助航燈光供配電系統(tǒng)中低壓缺相保護功能的實現(xiàn)

王玉龍, 安志成, 陳利戈

(青島國際機場集團有限公司, 山東 青島 266300)

0 引 言

機場供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是助航燈光安全、穩(wěn)定運行的核心基礎。低壓配電缺相是常見的供配電故障之一,當發(fā)生此故障時如果應急起動不及時會嚴重影響飛行安全?，F(xiàn)階段對低壓缺相保護方面研究更多的主要是對其故障的判斷及處理[1],而在助航燈光供配電系統(tǒng)中,更重要的是當出現(xiàn)類似故障情況時如何更快速的做出應急反應,只有不斷提高應急反應的能力,確保助航燈光穩(wěn)定運行,才能確保飛機的平穩(wěn)起降。

1 項目概述

青島機場助航燈光供配電系統(tǒng)由兩路市電及備用發(fā)電機組成,兩路高壓市電獨立運行,通過變壓器輸出到400 V低壓端的低壓系統(tǒng)配置聯(lián)絡柜,當其中一路低壓市電發(fā)生故障時,通過備自投判斷并切換,通過聯(lián)絡柜由一路市電帶兩路運行;當兩路低壓市電均故障時,備用發(fā)電機起動供電,通過聯(lián)絡柜帶兩路負載運行。

2023年上半年,某機場供電線路突發(fā)故障導致電源缺相,造成機場部分滑行道助航燈光失效。事件發(fā)生約90 min后,經(jīng)現(xiàn)場操作并檢查確認助航燈光全部恢復正常,其間對航空器正常運行造成了一定影響。經(jīng)調(diào)查,造成此次事件的直接原因為某高壓A相架空導線引流線(跳線線夾)斷裂造成電源缺相,其次機場供電高壓開關柜和助航燈光低壓開關柜備自投開關未實現(xiàn)自動切換,原設計方案未考慮缺相自動切換功能,這一設計缺陷直接導致了機場部分助航燈光的短暫癱瘓。

2 方案分析

針對低壓配電缺相故障問題,青島機場深入研究,制定多套措施,經(jīng)過多次技術(shù)論證,從設備邏輯控制功能入手,升級控制軟件故障處置程序,以“安全性高、成本低”的技術(shù)方案,解決因低壓配電缺相故障帶來的運行安全隱患。

2.1 基于三相電壓繼電器檢測功能的改造方案

2.1.1 方案原理

基于三相電壓繼電器的低電壓或缺相檢測功能,將檢測后輸出信號直接作用于斷路器分閘線圈,實現(xiàn)低電壓或缺相跳閘,聯(lián)絡投入?；谌嚯妷豪^電器的低電壓或缺相檢測功能,檢測后輸出信號接入PLC系統(tǒng),由PLC進行邏輯判斷,并進行低電壓或缺相分閘,聯(lián)絡投入。該方案采用施耐德三相電壓控制繼電器RM22TR33,具備過壓與欠壓監(jiān)測、相位順序、相位故障監(jiān)測功能,有兩組常開、常閉觸點。當監(jiān)測的電壓出現(xiàn)缺相故障時,該控制繼電器的觸點可用于跳開回路和上傳報警信號。

2.1.2 該改造方案的適用情況

(1) 針對助航燈光單母線分段兩市電、一聯(lián)絡的低壓自動切換配電系統(tǒng)[2],控制繼電器RM22TR33檢測到的缺相信號輸出至斷路器的分閘線圈或PLC控制系統(tǒng)的分閘輸入信號,切掉缺相供電回路,母聯(lián)自動投入,一路市電帶兩路市電運行。

(2) 控制繼電器RM22TR33檢測到的缺相信號直接作用于開關分閘,且不判定為開關故障,避免正常供電回路不能自動投入。

(3) 大多數(shù)的助航燈光低壓配電系統(tǒng)可實現(xiàn)該改造模式。

2.2 基于一體化備自投裝置邏輯控制功能的改造方案

2.2.1 方案原理

一體化備自投裝置直接采樣三相電壓信號,內(nèi)部取樣電路輸出電壓值至內(nèi)嵌PLC模塊,由內(nèi)嵌PLC模塊進行邏輯判斷,并進行低電壓或缺相分閘,聯(lián)絡投入。

青島機場燈光站低壓系統(tǒng)一體化備自投裝置采用嵌入式SOC設計、優(yōu)化全波FFT技術(shù)、內(nèi)嵌PLC模塊,具備傳輸報警信號的通信接口,通過升級邏輯控制程序后具備缺相保護功能。

2.2.2 該改造方案的適用情況

主要針對配置一體化備自投裝置的低壓自動切換配電系統(tǒng),升級邏輯控制程序后實現(xiàn)缺相保護功能。一體化備自投裝置低壓配電系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 一體化備自投裝置低壓配電系統(tǒng)圖

備自投裝置控制程序升級后,控制邏輯如下:① “1#進線L1、L2、L3相無壓”,“2#進線三相有壓”最終“跳QF1”,“合QF3”;② “2#進線L1、L2、L3相無壓”,“1#進線三相有壓”最終“跳QF2”,“合QF3”;③ “1#進線L1、L2、L3相無壓”,“2#進線L1、L2、L3相無壓”最終,“跳QF1”和“跳QF2”,柴油發(fā)電機組投入運行;④ 在1#進線或2#進線缺相狀態(tài)下實現(xiàn)電源切換功能。

備自投裝置分段互投邏輯圖如圖2所示。

圖2 備自投裝置分段互投邏輯圖

3 方案選擇

3.1 基于三相電壓繼電器檢測功能的改造方案

三相電壓控制繼電器可檢測三相電壓,通過參數(shù)設定實現(xiàn)缺相、過壓、欠壓等情況時的保護功能。

3.1.1 方案優(yōu)點

該方案優(yōu)點是,缺相情況下,控制繼電器會立即輸出跳閘信號并發(fā)出報警信號,備自投收到跳閘信號后立即投入,低壓母聯(lián)合閘,確保兩路市電運行正常,外場助航燈光持續(xù)穩(wěn)定運行。

3.1.2 方案缺點

該方案缺點如下:① 需PLC系統(tǒng)判斷并執(zhí)行分合閘動作,無PLC系統(tǒng)的配電系統(tǒng)需增加報警回路;② PLC改造時需不停航施工且需帶電作業(yè),安全隱患較大;③ 對低壓柜進行改造,該工程量大,費用較高。

3.2 基于一體化備自投裝置邏輯控制功能的改造方案

3.2.1 方案優(yōu)點

該方案優(yōu)點如下:① 不需要對低壓柜進行改造,現(xiàn)場通過升級備自投裝置邏輯控制程序后就可以實現(xiàn)缺相保護切換功能[3];② 備自投裝置具有通信功能,可上傳裝置動作記錄。

3.2.2 方案缺點

報警信息為裝置動作信息,不能判斷是否因缺相引起的備自投裝置動作,如需明確更詳細的報警信息,則要對系統(tǒng)做進一步的完善和改進。

經(jīng)過多次綜合評估,青島機場明確將“基于一體化備自投裝置邏輯控制功能的改造方案”作為主用方案,同時保留基于三相電壓繼電器檢測功能的改造方案為備用方案。

4 使用效果驗證

對于傳統(tǒng)的或者使用相對老舊的低壓配電系統(tǒng)而言,需要加裝三相電壓繼電器裝置實現(xiàn)缺相保護功能;對于新建或者經(jīng)改造使用的較為新進的一體化備自投裝置的低壓配電系統(tǒng)而言,如青島機場助航燈光低壓配電系統(tǒng),升級邏輯控制程序后即可實現(xiàn)低壓缺相保護功能。

青島機場低壓配電缺相保護改造方案實施后,現(xiàn)場通過拆除其中一相取樣電壓模擬缺相故障進行驗證,缺相回路跳閘,聯(lián)絡投入正常,缺項保護功能測試正常。備自投缺相保護起動如圖3所示。

圖3 備自投缺相保護起動

5 結(jié) 語

本文研究了青島機場助航燈光供配電系統(tǒng)中低壓缺相故障的兩種基本應對方案,根據(jù)設備運行情況并通過現(xiàn)場測試確定以備自投自起動方式為主的缺相保護功能方案。這一方案優(yōu)勢明顯,極大縮短了設備故障后的應急反應時間,進一步提升了外場助航燈光系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。解決該問題后,青島機場助航燈光工作人員將結(jié)合行業(yè)的特殊性和專業(yè)的供配電知識體系,針對缺相故障的判斷與處理和報警監(jiān)測方面進行深入研究,不斷提高助航燈光機務員的供配電業(yè)務檢修能力和應急值守能力。