民用機(jī)場(chǎng)多電源供電系統(tǒng)自動(dòng)投切的研究

蔡夢(mèng)樓

（湖北機(jī)場(chǎng)集團(tuán)公司，湖北 武漢 430302）

按照《國(guó)際民航公約附件14》對(duì)民用機(jī)場(chǎng)電氣系統(tǒng)的要求和《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50052—2009)中負(fù)荷分級(jí)條文的說(shuō)明，機(jī)場(chǎng)用電負(fù)荷大部分屬于一級(jí)負(fù)荷和一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷。機(jī)場(chǎng)電源一般會(huì)從就近電網(wǎng)引接兩路獨(dú)立的電源，對(duì)于航站樓、通信導(dǎo)航、弱電系統(tǒng)、助航燈光、機(jī)場(chǎng)供油等特別重要負(fù)荷還配置有柴油發(fā)電機(jī)、UPS電源作為應(yīng)急電源，形成多電源供電系統(tǒng)。多電源系統(tǒng)供電大大提高了機(jī)場(chǎng)的供電保障能力，但同時(shí)也增加了供電的復(fù)雜性。當(dāng)電源停電時(shí)自動(dòng)投入裝置投入動(dòng)作不合理或不能可靠動(dòng)作，會(huì)延長(zhǎng)停電時(shí)間增加短時(shí)間停電的次數(shù)。多電源投切過(guò)程中閉鎖邏輯不嚴(yán)密或失效甚至?xí)l(fā)生電源短路等情況釀成供電事故。就機(jī)場(chǎng)多電源供電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、運(yùn)行中普遍存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出改進(jìn)問(wèn)題的辦法。減少停電次數(shù)和停電中斷時(shí)間，提升機(jī)場(chǎng)供電保障水平。

1 機(jī)場(chǎng)供電系統(tǒng)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)大部分民用機(jī)場(chǎng)通常都從電網(wǎng)引入的兩條獨(dú)立供電線路，引入的電壓等級(jí)根據(jù)機(jī)場(chǎng)分級(jí)和周邊供電網(wǎng)的情況從110kV到10kV電壓等級(jí)不等。機(jī)場(chǎng)內(nèi)部運(yùn)行的包括110kV變電站、35kV變電站、10kV開(kāi)閉站，及分布廣泛的10kV變電站。重要負(fù)荷端配置柴油發(fā)電機(jī)、UPS等作為應(yīng)急電源。雙回路市電加應(yīng)急電源的典型接線圖（如圖1）。近年來(lái)新建的變電站自動(dòng)化程度逐步提高，高壓微機(jī)保護(hù)裝置、電力監(jiān)控變電站綜合自動(dòng)化水平越來(lái)越高。各級(jí)變電站的設(shè)計(jì)向無(wú)人值守水平過(guò)渡。運(yùn)行值班人員數(shù)量精簡(jiǎn)，綜合素質(zhì)要求提高。

機(jī)場(chǎng)變電站正常運(yùn)行時(shí)雙回電源獨(dú)立運(yùn)行互為主備，當(dāng)有其中一回電源突然停電各級(jí)負(fù)荷能有序自動(dòng)切換運(yùn)行方式在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供電。對(duì)于預(yù)先計(jì)劃的停電能夠通過(guò)人工倒閘操作實(shí)現(xiàn)無(wú)中斷供電。

圖1 雙回市電電源+油機(jī)+UPS應(yīng)急電源典型接線圖

2 多電源供電系統(tǒng)存在的問(wèn)題

多電源供電系統(tǒng)接線方式比單電源供電系統(tǒng)要復(fù)雜得多，這一特點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生一些不利影響：（1）倒閘操作復(fù)雜；（2）各電壓等級(jí)投切時(shí)限不合理，對(duì)于多級(jí)設(shè)置自投自復(fù)的情況往往下級(jí)動(dòng)作時(shí)限時(shí)間短，完成自投后上級(jí)又進(jìn)行自投導(dǎo)致多次切換，用戶出現(xiàn)多次短時(shí)間停電；（3）自投不能可靠動(dòng)作；（4）電源之間沖突造成事故；（5）雙電源互為主備，考慮到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等問(wèn)題，變壓器容量的合理選擇變得困難。

3 多電源供電系統(tǒng)的改進(jìn)

為了讓多電源投切動(dòng)作更加合理準(zhǔn)確，對(duì)用戶的影響降到最低，方便運(yùn)行管理，10kV及以上電壓等級(jí)的雙電源系統(tǒng)中，一般都配有二次控制及操作電源，通過(guò)專門的備自投裝置實(shí)現(xiàn)電源的投切，這種情況下裝置的設(shè)定及接線正確，準(zhǔn)確投切的可靠性較高。

400V低壓母線多電源投切的控制形式多種多樣，主要有傳統(tǒng)繼電器控制，PLC控制，雙電源控制器控制，高壓備自投裝置控制等，一般不設(shè)專門的控制操作電源。本節(jié)重點(diǎn)針對(duì)雙回10kV供電，設(shè)置一臺(tái)400V柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源的多電源情況，采用的PLC控制投切方式為基礎(chǔ)對(duì)400V低壓母線多電源投切實(shí)現(xiàn)過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行探討。

3.1 完善電氣閉鎖

閉鎖是為了杜絕多電源之間發(fā)生短路，如圖1中電源進(jìn)線51、52開(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)53開(kāi)關(guān)無(wú)論何種情況下都不允許同時(shí)合閘，油機(jī)開(kāi)關(guān)和市電開(kāi)關(guān)也不能同時(shí)合閘。由于低壓柜布置分散，實(shí)現(xiàn)機(jī)械閉鎖往往難以做到，主要還是通過(guò)電氣閉鎖。需要強(qiáng)調(diào)的是由于主開(kāi)關(guān)的輔助接點(diǎn)數(shù)量有限，常常會(huì)通過(guò)中間繼電器來(lái)擴(kuò)展主開(kāi)關(guān)的輔助觸點(diǎn)。這些擴(kuò)展的接點(diǎn)用在閉鎖回路中，不能直接反映主開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，會(huì)大大降低閉鎖的可靠性。容易發(fā)生閉鎖失敗的情況。因此串入合閘回路的斷路器輔助接點(diǎn)應(yīng)優(yōu)先使用與斷路器主觸點(diǎn)有機(jī)械關(guān)系的輔助接點(diǎn)。如圖2所示為母聯(lián)53開(kāi)關(guān)的合閘閉鎖回路串入的是與51、52開(kāi)關(guān)有機(jī)械聯(lián)系的輔助接點(diǎn)。

圖2 聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘回路聯(lián)鎖接點(diǎn)圖

3.2 低壓柜使用不間斷二次控制電源

低壓柜的控制電源目前通常做法都是從兩段400V母排上引接，形成較為復(fù)雜的控制電路。控制電路是不宜斷電的，比如控制電源取自兩路電源進(jìn)線主開(kāi)關(guān)的下端，這時(shí)在兩路開(kāi)關(guān)同時(shí)分閘的狀態(tài)下就失去了控制操作電源，在無(wú)人職守的情況下發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間停電供電得不到恢復(fù)。通過(guò)中間繼電器擴(kuò)展的主開(kāi)關(guān)輔助觸點(diǎn)，由于中間繼電器失電造成對(duì)主開(kāi)關(guān)開(kāi)合狀態(tài)的判斷錯(cuò)誤。參照高壓柜二次電源的做法，低壓柜的二次控制電源使用獨(dú)立不間斷UPS電源，這樣可以大大簡(jiǎn)化控制電源部分的復(fù)雜度，提高投切的可靠性。

3.3 優(yōu)化PLC控制器的配置

PLC應(yīng)用于多電源投切，有它獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)方式靈活，無(wú)論是簡(jiǎn)單還是復(fù)雜的投切要求都能很好滿足。其輸入信號(hào)主要為斷路器的狀態(tài)（分位、合位、故障），油機(jī)的狀態(tài)等，輸出信號(hào)主要為開(kāi)關(guān)分合閘，油機(jī)啟動(dòng)、停止等。可以以一個(gè)控制對(duì)象（如某臺(tái)斷路器）為單元規(guī)劃PLC的I/O口。預(yù)留一定的功能端口并將控制線引接到端子排，方便對(duì)考慮疏漏的問(wèn)題進(jìn)行完善和后期功能的擴(kuò)展。PLC編程的程序也不在于精練，關(guān)鍵是邏輯合理，使用的人能夠讀懂即可。3.1條中提到的電氣閉鎖是一種硬件閉鎖，PLC程序上同樣應(yīng)考慮閉鎖的，完善的軟件閉鎖可以在一定程度上彌補(bǔ)硬件閉鎖的不嚴(yán)密。另外建議通過(guò)程序設(shè)定各個(gè)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作時(shí)限，做到上下級(jí)切換時(shí)限配合合理。還可以根據(jù)用戶的需要設(shè)置常用的一鍵倒閘的程序，降低運(yùn)行人員誤操作的幾率。

圖3 PLC I/O端口典型配置圖

3.4 合理使用失壓脫扣

電源的主開(kāi)關(guān)往往配置有瞬時(shí)失壓脫扣功能，在電源失去瞬間開(kāi)關(guān)分閘，這是出于安全的考慮可以避免電源恢復(fù)時(shí)大負(fù)荷同時(shí)投入對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊。但瞬時(shí)脫扣和各級(jí)母線開(kāi)關(guān)投切的配合的時(shí)限上是矛盾的，因此建議使用可設(shè)定延時(shí)的脫扣器，或者使用控制器設(shè)定延時(shí)時(shí)間發(fā)跳閘命令實(shí)現(xiàn)脫扣。這樣可以躲過(guò)上級(jí)電源的切換時(shí)間，明顯減少用戶反復(fù)停來(lái)電次數(shù)。

3.5 調(diào)試過(guò)程

閉鎖的實(shí)現(xiàn)情況依然是調(diào)試的重點(diǎn)，閉鎖有缺陷必須要排除，否則不能投入運(yùn)行。其次是開(kāi)關(guān)的各種假設(shè)條件下的動(dòng)作情況、油機(jī)的啟停情況。調(diào)試正常后進(jìn)行整個(gè)供電系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)，主要是上下級(jí)變電站的投切時(shí)限的配合問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)停電時(shí)間短，投切次數(shù)少的目標(biāo)。

4 總結(jié)

機(jī)場(chǎng)多電源供電使得機(jī)場(chǎng)供電可靠性得到提高，同時(shí)其復(fù)雜性對(duì)供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理提出了更高的要求，多電源的合理投切對(duì)提升機(jī)場(chǎng)供電水平具有十分重要的意義。

［1］GB50052-2009供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

［2］任緒秋,朱愛(ài)玉.大型機(jī)場(chǎng)供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及節(jié)能分析[J].交通建筑電氣設(shè)計(jì),2013,7(5)：16-19.

［3］陳軍.民用航空支線機(jī)場(chǎng)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電氣應(yīng)用,2012,31(21)：75-79.