(jìn)行改善維修，提高了系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：候機(jī)樓；低壓配電系統(tǒng)；故障樹(shù)分析法；定性分析；可靠性

中圖分類(lèi)號(hào)：TM645 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）23-0079-03

某機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓裝備有：離港、航班顯示、自動(dòng)廣播、閉路電視、樓宇自動(dòng)化控制、有線電視、綜合布線、消防控制中心，停車(chē)庫(kù)自動(dòng)管理系統(tǒng)。還有總裝容量15 600 kV·A變壓器和裝機(jī)容量為3 430 kW的柴油發(fā)電機(jī)組，3 300冷噸的空調(diào)系統(tǒng)以及垂直電梯9部，自動(dòng)扶梯19臺(tái)，自動(dòng)步道7個(gè)，行李傳輸帶10條，登機(jī)橋13座等機(jī)械設(shè)備。這么多的系統(tǒng)和設(shè)備樣樣都需要用電。一旦供電系統(tǒng)出了故障，整個(gè)候機(jī)樓的功能將喪失。就不能把旅客準(zhǔn)時(shí)送上飛機(jī)，造成航班延誤。因此，對(duì)涉及面廣的供配電系統(tǒng)，其可靠性更為重要。

T3樓共有四個(gè)變電站，它們之間是獨(dú)立的。圖1是每個(gè)變電站和低壓配電系統(tǒng)，由Ⅰ回變壓器，II回變壓器，柴油發(fā)電機(jī)組和饋電回路組成。當(dāng)I回失壓的情況下，由II回通過(guò)母聯(lián)向I回所屬的饋電回路供電；反之，當(dāng)II回欠壓時(shí)，由I回通過(guò)母聯(lián)向II回所屬的饋電回路供電；當(dāng)市電都失壓時(shí)，柴油機(jī)起動(dòng)發(fā)電供給重要負(fù)載用電。重要負(fù)載由I回和II回饋電同時(shí)送到終端負(fù)載配電箱，有效保證候機(jī)樓重要設(shè)備的用電。如事故照明、標(biāo)志燈、誘導(dǎo)燈、重要電梯、行李傳輸、防火卷閘門(mén)、排風(fēng)機(jī)、消防及弱電系統(tǒng)。

1 運(yùn)用故障樹(shù)分析法，對(duì)系統(tǒng)的可靠性作定性分析

在圖1中，把系統(tǒng)故障作為頂端事件，它包括三個(gè)次級(jí)事件：I回不能供電，II回不能供電，柴油發(fā)電機(jī)不能發(fā)電，這三個(gè)次級(jí)事件與頂端事件的邏輯關(guān)系是“與門(mén)”關(guān)系。然后再將次級(jí)事件往下分解，便可得出該低壓配電系統(tǒng)的故障樹(shù)，如圖2所示。

從故障樹(shù)可以看出，頂端事件是系統(tǒng)故障。它要發(fā)生必須三個(gè)次級(jí)事件都要同時(shí)發(fā)生，發(fā)生這種情況的可能性很小，所以系統(tǒng)是可靠的。而次級(jí)事件的可靠性是建立在各個(gè)基本事件的可靠性基礎(chǔ)上，因此對(duì)于每個(gè)基本事件都要認(rèn)真對(duì)待，消除隱患，提高其可靠度。

首先對(duì)于出現(xiàn)次數(shù)最多的電壓繼電器和時(shí)間繼電器，它們是系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。而事實(shí)是不是如此呢？以系統(tǒng)首次聯(lián)調(diào)情況說(shuō)明。

為了檢驗(yàn)系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性，每年組織了一次系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，第一次系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時(shí)結(jié)果有這樣的問(wèn)題：有三個(gè)進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜的“FIS”斷路器在用電失壓的情況下不能自動(dòng)分?jǐn)啵嘎?lián)開(kāi)關(guān)柜的“FIS”斷路器無(wú)法隨即自動(dòng)接通。二個(gè)自投自復(fù)開(kāi)關(guān)柜中的斷路器不能自動(dòng)分?jǐn)嗪妥詣?dòng)接通。原設(shè)計(jì)的關(guān)系邏輯是：不管是“Ⅰ回”或“Ⅱ回”，其中只要一個(gè)回路失壓，這一回的進(jìn)線柜的斷路器延時(shí)3秒鐘后，就會(huì)自動(dòng)分?jǐn)?，母?lián)柜的斷路器隨即自動(dòng)接通。而自投自復(fù)柜的關(guān)系邏輯是：正常是“Ⅰ回”的進(jìn)線開(kāi)關(guān)接通，“Ⅱ回”分?jǐn)啵弧笆?柴”柜是市電進(jìn)線斷路器接通，柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線斷路器分?jǐn)唷．?dāng)“Ⅰ回”或市電失壓延時(shí)1秒后，““Ⅰ回”進(jìn)線斷路器自動(dòng)分?jǐn)啵阿蚧亍边M(jìn)線斷路器自動(dòng)接通，市電進(jìn)線斷路器自動(dòng)分?jǐn)啵裼桶l(fā)電機(jī)起動(dòng)發(fā)電建壓輸出后，“柴電”進(jìn)線斷路器自動(dòng)接通。“Ⅰ回”恢復(fù)正常后，“Ⅱ回”進(jìn)線斷路器自動(dòng)分?jǐn)?，“Ⅰ回”進(jìn)線斷路器自動(dòng)接通。同樣市電恢復(fù)正常后，柴油進(jìn)線斷路器自動(dòng)分?jǐn)?，市電進(jìn)線斷路器自動(dòng)接通。

經(jīng)檢查，造成上述不能自動(dòng)切換的原因是什么呢？是5只JS11-12時(shí)間繼電器失效，失效率為22.7%。為了保證市電雙回路電源，市電和柴油機(jī)發(fā)電機(jī)電源快速切換，對(duì)于損壞的時(shí)間繼電器都及時(shí)更換。由于該時(shí)間繼電器故障率高，即對(duì)它進(jìn)行重點(diǎn)巡視檢查，發(fā)現(xiàn)失效的就及時(shí)更換，在聯(lián)調(diào)后半年時(shí)間里又有七只JS11-12時(shí)間繼電器損壞，這樣在一年時(shí)間里共有12只時(shí)間繼電器損壞，失效率為54.5%。還有雙電壓繼電器損壞，失效率為4.5%。如此的失效率勢(shì)必影響系統(tǒng)的可靠性。

失效率高是不是時(shí)間繼電器和電壓繼電器的可靠度差呢？是不是電網(wǎng)的供電質(zhì)量問(wèn)題嗎？不是的。而是由于其運(yùn)行方式不合理。圖3是1#進(jìn)線柜的原理圖：電壓繼電器是檢測(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)線電源情況的，當(dāng)電影缺相或失壓時(shí)，電壓繼電器線圈就會(huì)失電，常開(kāi)觸點(diǎn)釋放，常閉觸點(diǎn)閉合。在圖3（c）中?？刂苹芈酚昧穗妷豪^電器的常開(kāi)觸點(diǎn)，在正常情況下?？刂齐娫措娏魍ㄟ^(guò)電壓繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)的電流也不大，這時(shí)繼電器的故障模式是閉合觸點(diǎn)的接觸電阻（接觸壓降）太大，所以在負(fù)載電流較小時(shí)，繼電器的失效率一般隨負(fù)載電流的減小而增大。再由于觸點(diǎn)長(zhǎng)期閉合，又因觸頭的氧化導(dǎo)致發(fā)熱條件劣化。上述兩個(gè)不利因素造成了在一年內(nèi)有二只電壓繼電器失效。從時(shí)間概念上說(shuō)，電源正常是必然性的，而不正常是偶然性的。其工作方式應(yīng)該有所改變。選擇偶然的不正常才讓電流通過(guò)電壓繼電器的觸點(diǎn)，這樣來(lái)提高電壓繼電器的電壽命。

而事件繼電器，它是電動(dòng)機(jī)式時(shí)間繼電器，由微型同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速齒輪組，并由特殊的電磁機(jī)構(gòu)加以控制以獲得延時(shí)。在圖3（c）電氣原理圖里。時(shí)間繼電器是斷電延時(shí)來(lái)達(dá)到功能要求的。電源和電壓繼電器正常時(shí)，微型同步電機(jī)就一直處在運(yùn)行狀態(tài)。由于電動(dòng)機(jī)和齒輪的機(jī)械壽命是有時(shí)限的，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行是造成時(shí)間繼電器失效率高的主要原因。時(shí)間繼電器的實(shí)效，就不能在規(guī)定的條件下、規(guī)定的時(shí)間里，完成規(guī)定的功能。1QF就不能自動(dòng)分?jǐn)啵嘎?lián)開(kāi)關(guān)3Q也不自動(dòng)接通。系統(tǒng)達(dá)不到準(zhǔn)確、可靠的目標(biāo)，母聯(lián)開(kāi)關(guān)的控制原理如圖4所示。

從以上的分析，已經(jīng)找出了電壓繼電器和時(shí)間繼電器失效率高的原因在于不適用此種運(yùn)行方式，是斷電延時(shí)的。本來(lái)斷電的概率很低，電壓繼電器的觸點(diǎn)長(zhǎng)期保持通電狀態(tài)，時(shí)間繼電器的電動(dòng)機(jī)一直處在運(yùn)行狀態(tài)，如果把斷電延時(shí)改成得電延時(shí)，這就可以改變電壓繼電器觸點(diǎn)長(zhǎng)期通電和時(shí)間繼電器電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行的狀況。從而可以大大減少電壓繼電器和時(shí)間繼電器的失效率。同時(shí)還把電動(dòng)機(jī)式時(shí)間繼電器改換為電子式時(shí)間繼電器，進(jìn)一步提高其可靠性，時(shí)間繼電器改成得電延時(shí)的電氣原理圖如圖5所示。電壓繼電器原來(lái)接在常開(kāi)觸點(diǎn)上，現(xiàn)在改接在常閉觸點(diǎn)上。而且把兩只電壓繼電器的觸電串聯(lián)連接改為并聯(lián)連接。這樣電源只要缺相或失壓，電壓繼電器線圈就失電，常開(kāi)觸點(diǎn)釋放，常閉觸點(diǎn)接通，時(shí)間繼電器就得電，延時(shí)3 s鐘后，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合。“1QF”開(kāi)關(guān)⑨—⑩得電，分?jǐn)嗑€圈吸合，“1QF”開(kāi)關(guān)分?jǐn)?。而?QF”則由“1QF”分?jǐn)嗪蟮某ｉ]輔助點(diǎn)。303—305接通，“3QF”①—②得電，接通線圈工作，“3QF”開(kāi)關(guān)接通。這樣一改，調(diào)整了工作狀態(tài)，把系統(tǒng)的必然性和偶然性對(duì)換，把選擇正常的必然性的斷電延時(shí)改為不正常的偶然性的得電延時(shí)。大大縮短了電壓繼電器觸點(diǎn)的通電時(shí)間和時(shí)間繼電器的工作時(shí)間，因而提高了元器件的可靠度。Ⅱ回進(jìn)線柜“2QF”，自投自復(fù)柜“4QF”、“5QF”的控制也都按此方式進(jìn)行更改。通過(guò)這一改善維修后，大大提高聯(lián)鎖、自投自復(fù)的可靠性。使得低壓配電系統(tǒng)第二聯(lián)調(diào)中各種功能和參數(shù)都達(dá)到設(shè)計(jì)要求。“1QF”失壓延時(shí)3 s后，“1QF”自動(dòng)分?jǐn)?，?QF”也隨即自動(dòng)接通。同樣“2QF”失壓時(shí)，延時(shí)3 s后自動(dòng)分?jǐn)啵?QF”也隨即接通?！?QF”、“2QF”同時(shí)失壓3 s后柴油發(fā)電機(jī)自動(dòng)起動(dòng)，5 s內(nèi)建壓并輸出電源，此時(shí)“市/柴”自投自復(fù)柜的“4QF”自動(dòng)分?jǐn)啵?QF”同時(shí)接通。從市電停電到柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電恢復(fù)供電，在10s內(nèi)完成。當(dāng)市電恢復(fù)正常時(shí)。“5QF”自動(dòng)分?jǐn)?。?QF”同時(shí)自動(dòng)接通。柴油機(jī)延時(shí)5 min后自動(dòng)停機(jī)。

為了有效防止雙電源運(yùn)行和電路故障后誤接通電源，“1QF”“2QF”“3QF”開(kāi)關(guān)有電器聯(lián)鎖作用，只要有2個(gè)接通，或有故障（保護(hù)本身有跳閘信號(hào)）時(shí)，第三個(gè)就無(wú)法接通。不管在任何情況下，“1QF”或“2QF”只要分?jǐn)?，就無(wú)法自動(dòng)接通，要用手動(dòng)，這樣可以防止突然來(lái)電造成雙電源并聯(lián)運(yùn)行。一些措施都是為了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

3 討 論

以上分析的是在自動(dòng)狀態(tài)下的情況，而不在自動(dòng)失效的情況下。要保障系統(tǒng)正常供電，進(jìn)線開(kāi)關(guān)，母聯(lián)開(kāi)關(guān)，自投自復(fù)開(kāi)關(guān)都設(shè)置了電氣手動(dòng)裝置。通過(guò)控制按鈕就可以進(jìn)行操作。電氣手動(dòng)裝置再失效后，“F”開(kāi)關(guān)本身就有機(jī)械手動(dòng)和機(jī)械手動(dòng)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)，可以手動(dòng)儲(chǔ)能和手動(dòng)操作，多種功能并存就能做到游刃有余，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

前面對(duì)市電問(wèn)題做了較詳細(xì)的分析，市電失壓?jiǎn)栴}取決于外界電網(wǎng)的可靠性問(wèn)題，在這一方面不可能有更多的企求。而是在內(nèi)在的因素——柴油發(fā)電機(jī)組。

在可靠性保證體系中，除了抓住薄弱環(huán)節(jié)之外，對(duì)于其他的次級(jí)事件和基本事件也不能忽視。圖2的故障樹(shù)，影響柴油發(fā)電機(jī)組不能發(fā)電和供電的有：開(kāi)關(guān)不能自投、發(fā)電機(jī)不出電、柴油機(jī)不能起動(dòng)。柴油機(jī)不能起動(dòng)則是：冷卻水、潤(rùn)滑劑和電池。而蓄電池失效又是：接線氧化、硫酸液液面低于電極極面、充電機(jī)失效。這三個(gè)基本事件是蓄電池維護(hù)中常見(jiàn)的問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，應(yīng)采取必要的防患措施。

綜合性的預(yù)防措施包括建立健全各種規(guī)章制度，安全操作規(guī)程，定期維護(hù)保養(yǎng)制度。這就要求半個(gè)月啟動(dòng)一次柴油機(jī)，啟動(dòng)之前先檢查潤(rùn)滑油的油位，水箱里冷卻水的液位。蓄電池是不是失效，充電機(jī)的工作狀態(tài)如何。硫酸液不足的要補(bǔ)充，蓄電池接線柱與導(dǎo)線的聯(lián)接處是不是有氧化，如果氧化，應(yīng)及時(shí)把氧化物清除干凈。然后涂上凡士林，再鎖緊。這樣保證接觸良好。預(yù)防維修搞好了，就會(huì)使柴油發(fā)電機(jī)組處于良好的技術(shù)狀態(tài)，隨時(shí)都可以啟動(dòng)發(fā)電，保證候機(jī)樓用電需求。

圖2故障樹(shù)所涉及到的事件是系統(tǒng)可靠性的一部分。系統(tǒng)的可靠性還包括了眾多的電器元件。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，T3樓低壓電力系統(tǒng)的電器元件有：斷路器4 P 1548只、3 P 368只、2 P 168只、1 P 4 788只。交流接觸器4 P 722只、3 P 565只。熔斷器2 476只。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)1 503只。中間繼電器3 294只以及時(shí)間繼電器、電壓繼電器、熱繼電器等共1.5萬(wàn)只左右。在可靠技術(shù)中，系統(tǒng)的可靠性與電器元件數(shù)量、運(yùn)行時(shí)間有關(guān)。對(duì)機(jī)場(chǎng)的候機(jī)樓，一年365 d都有航班，都要運(yùn)行，沒(méi)有系統(tǒng)的檢修時(shí)間，這對(duì)系統(tǒng)的可靠性的壓力增大了。這只能靠日常的預(yù)防性的維修了，這是提高系統(tǒng)可靠性的有效途徑。

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