大型航站樓負(fù)荷分析及供電措施

張雅維， 馬霄鵬

(中國建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100044)

0 前言

隨著民航業(yè)的發(fā)展，機(jī)場航空業(yè)務(wù)量快速增長，國內(nèi)部分城市陸續(xù)出現(xiàn)較大規(guī)模的機(jī)場擴(kuò)建或新建項(xiàng)目。在新建的大型機(jī)場項(xiàng)目中，又以集航空、鐵路、公路、軌道交通等為一體的交通樞紐形式最為普遍，滿足現(xiàn)代社會(huì)出行快捷換乘、行程無縫連接的基本需求。

航站樓及綜合交通樞紐(GTC)是機(jī)場的主要建筑，具有人流多、建筑功能多、配套工藝種類多的特點(diǎn)。為了滿足機(jī)場日常運(yùn)營及突發(fā)情況處置的需求，安全、可靠、方便運(yùn)營管理的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)顯得尤為重要。本文即結(jié)合某大型航站樓項(xiàng)目，對用電負(fù)荷及供電措施進(jìn)行了分析總結(jié)，以供同行參考。

1 項(xiàng)目概況

某機(jī)場規(guī)劃占地面積約14km2，飛行區(qū)等級(jí)為4F級(jí)，跑道長度3 600m。近期規(guī)劃目標(biāo)將建設(shè)兩條遠(yuǎn)距平行跑道，設(shè)計(jì)年旅客吞吐量為4 500萬人次，年貨郵吞吐量70～80萬t，年飛機(jī)起降量37萬架次。遠(yuǎn)期規(guī)劃目標(biāo)將擁有4條平行跑道，設(shè)計(jì)年旅客吞吐量為7 000萬人次，年貨郵吞吐量為160 ～200萬t，年飛機(jī)起降量55萬架次。

機(jī)場航站樓是一座集國內(nèi)旅客、國際旅客需求為一體，包含出發(fā)、到達(dá)、中轉(zhuǎn)等各類旅客功能流程的綜合航站樓。面積約55萬m2，地下1層，地上3層，總高度45m，包含航站樓主樓及6個(gè)指廊，為一類高層建筑。

2 航站樓負(fù)荷分析

機(jī)場航站樓具有空間高大、人員密集、工藝設(shè)備供電可靠性要求高、配套商業(yè)多、廣告多等特點(diǎn)。所以，供電可靠、靈活、安全舒適、綠色節(jié)能是貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)的核心思想。

2.1 負(fù)荷類型及設(shè)計(jì)界面劃分

航站樓內(nèi)主要負(fù)荷包括照明負(fù)荷、弱電機(jī)房負(fù)荷、空調(diào)負(fù)荷、動(dòng)力負(fù)荷、航站樓工藝負(fù)荷、充電樁等，具體負(fù)荷分類如表1所示。

機(jī)場項(xiàng)目由航站樓、飛行區(qū)、GTC及配套等組成，但飛行區(qū)設(shè)計(jì)不在此次設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，由民航設(shè)計(jì)院完成飛行區(qū)設(shè)計(jì)工作。其中機(jī)坪機(jī)務(wù)用電、機(jī)坪高桿照明(含障礙燈)、泊位引導(dǎo)標(biāo)識(shí)、400Hz及PCA用電等系統(tǒng)由民航設(shè)計(jì)院提出電源與管理需求，登機(jī)橋活動(dòng)端應(yīng)由指揮部招標(biāo)的承包商提供電源需求，電源引至登機(jī)橋固定端附近配電間，以配電間內(nèi)配電柜做為設(shè)計(jì)分界點(diǎn)；行李系統(tǒng)由專項(xiàng)設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)完成，根據(jù)行李系統(tǒng)需求提供400V低壓電源和備用柴油機(jī)電源，以行李專用配電室為設(shè)計(jì)分界點(diǎn)。

航站樓內(nèi)負(fù)荷分類 表1

2.2 負(fù)荷分級(jí)

根據(jù)JGJ 243-2011《交通建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)條文的規(guī)定，航站樓內(nèi)各類負(fù)荷的負(fù)荷等級(jí)劃分如下。

一級(jí)負(fù)荷中重要負(fù)荷：安防等防災(zāi)用電設(shè)備、信息及弱電系統(tǒng)、功能中心機(jī)房(AOC、TOC、ROC)、各弱電機(jī)房(PCR、DCR、SCR)、安檢的檢查設(shè)備、航班預(yù)報(bào)設(shè)備(航班信息顯示及時(shí)鐘系統(tǒng))、VIP/CIP照明用電、泊位引導(dǎo)標(biāo)識(shí)、海關(guān)大廳、行李大廳、值機(jī)大廳、出站大廳、候機(jī)廳的部分照明負(fù)荷(50%)、機(jī)坪高桿照明、行李分檢控制室、部分行李設(shè)備、變配電室用電源、值機(jī)設(shè)備、各聯(lián)檢單位(海關(guān)、檢疫、公安等)配套設(shè)備、航空障礙照明、排水裝置、旅客用電梯(直梯)、應(yīng)急疏散照明、消防控制中心/值班室、消防水泵(消火栓泵、噴灑泵、大空間滅火泵、穩(wěn)壓泵)、消防風(fēng)機(jī)(排煙風(fēng)機(jī)、補(bǔ)風(fēng)機(jī))、電動(dòng)排煙窗、防火卷簾、消防電梯。

一級(jí)負(fù)荷：值機(jī)及候機(jī)廳、行李提取大廳、卸貨區(qū)、主要通道等航站樓中的公共區(qū)域照明、航站樓的送排風(fēng)系統(tǒng)、橋載空調(diào)、橋載400Hz電源、機(jī)坪機(jī)務(wù)用電、行李分檢系統(tǒng)、室外主要通道照明、大型商業(yè)的營業(yè)廳備用照明。

二級(jí)負(fù)荷：扶梯/步梯、廚房、出租商業(yè)、空調(diào)設(shè)備、裝飾照明、直飲水設(shè)備。

三級(jí)負(fù)荷：室內(nèi)(外)電動(dòng)遮陽簾、廣告照明、裝飾照明、立面照明、景觀照明、景觀配套用電。

3 航站樓供電措施

3.1 供電電源及電壓等級(jí)

(1)110kV電源分別由兩座220kV變電站引來。

(2)機(jī)場近期擬設(shè)置一處110kV變電站，位于機(jī)場西側(cè)滑路，接近航站區(qū)一側(cè)，負(fù)責(zé)用地東北側(cè)的航站區(qū)、飛行區(qū)等用房的供電，近期3臺(tái)50MVA變壓器，遠(yuǎn)期3臺(tái)63MVA變壓器；西南側(cè)的航食、航空公司基地、貨運(yùn)等由紅線外規(guī)劃的110kV變電站供電；在空側(cè)預(yù)留一處建設(shè)110kV變電站的條件。

(3)由機(jī)場110kV變電站配出10kV電源，通過不同路由的管廊引至航站樓區(qū)、GTC及配套區(qū)各開閉站。

3.2 不同等級(jí)負(fù)荷的供電措施

(1)一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷采用雙路電源末端互投，雙路電源來自兩臺(tái)變壓器不同母線段，其中一個(gè)母線段為應(yīng)急母線段，由柴油機(jī)做后備電源，其供電電源的切換時(shí)間，滿足設(shè)備允許中斷的要求(部分負(fù)荷配置UPS)。

(2)一級(jí)負(fù)荷在適當(dāng)位置互投或采用單獨(dú)供電回路放射式供電，當(dāng)其供電母線失電后通過母聯(lián)開關(guān)確保該負(fù)荷的供電。

(3)二級(jí)負(fù)荷所在的母線失電后，通過分勵(lì)脫扣器先切除二級(jí)負(fù)荷，待母聯(lián)開關(guān)合閘后，逐步恢復(fù)二級(jí)負(fù)荷的供電。

(4)當(dāng)一段母線失電后，切除三級(jí)負(fù)荷，確保二級(jí)以上負(fù)荷的供電。

3.3 機(jī)場開閉站及變配電室設(shè)置

3.3.1 10kV開閉站

根據(jù)機(jī)場規(guī)劃的陸側(cè)、空側(cè)、保安限制區(qū)、GTC、車庫、酒店、辦公區(qū)域劃分，分別設(shè)置6處10kV開閉站，便于后期運(yùn)維管理，盡量減少維護(hù)人員穿梭保安限制區(qū)域。其中航站樓內(nèi)設(shè)置4處開閉站KB1～KB4，分別位于臨近中央?yún)^(qū)的四個(gè)方向，并與指廊始端相接，開閉站位置如圖1所示。

圖1 機(jī)場開閉站位置示意圖

3.3.2 變配電室

變配電室宜設(shè)置在靠近負(fù)荷中心的位置?？紤]到線路電壓損失對電能質(zhì)量的影響，本項(xiàng)目將每個(gè)變配電室的供電半徑控制為200～250m。結(jié)合建筑平面分布，航站樓共設(shè)置12個(gè)變配電室，分別位于中央?yún)^(qū)(A區(qū))和指廊(B、C、D、E區(qū))。其中臨近中央?yún)^(qū)的4個(gè)變配電室分別與KB1～KB4開閉站合建，作為主變配電室(包括高、低壓配電柜、變壓器、直流屏、信號(hào)屏等)，設(shè)置值班室，值班室內(nèi)設(shè)置模擬顯示屏。 貼建辦公設(shè)置2個(gè)變配電室。航站樓變配電室位置如圖2所示。遠(yuǎn)機(jī)位因遠(yuǎn)離航站樓范圍，單獨(dú)從就近開閉站引出10kV高壓電源，就地設(shè)置箱式變壓器，各開閉站供電范圍如表2所示。

圖2 航站樓變配電室位置示意圖

3.4 自備應(yīng)急電源設(shè)置

(1)柴油發(fā)電機(jī)：為滿足一級(jí)負(fù)荷中重要負(fù)荷和消防負(fù)荷的供電要求，本工程航站樓共設(shè)置10處柴油發(fā)電機(jī)房，分別位于中央?yún)^(qū)和指廊。

(2)不間斷電源：為保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、重要的弱電設(shè)備在市電停電或意外中斷時(shí)不間斷供電，設(shè)置UPS電源機(jī)房。機(jī)房相對集中放置，并與變配電室毗鄰。

(3)備用應(yīng)急照明電源：為保證需要繼續(xù)工作的備用照明回路在市電停電或中斷時(shí)不間斷供電，相對集中設(shè)置應(yīng)急電源(EPS)。在市電停電后，保證備用照明負(fù)荷持續(xù)供電時(shí)間≥90min，EPS電源轉(zhuǎn)換時(shí)間≤0.5s。

3.5 供電靈活性與綠色節(jié)能

機(jī)場建筑中，重要用電負(fù)荷集中在航站樓主樓、GTC及配套建筑，因此在變壓器的設(shè)置上，按商業(yè)、工業(yè)、照明、動(dòng)力等負(fù)荷性質(zhì)分類，便于過渡季節(jié)變壓器的投切；低壓柜中預(yù)留一定數(shù)量的備用斷路器，方便后期發(fā)展配電回路的增加，同時(shí)也可作為斷路器故障時(shí)的備用裝置，減少停電時(shí)間。在配電干線上，根據(jù)負(fù)荷分布情況并結(jié)合后期發(fā)展，采用放射式配電、二次配電、樹干式配電多種方式，特別針對消防設(shè)備、照明設(shè)備、動(dòng)力設(shè)備按平面分區(qū)設(shè)置二次配電箱，為既有設(shè)備增容、靈活適應(yīng)新增設(shè)備創(chuàng)造條件。在配電箱內(nèi)，尤其是大廳、商業(yè)、室外照明等配電箱中預(yù)留配電回路，便于后期增加設(shè)備。在機(jī)房豎井內(nèi)預(yù)留設(shè)備及安裝空間，便于后期系統(tǒng)、末端點(diǎn)位的增加。

在綠色節(jié)能方面，根據(jù)負(fù)荷容量、供電距離及分布、用電設(shè)備特點(diǎn)等因素合理設(shè)置變電所、配電間位置，節(jié)省線纜，降低線路損耗。設(shè)備的布置、橋架的敷設(shè)便于維修、改造，滿足運(yùn)營管理的需求，降低后期維護(hù)成本。

4 放射式供電與樹干式供電方案比選

由于電源總是集中在一個(gè)或者少數(shù)幾個(gè)點(diǎn)，而用電負(fù)荷一般散布在不同的地點(diǎn)，如何才能更好地將集中的電能分配給分散的負(fù)荷，就產(chǎn)生了配電方式的問題。

在低壓配電中主要有放射式配電和樹干式配電。放射式配電供電可靠性高，配電回路故障只影響單一負(fù)荷，負(fù)荷間的相互影響小，電能質(zhì)量較高。

開閉站供電范圍一覽表 表2

圖3 WPM219回路配電干線圖

但從變配電室配出的回路數(shù)多，配電設(shè)備投資大、占用空間大、有色金屬消耗量較大。但樹干式配電的優(yōu)、缺點(diǎn)與放射式配電正好相反。

現(xiàn)以WPM219回路為例進(jìn)行分析(圖3)，該回路目前采用樹干式配電，所帶配電箱編號(hào)分別為1ALA2-1/5kW，1ALA2-6/7kW，1ALA2-13/18kW，1ALA2-4/20kW，均為大廳照明配電箱，具有負(fù)荷性質(zhì)相同、每個(gè)域負(fù)荷容量小、用電負(fù)荷等級(jí)高的特點(diǎn)，回路所在變壓器容量為2 000kVA。

若該回路負(fù)荷均改為放射式配電，則低壓柜需要增加3個(gè)出線開關(guān)和3組電纜。1ALA2-1/5kW配電箱負(fù)荷僅有5kW，計(jì)算電流僅有9A，4mm2的電纜完全滿足載流量要求。改為放射式配電后，電纜直接引自低壓開關(guān)柜，低壓柜出線處短路電流Ik約為35kA，電纜應(yīng)能承受預(yù)期的短路電流。根據(jù)熱穩(wěn)定校驗(yàn)計(jì)算，電纜截面積應(yīng)≥25mm2?？梢?，小功率負(fù)荷采用放射式供電會(huì)造成開關(guān)設(shè)備、低壓柜出線電纜的增加，且因?yàn)殡娎|還需要滿足熱穩(wěn)定校驗(yàn)的要求，會(huì)進(jìn)一步放大電纜截面。因此，這里采用樹干式配電更為合理。

WPM245回路(圖4)為到達(dá)大廳空調(diào)配電箱1ACA2-2供電，功率為48kW。不同區(qū)域內(nèi)空調(diào)設(shè)備相對分散，且用電量較大。若采用樹干式配電，則電纜路由過于曲折，因此采用放射式配電更為合理。

圖4 WPM245回路配電干線圖

綜上，對于負(fù)荷功率大、負(fù)荷等級(jí)高的負(fù)荷，宜采用放射式供電。而對于負(fù)荷等級(jí)不高或小功率用電設(shè)備采用樹干式配電更為合適。

5 結(jié)束語