智能電網(wǎng)技術在大型機場供電系統(tǒng)中的應用

李辛陽 薛曉東 喬志遠

（河南省機場集團有限公司后勤管理中心，河南鄭州 451161）

智能電網(wǎng)技術在大型機場供電系統(tǒng)中的應用

李辛陽 薛曉東 喬志遠

（河南省機場集團有限公司后勤管理中心，河南鄭州 451161）

從現(xiàn)階段智能電網(wǎng)技術的發(fā)展狀況和大型機場供電系統(tǒng)建設的實際出發(fā)，探討智能電網(wǎng)的技術特點及其在機場中的應用前景。通過引入智能電網(wǎng)技術，將有效提高機場供電網(wǎng)的安全可靠性和電能質(zhì)量，并實現(xiàn)經(jīng)濟綠色、降低能耗的目的。

智能電網(wǎng)；機場供電；能耗；配電網(wǎng)

智能電網(wǎng)（Smart Grid）技術建立在集成、高速雙向通信網(wǎng)絡的基礎上，通過先進的傳感和測量技術、控制方法及決策系統(tǒng)的綜合應用，實現(xiàn)電網(wǎng)安全可靠、經(jīng)濟高效的運行。由于其堅強、可靠、靈活、經(jīng)濟的特點，智能電網(wǎng)已成為未來電力技術的發(fā)展方向［1］。

目前，我國民航業(yè)飛速發(fā)展，機場供電系統(tǒng)作為機場運行的動力供應，尤顯重要。在國家提出加強智能電網(wǎng)建設和民航局建成安全、高效、優(yōu)質(zhì)、綠色的現(xiàn)代化民用航空體系的大背景下［2］,在機場供電網(wǎng)絡中引入智能電網(wǎng)技術，建設智能化機場供配電系統(tǒng)，不僅為機場運行提供更加可靠的能源供應，強化電力保障，還可實現(xiàn)節(jié)能減排，對機場長遠發(fā)展有著重要意義。

1 智能電網(wǎng)技術在機場供電系統(tǒng)中的應用

1.1 建設完善的電力監(jiān)控體系

大型機場通常供電區(qū)域大，線路長，供電設備多，負荷種類復雜，不同電壓等級混合。因此，必須建設完善的電力綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對全場配電網(wǎng)絡的信息采集、集中管理［3］。

典型的監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)架采用B/S+C/S雙層架構設計，主要分為2層：第1層為專業(yè)監(jiān)控層，第2層為現(xiàn)場執(zhí)行層。其系統(tǒng)構成包括：①電力設備監(jiān)控，監(jiān)控變電站的儀表、保護裝置、直流屏、變壓器等狀態(tài)及參數(shù)，實現(xiàn)實時監(jiān)測、危險預警、異常告警；②環(huán)境監(jiān)控，監(jiān)控變電站的溫濕度狀態(tài)、紅外雙鑒監(jiān)測安全狀態(tài)、感溫感煙探測器監(jiān)測環(huán)境狀態(tài)等功能，并可通過網(wǎng)絡實現(xiàn)遠程監(jiān)控；③智能照明系統(tǒng)，變電站內(nèi)智能燈光控制，采用目前主流KNX/EIB燈光控制技術，實現(xiàn)手動開閉、遠程開閉、與門禁探測聯(lián)動開燈等功能，并可通過網(wǎng)絡實現(xiàn)遠程聯(lián)動；④視頻監(jiān)控，變電站內(nèi)的視頻監(jiān)控，采用IP網(wǎng)絡攝像機，達到無人值守視頻監(jiān)控功能，并可通過網(wǎng)絡實現(xiàn)遠程監(jiān)控；⑤指紋刷卡電子考勤巡更系統(tǒng)，變電站內(nèi)通過指紋識別/刷卡識別設備讀取巡更考勤信息，并可通過網(wǎng)絡實現(xiàn)遠程監(jiān)控；⑥IP網(wǎng)絡電話系統(tǒng)，變電所/開閉站內(nèi)通過IP網(wǎng)絡電話可進行實時語音通信。

1.2 先進的檢測裝置

機場供電網(wǎng)絡正常運行，設備安全是關鍵，在電力設備檢測這一方面應特別重視，要積極運用先進的設備狀態(tài)監(jiān)測與運行測控手段。電力監(jiān)控系統(tǒng)偏重于軟件建設，現(xiàn)場更多的還要利用先進的檢測裝置。

首先，利用智能檢測設備對場內(nèi)輸電電纜的導線溫度、線路電容、絕緣強度進行全程監(jiān)測，并作出評估和診斷，主動預警。其次，采用先進的傳感技術對各變電站（尤其是無人值守站）的變壓器重點全面檢測，及時掌握變壓器狀態(tài)參數(shù)和運行數(shù)據(jù)，當設備出現(xiàn)問題時發(fā)出預警，從而減少隱患，提高變壓器運行可靠性［3］。最后，結合先進的電能質(zhì)量檢測元件快速地診斷電能的質(zhì)量問題，如檢測負載均衡度，實時進行負荷調(diào)節(jié)，以保證三相平衡；利用現(xiàn)場濾波元件消除高次諧波。

1.3 智能變電站建設

變電站是機場供電的核心，進行智能變電站建設可有效提高變電站運行管理效率。根據(jù)國網(wǎng)相關導則、規(guī)范，智能變電站系統(tǒng)分為3層：過程層、間隔層、站控層［4］。

過程層包含由一次設備和智能組件構成的智能設備、合并單元和智能終端，完成變電站電能變換、傳輸及其測量、控制等相關功能；間隔層設備一般指繼電保護裝置、測控裝置、故障錄波等二次設備，主要實現(xiàn)一個間隔的保護；站控層包含自動化、站域控制、通信、對時等子系統(tǒng)，實現(xiàn)面向全站的測量和控制功能：完成數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制（SCADA）、操作閉鎖以及同步相量采集、電能量采集、保護信息管理等。

智能變電站由國網(wǎng)提出，并在國網(wǎng)內(nèi)部逐步實踐建設，但很多概念還處于理論階段，建設是長期的，而且隨著以后電力技術的進步和電力設備制造水平的提高而不斷完善。因此，機場變電站的智能化建設目前應著眼于借鑒國網(wǎng)已被實踐的、成熟的建設經(jīng)驗，簡單概括就是實現(xiàn)智能化一次側、網(wǎng)絡化二次側［5］。

智能化一次側包括采用電子互感器和智能高壓開關設備。電子互感器可有效克服傳統(tǒng)電磁式互感器飽和的缺陷；智能高壓開關設備是具有較高性能的開關、控制設備，配有電子裝置、傳感器和執(zhí)行器，具有監(jiān)測和診斷功能。網(wǎng)絡化二次側是指用數(shù)字通訊手段傳遞電信號，用光纖作為傳輸介質(zhì)取代傳統(tǒng)的金屬電纜，有效解決二次電纜交直流串擾問題。

另外，為降低人工巡視工作量，提高巡視效率，還可考慮在變電站引入智能巡視機器人。巡檢機器人可以攜帶紅外熱像儀、可見光CCD等檢測裝置，以自主和遙控的方式，輔助人工對室內(nèi)高壓設備進行巡測，以便及時發(fā)現(xiàn)電力設備的內(nèi)部熱缺陷、內(nèi)部損傷等，彌補人眼巡視的不足。

1.4 優(yōu)化配電網(wǎng)結構

優(yōu)化配電網(wǎng)結構，場內(nèi)一級變電站（110kV）一次側采用雙母線加旁母方式，二次側采用環(huán)網(wǎng)運行，建設堅強的配電網(wǎng)結構。

對各二級變電站（10kV變電站/開閉所）引入饋線自動化技術，即基于饋線終端設備FTU實現(xiàn)閉環(huán)控制，在配電網(wǎng)故障時進行故障判別、隔離，切斷故障區(qū)，并對非故障區(qū)不間斷供電，切實提高機場供電可靠性［6］。

另外，由于大型機場供電系統(tǒng)規(guī)模大，短路電流大，如果不采取有效的抑制短路電流的措施，一旦發(fā)生短路故障，開關及用戶設備將是無法承受的。因此，可以考慮加入故障電流限制器（Fault Current Limiter，F(xiàn)CL）。國外對超導FCL和電力電子FCL研究較多，技術也已經(jīng)較為成熟。

1.5 配網(wǎng)故障趨勢預測與預警技術

配網(wǎng)故障趨勢預測與預警系統(tǒng)通過整合網(wǎng)絡各部分、各環(huán)節(jié)與配網(wǎng)故障相關的各類數(shù)據(jù)（歷史故障數(shù)據(jù)、歷史天氣等），分析現(xiàn)有數(shù)據(jù)與配網(wǎng)故障次數(shù)之間的相關關系，建立區(qū)域配網(wǎng)故障次數(shù)發(fā)展趨勢預測模型，實現(xiàn)在時間、溫度、降雨等因素作用下的配網(wǎng)故障趨勢提前預判與預警，進而指導一線班組開展有針對性的配網(wǎng)運維工作，最終達到降低配網(wǎng)故障率的目標。

1.6 智能路燈遠程監(jiān)控技術

大型機場內(nèi)部路燈照明系統(tǒng)的規(guī)模也很龐大，其運行費用和維護成本不容小視。為提高路燈照明效率，節(jié)約成本，采用智能照明控制系統(tǒng)對場內(nèi)路燈進行遠程控制，對燈具進行分區(qū)、分線路管理，并根據(jù)天氣情況和實際光照強度，自動控制燈具的開/關和調(diào)節(jié)燈具亮度，如在不好的天氣及時打開路燈，天氣好時關閉路燈，從而有效提高燈具利用效率和使用壽命。智能路燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)具有的功能如下：①主動問詢，控制中心可以主動問詢每路路燈的開關狀態(tài)、電流電壓、電量等數(shù)據(jù)；②主動控制，控制中心可以隨意開關任何一路路燈，燈具的所有運行參數(shù)（通斷電時間、區(qū)域劃分）可在管理終端隨時設置，隨時啟用；③自動控制功能，現(xiàn)場可按季節(jié)變化自動調(diào)節(jié)路燈開關時間；④報警功能，通信中斷、亮燈率過低、未按時開關等情況出現(xiàn)時，控制中心有報警顯示；⑤顯示功能，電子地圖上顯示每路路燈的開關狀態(tài)及其他重要信息；⑥曲線報表功能，可以生成電流、電壓、電能、亮燈率及開關時間的分析曲線和報表。

1.7 電動汽車充電站建設

電動汽車是未來的發(fā)展潮流，需要提前對電動汽車充電站進行考慮及布局，以滿足未來運營需求?？稍趦?nèi)場、停車場區(qū)域建設電動汽車快速充電樁（交、直流），滿足內(nèi)部電動擺渡車、私人電動乘用車、電動出租車、租賃電動汽車等的充電需求，實現(xiàn)綠色低碳、節(jié)能減排的目的。與此同時，也要考慮充電站接入后對整個區(qū)域配電網(wǎng)的影響。

1.8 光伏發(fā)電

光伏發(fā)電即通過光伏電板將清潔的太陽能轉化為電能，供機場負荷使用。光伏發(fā)電在國內(nèi)很多大型機場都有應用。比如，深圳寶安機場有國內(nèi)容量最大的機場太陽能光伏發(fā)電項目，上海浦東機場的光伏建筑一體化（BIPV）項目現(xiàn)可產(chǎn)生足夠的清潔能源，用以滿足機場停車設施和裝卸設備的需求，其本身還可為機場戶外的空調(diào)設備進行遮陽；另外，合肥新橋機場、北京首都國際機場、上海虹橋機場、杭州蕭山機場也都有太陽能發(fā)電項目。需要指出的是，光伏新能源雖然綠色環(huán)保低碳，但不是一種穩(wěn)定的電力來源，受天氣條件影響比較大。因此，光伏發(fā)電可與主配電網(wǎng)隔開，用于機場內(nèi)部一般非重要負荷的供電。

1.9 自動化抄表

機場內(nèi)部用電負荷全部安裝智能電表，用電信息“全采集、全覆蓋”，實現(xiàn)遠程抄表、遠程通知、電量實時查詢、線損在線監(jiān)測。這樣電量采集不僅方便準確，而且完全可視化。

2 規(guī)劃建設原則

①應以配電架結構完善和設備水平提高為基礎，以配電自動化建設（監(jiān)控、預警）為重點，以新裝備和新技術應用為支撐，以精益化運維管理為核心，打造運行安全、網(wǎng)架堅強、裝備先進、管理高效的機場配電網(wǎng)。

②機場供電系統(tǒng)智能化建設是一項長期、復雜的系統(tǒng)工程，需要借鑒國家電網(wǎng)智能電網(wǎng)建設的經(jīng)驗，并結合機場實際，逐步完善。

③智能電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)有很大不同，其設備投入、技術引進成本高，而且智能電網(wǎng)技術還在不斷發(fā)展進步中，一些新技術/新設備還沒有經(jīng)過較長時間運行與維護的考驗，對其性能、壽命等仍需要進一步分析考察。機場一級負荷的屬性要求必須把供電可靠性放在第一位，所以需要以穩(wěn)為主，全面考慮，綜合評估，做到經(jīng)濟效益與安全效益兼顧。

3 結語

將比較成熟的、先進的、可靠的智能電網(wǎng)技術引進機場供電網(wǎng)絡，建設智能化機場供配電系統(tǒng)，不僅符合民航局打造“節(jié)能、環(huán)保、科技、人性化、可持續(xù)發(fā)展機場”的理念，也將為機場提供更可靠、更優(yōu)質(zhì)的電力供應。

［1］易丹，馬濤，葉任時.智能電網(wǎng)發(fā)展前景與關鍵技術［J］.科技創(chuàng)業(yè)月刊，2009（10X）：19-20.

［2］國家電力監(jiān)管委員會，中國民用航空局.民用運輸機場供用電安全管理規(guī)定（試行）［Z］.2012-05-25.

［3］李都紅.智能電網(wǎng)關鍵技術在新建機場區(qū)域型電力網(wǎng)絡規(guī)劃中的集成與應用［J］.電氣技術，2014（6）：106-108.

［4］張云青，杜勇，郭樹林.首都機場智能化配電管理系統(tǒng)［J］.智能建筑電氣技術，2009（23）：43-45.

［5］王哲.智能電網(wǎng)涉及的關鍵技術［J］.電力系統(tǒng)通信，2009（11）：7-10.

［6］劉健，倪建立，鄧永輝.配電自動化系統(tǒng)［M］.北京：中國水利水電出版社，2009.

Application of Smart Grid Technology in the Power Supply System of Large Hub Airport

Li Xinyang Xue Xiaodong Qiao Zhiyuan
（Logistics Management Center，Henan Airport Group Co.Ltd.，Zhengzhou Henan 451161）

From the current development situation of the smart grid technology and the actual construction of large airport electricity system,the application prospect of smart grid technology in the airport was analyzed.Through the introduction of smart grid technology,the safety,reliability and power quality of airport electric system will be im?proved greatly,and the purpose of reducing energy waste and economically green will be realized.

smart grid；airport power supply；energy waste；distribution network

TM76

：A

：1003-5168（2017）01-0049-03

2016-12-05

李辛陽（1971-），男，碩士，中級工程師，研究方向：工商管理，機電工程；薛曉東（1974-），男，大專，中級工程師，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動化；喬志遠（1989-），男，碩士，中級工程師，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動化。