某民用機(jī)場航站樓電氣設(shè)計

秦國經(jīng), 韓銀鳳, 王超楠, 鄭 欣

(中國建筑第八工程局有限公司西北分公司 工程設(shè)計研究院, 陜西 西安 710082)

0 引 言

以蘭州某國際機(jī)場航站樓為例,介紹該項目各電氣系統(tǒng),結(jié)合機(jī)場運(yùn)行和相關(guān)規(guī)范要求,分析探討項目投入使用后航站樓10 kV配電系統(tǒng)、10/0.4 kV變配電系統(tǒng)、應(yīng)急電源系統(tǒng)、動力配電系統(tǒng)、照明配電系統(tǒng)、防雷及接地系統(tǒng)等,更有效地剖析機(jī)場航站樓電氣設(shè)計中的一些難點(diǎn),促進(jìn)方案優(yōu)化,技術(shù)創(chuàng)新。

目前機(jī)場航站樓電氣設(shè)計所遵循的規(guī)范有:GB 51236—2017《民用機(jī)場航站樓設(shè)計防火規(guī)范》、JGJ 243—2011《交通建筑電氣設(shè)計規(guī)范》[1]。

1 工程概況

某航站樓為Ⅰ類航站樓,且為一類高層建筑。航站樓建筑面積接近40萬m2。建筑分類和耐火等級:一類高層建筑。建筑耐火等級:一級。建筑層數(shù):主樓地上主體3層,地下局部2層,A指廊地上4層,B、C、D指廊地上2層。建筑高度:44.75 m(相對于室外標(biāo)高-0.150 m)。

2 變配電系統(tǒng)

2.1 負(fù)荷等級

依據(jù)JGJ 243—2011《交通建筑電氣設(shè)計規(guī)范》中表3.2.1和GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》[2]中附錄A和GB 51236—2017《民用機(jī)場航站樓設(shè)計防火規(guī)范》中第5.0.5條進(jìn)行分類。本項目按照Ⅰ類航站樓(年旅客吞吐量1 000萬人次及以上)進(jìn)行設(shè)計。其一、二、三級負(fù)荷分類如下。

一級負(fù)荷主要包括:航站樓中的公共區(qū)域照明、消防設(shè)備(含消防控制室內(nèi)消防控制設(shè)備、防火卷簾、防排煙風(fēng)機(jī)、防火閥門、應(yīng)急照明等)、電梯、送排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備、排污泵、生活水泵、行李處理系統(tǒng)(BHS);航站樓、外航駐機(jī)場航站樓辦事處。機(jī)場航班信息相關(guān)的系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)及其他信息系統(tǒng);站坪照明、站坪機(jī)務(wù);飛行區(qū)內(nèi)雨水泵站等用電。其中,民用機(jī)場內(nèi)的航空管制、導(dǎo)航、通信、氣象、助航燈光系統(tǒng)設(shè)施和臺站用電;邊防、海關(guān)的安全檢查設(shè)備;航班信息、顯示及時鐘系統(tǒng);航站樓、外航駐機(jī)場辦事處中不允許中斷供電的重要場所用電負(fù)荷為一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷。

二級負(fù)荷:航站樓內(nèi)除一級負(fù)荷以外的其他主要用電負(fù)荷,包括公共場所空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備、自動扶梯、自動人行道用電等。

三級負(fù)荷主要包括:商業(yè)用電、電熱設(shè)備、廣告照明、景觀照明及其他不屬于一二級負(fù)荷的用電設(shè)備。

機(jī)場的用電負(fù)荷具有以下特點(diǎn):① 一級負(fù)荷所占比重越大,對供電安全可靠性要求就越高,供配電系統(tǒng)的建設(shè)成本就越大。② 遠(yuǎn)距離供電負(fù)荷較多。例如機(jī)場飛行區(qū)內(nèi)的用電負(fù)荷主要有助航燈光系統(tǒng)和導(dǎo)航臺站。助航燈光系統(tǒng)的供電回路長度在8～10 km,使用恒流調(diào)光器自動調(diào)節(jié)輸出電流并穩(wěn)定在所要求的電流值上;而指點(diǎn)標(biāo)臺和測距儀臺甚至位于跑道延長線,距跑道盡頭還有1.8～2 km,這些都是一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷。③ 對電能質(zhì)量要求較高。機(jī)場航空管制、通信、導(dǎo)航、氣象、航班預(yù)報、助航燈光等設(shè)備由于涉及飛行安全,對電能質(zhì)量要求較高。另外,UPS、一二次雷達(dá)設(shè)備、恒流調(diào)光器等在工作時會產(chǎn)生諧波電流,導(dǎo)致供電系統(tǒng)電壓電流波形畸變,影響供電質(zhì)量,增加電氣設(shè)備的負(fù)荷損耗[3]。

2.2 供配電系統(tǒng)

依據(jù)航站樓的負(fù)荷性質(zhì)、容量及建筑形式,本工程在航站樓一層A區(qū)設(shè)置4處10 kV變電所,每處10 kV變電所分別由航站區(qū)110/10 kV變電站分別接引2路10 kV電源(每段10 kV主母排分別接引1路),共8路10 kV電源(4組)。每組電源均互為備用,當(dāng)其中一路電源受損時,另一路電源不致同時受損,以確保一、二級負(fù)荷的供電可靠性。同時在航站樓4個指廊設(shè)置8處10 kV變電所(每個指廊兩處),該8處10 kV變電所10 kV電源(每處10 kV變電所分別接入2路10 kV電源)均分別由鄰近A區(qū)10 kV變電所引來。

2.3 配變電所

本工程共設(shè)置12個10/0.4 kV變電所,4個變電所除負(fù)責(zé)本區(qū)域的設(shè)備(含登機(jī)橋、行李系統(tǒng)、站坪照明等設(shè)備)供電外,同時負(fù)責(zé)就近指廊的10 kV電源配電;4個指廊內(nèi)8個10/0.4 kV變電所(每個指廊內(nèi)2個10/0.4 kV變電所)負(fù)責(zé)指廊內(nèi)及就近登機(jī)橋設(shè)備、站坪照明等設(shè)備的供電。

(1) 依據(jù)JGJ 243—2011《交通建筑電氣設(shè)計規(guī)范》中第3.4.2條,考慮到大型、重要的公共交通建筑內(nèi)有大量的一、二級負(fù)荷,以及可能會受較多諧波的影響,本項目變壓器負(fù)載率控制在60%～75%。

(2) 本項目共設(shè)置32臺變壓器,其中2 500 kVA變壓器為28臺,2 000 kVA變壓器為4臺,總裝機(jī)容量為78 000 kVA。

2.4 自備應(yīng)急電源

2.4.1 應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組

依據(jù)JGJ 243—2011《交通建筑電氣設(shè)計規(guī)范》中第5.2.1條,Ⅲ類及以上民用機(jī)場航站樓應(yīng)設(shè)置應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組。為保障消防負(fù)荷及一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的供電,本工程在T3航站樓內(nèi)設(shè)置8套380 V低壓柴油發(fā)電機(jī)組。其中,800 kW柴油發(fā)電機(jī)組為3套,1 000 kW柴油發(fā)電機(jī)組為3套,1 200 kW柴油發(fā)電機(jī)組為1套,1 600 kW柴油發(fā)電機(jī)組為1套。每組變壓器低壓側(cè)設(shè)置4段母線,兩段為應(yīng)急母線,其中一段應(yīng)急母線為消防負(fù)荷專用應(yīng)急母線,另一段應(yīng)急母線為非消防負(fù)荷專用應(yīng)急母線;正常工作時,應(yīng)急母線段電源由市電供電;事故時,應(yīng)急母線段電源均由柴油發(fā)電機(jī)組提供。

2.4.2 UPS電源裝置

消防控制室等的第三路電源采用UPS。當(dāng)兩路正常電源同時失電時,UPS電源可向機(jī)房內(nèi)的各用電負(fù)荷持續(xù)供電。本工程航站樓機(jī)房及功能中心系統(tǒng)建設(shè)以建筑物為單位,因此,航站樓機(jī)房弱電工程以獨(dú)立新建模式設(shè)計。本系統(tǒng)共有3個部分,分別是:機(jī)房工程系統(tǒng)、配電系統(tǒng)和功能中心系統(tǒng)。航站樓弱電機(jī)房包含弱電主機(jī)房(PCR)、匯聚機(jī)房(DCR)、接入機(jī)房(SCR)、進(jìn)線間、弱電UPS機(jī)房和登機(jī)橋弱電小間,弱電機(jī)柜一共629個。配電系統(tǒng)中設(shè)置UPS主機(jī)一共28臺。航站樓設(shè)置一個航站樓運(yùn)控中心(TOC)。

常規(guī)UPS電源供電對象包括弱電機(jī)房機(jī)柜內(nèi)的設(shè)備,離港系統(tǒng)自助辦票機(jī)、自助托運(yùn)設(shè)備、工作站和閘機(jī),安檢信息系統(tǒng)工作站和閘機(jī),全景監(jiān)控系統(tǒng)攝像機(jī)及設(shè)備箱,視頻監(jiān)控系統(tǒng)球型攝像機(jī),時鐘系統(tǒng)子鐘,媒體發(fā)布LCD屏和LED屏,服務(wù)質(zhì)量執(zhí)行測量系統(tǒng)LCD屏、控制主機(jī)和觸摸屏,航顯系統(tǒng)LCD屏、行李輸入鍵盤和一體機(jī)。廣播UPS電源供電對象包括公共廣播系統(tǒng)功放、陣列、廣播室呼叫站和工作站。

UPS-PCR設(shè)置配電柜,采用2N的方式,后備電池時間為30 min,供電對象為弱電主機(jī)房機(jī)柜內(nèi)弱電設(shè)備。常規(guī)UPS采用N+1的方式,后備電池時間為15 min,供電對象為弱電匯聚機(jī)房、接入機(jī)房機(jī)柜內(nèi)弱電設(shè)備和前端設(shè)備。廣播UPS采用N+1的方式,后備電池時間為3 h,供電對象為各匯聚機(jī)房中的廣播機(jī)柜和廣播系統(tǒng)前端線陣列。在UPS-TOC設(shè)備間設(shè)UPS配電柜(箱)1組,UPS采用N+1的方式,后備電池時間為120 min,供電對象為航站樓運(yùn)控中心中弱電設(shè)備。

2.5 低壓配電系統(tǒng)

低壓配電系統(tǒng)原則如下:① 一級負(fù)荷電源由變壓器的兩段母排引來,并在設(shè)備配電末端設(shè)置雙電源自動切換裝置,當(dāng)兩個電源中的一個電源發(fā)生故障時,另一個電源不應(yīng)同時受到損壞。② 重要的二級負(fù)荷電源由變壓器的兩段母排引來,并在設(shè)備配電末端設(shè)置雙電源自動切換裝置;其他二級負(fù)荷電源由變壓器一段母線饋出專用的單回電源線路至設(shè)備的電源箱。③ 三級負(fù)荷電源由一路電源供電,當(dāng)供電系統(tǒng)為非正常運(yùn)行方式時,允許將其切除。

依據(jù)JGJ 243—2011《交通建筑電氣設(shè)計規(guī)范》中第6.2.1條,機(jī)場登機(jī)橋的400 Hz電源系統(tǒng)及機(jī)場行李的處理系統(tǒng)等,為了保障這些設(shè)備電源供應(yīng)的可靠和不受干擾,需要有獨(dú)立的系統(tǒng)或回路。交通建筑中的工藝設(shè)備、專用設(shè)備、消防及其他防災(zāi)用電負(fù)荷,應(yīng)分別自成配電系統(tǒng)或回路。結(jié)合本工程,400 Hz電源系統(tǒng)以A指廊為例,機(jī)場登機(jī)橋的400 Hz電源系統(tǒng)共預(yù)留7個獨(dú)立回路,總?cè)萘考s1 170 kW,回路分布在A指廊內(nèi)兩個變電所4個變壓器內(nèi)。機(jī)場行李的處理系統(tǒng)以E區(qū)為例,行李系統(tǒng)電源預(yù)留兩路電源,互為備用,容量預(yù)留1 330 kW。消防回路采用專用雙回路末端配電箱處切換供電,且接入應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組。

2.6 電纜選擇

依據(jù)JGJ 243—2011《交通建筑電氣設(shè)計規(guī)范》中第6.4條和GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中第13.8條。Ⅱ類及以上民用機(jī)場航站樓電纜的阻燃級別選擇A級,Ⅱ類及以上民用機(jī)場航站樓電線的阻燃級別選擇B級,同時宜采用輻照交聯(lián)型低煙無鹵阻燃電線電纜。本工程10 kV電纜采用耐火電纜和礦物絕緣電纜。消防控制室、消防泵、消防電梯、水幕泵供電干線的耐火等級應(yīng)滿足火災(zāi)時持續(xù)供電要求,應(yīng)采用950 ℃、180 min礦物絕緣類電纜或母線槽。其他消防設(shè)備供電干線的耐火等級可選用不低于950 ℃、90 min的耐火類電纜。非消防設(shè)備低壓電纜選用WDZB1-YJY-0.6/1 kV低煙無鹵阻燃交聯(lián)聚乙烯絕緣護(hù)套銅芯電力電纜。

2.7 照明系統(tǒng)

依據(jù)JGJ 243—2011《交通建筑電氣設(shè)計規(guī)范》中第8條和GB 50034—2013《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》,結(jié)合本項目,主要注意以下幾點(diǎn)。

(1) 公共區(qū)域的正常照明采用交叉供電,兩個照明配電箱電源分別接自變電所不同母線,互為公共區(qū)域的備用照明,每個配電箱各帶50%的照明負(fù)荷。

(2) 照明燈具采用高效能LED、三基色燈管,其顯色性好,節(jié)能效果明顯,航站樓公共區(qū)域照明采用智能照明控制系統(tǒng),并提供標(biāo)準(zhǔn)的通信接口與樓宇自控系統(tǒng)連接,正常運(yùn)行時由樓宇自控系統(tǒng)對航站樓內(nèi)公共區(qū)域照明燈具進(jìn)行開關(guān)控制。高大空間的公共場所,垂直照度(Ev)與水平照度(Eh)之比不宜小于0.25。候機(jī)廳、出發(fā)廳、站廳等場所,當(dāng)照明區(qū)域內(nèi)空間及高度較大,且有裝飾效果要求采用以非直接的照明方式為主時,在滿足基本照明功能要求的基礎(chǔ)上,該區(qū)域內(nèi)的照度標(biāo)準(zhǔn)值可降低一級。

(3) 航站樓中的標(biāo)識、引導(dǎo)指示,應(yīng)根據(jù)其種類、形式、表面材質(zhì)、色彩、安裝位置以及周邊環(huán)境特點(diǎn)選擇相應(yīng)的照明方式。當(dāng)標(biāo)識采用外投光照明時,應(yīng)控制其投射范圍,散射到標(biāo)識外的溢散光不應(yīng)超過外投光的20%。

2.8 防雷接地設(shè)計

本項目位于蘭州市,蘭州市年平均雷暴日為21.1 d/a,依據(jù)GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定,本建筑按第二類防雷建筑物設(shè)防。航站樓屬建筑形式,屋面一般都采用鋼結(jié)構(gòu)金屬屋面,如果金屬屋面直接作為接閃器,存在屋面被擊穿的可能,將會影響航站樓的正常運(yùn)行。電源配電線路和電子信息系統(tǒng)的雷電防護(hù)等級按A級設(shè)防。本工程10 kV配電系統(tǒng)采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。低壓系統(tǒng)接地形式采用TN-S系統(tǒng),本工程內(nèi)所有的PE線與接地裝置連接不得間斷。變壓器中性點(diǎn)直接接地,采用聯(lián)合接地裝置,接地電阻要求不大于1 Ω。

本項目設(shè)置智能防雷系統(tǒng),監(jiān)控中心設(shè)于一層消防控制中心,在各樓層的配電間內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)采集終端,對SPD進(jìn)行雙路采集。

3 結(jié) 語

航站樓是機(jī)場的重要用電單位,變配電系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)都不能忽視,以免出現(xiàn)短板效應(yīng)。本文僅通過實(shí)際工程淺談了機(jī)場航站樓電氣設(shè)計的部分特點(diǎn),對同類項目提供參考。