機場候機樓低壓配電系統可靠性分析

林文杰

摘 要：文章應用故障樹分析法，定性分析，分析了候機樓低壓配電系統的可靠性問題，找出系統可靠性的薄弱環節——電壓繼電器和時間繼電器。實踐也證明了定性分析的正確性，并相應采取對策，進行改善維修，提高了系統的可靠性。

關鍵詞：候機樓；低壓配電系統；故障樹分析法；定性分析；可靠性

中圖分類號：TM645 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）23-0079-03

某機場候機樓裝備有：離港、航班顯示、自動廣播、閉路電視、樓宇自動化控制、有線電視、綜合布線、消防控制中心，停車庫自動管理系統。還有總裝容量15 600 kV·A變壓器和裝機容量為3 430 kW的柴油發電機組，3 300冷噸的空調系統以及垂直電梯9部，自動扶梯19臺，自動步道7個，行李傳輸帶10條，登機橋13座等機械設備。這么多的系統和設備樣樣都需要用電。一旦供電系統出了故障，整個候機樓的功能將喪失。就不能把旅客準時送上飛機，造成航班延誤。因此，對涉及面廣的供配電系統，其可靠性更為重要。

T3樓共有四個變電站，它們之間是獨立的。圖1是每個變電站和低壓配電系統，由Ⅰ回變壓器，II回變壓器，柴油發電機組和饋電回路組成。當I回失壓的情況下，由II回通過母聯向I回所屬的饋電回路供電；反之，當II回欠壓時，由I回通過母聯向II回所屬的饋電回路供電；當市電都失壓時，柴油機起動發電供給重要負載用電。重要負載由I回和II回饋電同時送到終端負載配電箱，有效保證候機樓重要設備的用電。如事故照明、標志燈、誘導燈、重要電梯、行李傳輸、防火卷閘門、排風機、消防及弱電系統。

1 運用故障樹分析法，對系統的可靠性作定性分析

在圖1中，把系統故障作為頂端事件，它包括三個次級事件：I回不能供電，II回不能供電，柴油發電機不能發電，這三個次級事件與頂端事件的邏輯關系是“與門”關系。然后再將次級事件往下分解，便可得出該低壓配電系統的故障樹，如圖2所示。

從故障樹可以看出，頂端事件是系統故障。它要發生必須三個次級事件都要同時發生，發生這種情況的可能性很小，所以系統是可靠的。而次級事件的可靠性是建立在各個基本事件的可靠性基礎上，因此對于每個基本事件都要認真對待，消除隱患，提高其可靠度。

首先對于出現次數最多的電壓繼電器和時間繼電器，它們是系統中的薄弱環節。而事實是不是如此呢？以系統首次聯調情況說明。

為了檢驗系統的安全性、穩定性、可靠性，每年組織了一次系統聯調，第一次系統聯調時結果有這樣的問題：有三個進線開關柜的“FIS”斷路器在用電失壓的情況下不能自動分斷，母聯開關柜的“FIS”斷路器無法隨即自動接通。二個自投自復開關柜中的斷路器不能自動分斷和自動接通。原設計的關系邏輯是：不管是“Ⅰ回”或“Ⅱ回”，其中只要一個回路失壓，這一回的進線柜的斷路器延時3秒鐘后，就會自動分斷，母聯柜的斷路器隨即自動接通。而自投自復柜的關系邏輯是：正常是“Ⅰ回”的進線開關接通，“Ⅱ回”分斷；“市/柴”柜是市電進線斷路器接通，柴油發電機進線斷路器分斷。當“Ⅰ回”或市電失壓延時1秒后，““Ⅰ回”進線斷路器自動分斷，“Ⅱ回”進線斷路器自動接通，市電進線斷路器自動分斷，柴油發電機起動發電建壓輸出后，“柴電”進線斷路器自動接通。“Ⅰ回”恢復正常后，“Ⅱ回”進線斷路器自動分斷，“Ⅰ回”進線斷路器自動接通。同樣市電恢復正常后，柴油進線斷路器自動分斷，市電進線斷路器自動接通。

經檢查，造成上述不能自動切換的原因是什么呢？是5只JS11-12時間繼電器失效，失效率為22.7%。為了保證市電雙回路電源，市電和柴油機發電機電源快速切換，對于損壞的時間繼電器都及時更換。由于該時間繼電器故障率高，即對它進行重點巡視檢查，發現失效的就及時更換，在聯調后半年時間里又有七只JS11-12時間繼電器損壞，這樣在一年時間里共有12只時間繼電器損壞，失效率為54.5%。還有雙電壓繼電器損壞，失效率為4.5%。如此的失效率勢必影響系統的可靠性。

失效率高是不是時間繼電器和電壓繼電器的可靠度差呢？是不是電網的供電質量問題嗎？不是的。而是由于其運行方式不合理。圖3是1#進線柜的原理圖：電壓繼電器是檢測開關進線電源情況的，當電影缺相或失壓時，電壓繼電器線圈就會失電，常開觸點釋放，常閉觸點閉合。在圖3（c）中。控制回路用了電壓繼電器的常開觸點，在正常情況下。控制電源電流通過電壓繼電器的常開觸點的電流也不大，這時繼電器的故障模式是閉合觸點的接觸電阻（接觸壓降）太大，所以在負載電流較小時，繼電器的失效率一般隨負載電流的減小而增大。再由于觸點長期閉合，又因觸頭的氧化導致發熱條件劣化。上述兩個不利因素造成了在一年內有二只電壓繼電器失效。從時間概念上說，電源正常是必然性的，而不正常是偶然性的。其工作方式應該有所改變。選擇偶然的不正常才讓電流通過電壓繼電器的觸點，這樣來提高電壓繼電器的電壽命。

而事件繼電器，它是電動機式時間繼電器，由微型同步電機驅動減速齒輪組，并由特殊的電磁機構加以控制以獲得延時。在圖3（c）電氣原理圖里。時間繼電器是斷電延時來達到功能要求的。電源和電壓繼電器正常時，微型同步電機就一直處在運行狀態。由于電動機和齒輪的機械壽命是有時限的，長時間運行是造成時間繼電器失效率高的主要原因。時間繼電器的實效，就不能在規定的條件下、規定的時間里，完成規定的功能。1QF就不能自動分斷，母聯開關3Q也不自動接通。系統達不到準確、可靠的目標，母聯開關的控制原理如圖4所示。

從以上的分析，已經找出了電壓繼電器和時間繼電器失效率高的原因在于不適用此種運行方式，是斷電延時的。本來斷電的概率很低，電壓繼電器的觸點長期保持通電狀態，時間繼電器的電動機一直處在運行狀態，如果把斷電延時改成得電延時，這就可以改變電壓繼電器觸點長期通電和時間繼電器電動機長期運行的狀況。從而可以大大減少電壓繼電器和時間繼電器的失效率。同時還把電動機式時間繼電器改換為電子式時間繼電器，進一步提高其可靠性，時間繼電器改成得電延時的電氣原理圖如圖5所示。電壓繼電器原來接在常開觸點上，現在改接在常閉觸點上。而且把兩只電壓繼電器的觸電串聯連接改為并聯連接。這樣電源只要缺相或失壓，電壓繼電器線圈就失電，常開觸點釋放，常閉觸點接通，時間繼電器就得電，延時3 s鐘后，常開觸點閉合。“1QF”開關⑨—⑩得電，分斷線圈吸合，“1QF”開關分斷。而“3QF”則由“1QF”分斷后的常閉輔助點。303—305接通，“3QF”①—②得電，接通線圈工作，“3QF”開關接通。這樣一改，調整了工作狀態，把系統的必然性和偶然性對換，把選擇正常的必然性的斷電延時改為不正常的偶然性的得電延時。大大縮短了電壓繼電器觸點的通電時間和時間繼電器的工作時間，因而提高了元器件的可靠度。Ⅱ回進線柜“2QF”，自投自復柜“4QF”、“5QF”的控制也都按此方式進行更改。通過這一改善維修后，大大提高聯鎖、自投自復的可靠性。使得低壓配電系統第二聯調中各種功能和參數都達到設計要求。“1QF”失壓延時3 s后，“1QF”自動分斷，“3QF”也隨即自動接通。同樣“2QF”失壓時，延時3 s后自動分斷，“3QF”也隨即接通。“1QF”、“2QF”同時失壓3 s后柴油發電機自動起動，5 s內建壓并輸出電源，此時“市/柴”自投自復柜的“4QF”自動分斷，“5QF”同時接通。從市電停電到柴油發電機發電恢復供電，在10s內完成。當市電恢復正常時。“5QF”自動分斷。“4QF”同時自動接通。柴油機延時5 min后自動停機。

為了有效防止雙電源運行和電路故障后誤接通電源，“1QF”“2QF”“3QF”開關有電器聯鎖作用，只要有2個接通，或有故障（保護本身有跳閘信號）時，第三個就無法接通。不管在任何情況下，“1QF”或“2QF”只要分斷，就無法自動接通，要用手動，這樣可以防止突然來電造成雙電源并聯運行。一些措施都是為了系統的安全性和可靠性。

3 討 論

以上分析的是在自動狀態下的情況，而不在自動失效的情況下。要保障系統正常供電，進線開關，母聯開關，自投自復開關都設置了電氣手動裝置。通過控制按鈕就可以進行操作。電氣手動裝置再失效后，“F”開關本身就有機械手動和機械手動儲能機構，可以手動儲能和手動操作，多種功能并存就能做到游刃有余，增強了系統的可靠性。

前面對市電問題做了較詳細的分析，市電失壓問題取決于外界電網的可靠性問題，在這一方面不可能有更多的企求。而是在內在的因素——柴油發電機組。

在可靠性保證體系中，除了抓住薄弱環節之外，對于其他的次級事件和基本事件也不能忽視。圖2的故障樹，影響柴油發電機組不能發電和供電的有：開關不能自投、發電機不出電、柴油機不能起動。柴油機不能起動則是：冷卻水、潤滑劑和電池。而蓄電池失效又是：接線氧化、硫酸液液面低于電極極面、充電機失效。這三個基本事件是蓄電池維護中常見的問題。針對這些問題，應采取必要的防患措施。

綜合性的預防措施包括建立健全各種規章制度，安全操作規程，定期維護保養制度。這就要求半個月啟動一次柴油機，啟動之前先檢查潤滑油的油位，水箱里冷卻水的液位。蓄電池是不是失效，充電機的工作狀態如何。硫酸液不足的要補充，蓄電池接線柱與導線的聯接處是不是有氧化，如果氧化，應及時把氧化物清除干凈。然后涂上凡士林，再鎖緊。這樣保證接觸良好。預防維修搞好了，就會使柴油發電機組處于良好的技術狀態，隨時都可以啟動發電，保證候機樓用電需求。

圖2故障樹所涉及到的事件是系統可靠性的一部分。系統的可靠性還包括了眾多的電器元件。經統計，T3樓低壓電力系統的電器元件有：斷路器4 P 1548只、3 P 368只、2 P 168只、1 P 4 788只。交流接觸器4 P 722只、3 P 565只。熔斷器2 476只。轉換開關1 503只。中間繼電器3 294只以及時間繼電器、電壓繼電器、熱繼電器等共1.5萬只左右。在可靠技術中，系統的可靠性與電器元件數量、運行時間有關。對機場的候機樓，一年365 d都有航班，都要運行，沒有系統的檢修時間，這對系統的可靠性的壓力增大了。這只能靠日常的預防性的維修了，這是提高系統可靠性的有效途徑。

參考文獻：

[1] 鄧立華，陳星鶯.配電系統可靠性分析綜述[J].電力自動化設備，2004（4）.

[2] 魏選平，卞樹檀.故障樹分析法及其應用[J].電子產品可靠性與環境試驗，2004（5）.