大型機場供電系統網絡規劃及節能分析

任緒秋 / 朱愛玉(上海民航新時代機場設計研究院有限公司， 廣東 廣州 510405)

引言

近年來，隨著我國社會經濟的快速發展，民航業也得到了較快的發展，我國也正在由民航大國逐漸發展成為民航強國。伴隨著機場航空業務量的快速增長，國內部分中型機場也在向大型機場轉變。為滿足機場增長的需要，大部分機場將迎來較大規模的擴建或新建，而整個機場的供電系統將重新進行合理規劃。供電系統的規劃既要滿足機場發展的需求，而又不能因設備空載造成設備和能源的浪費。因此，做好機場的供電系統規劃顯得至關重要。

1 機場負荷分析及變電總降壓站110/10kV主變容量確定

機場用電負荷種類較多，目前一般大型機場，均需要建設110kV/10kV降壓站。根據用電負荷的重要性，機場用電負荷按《民用機場建筑電氣設計規范》(JGJ 16-2008)規定分為三級。其中導航、通信、航空管制、助航燈光系統、各臺站、邊防海關的安全檢查等用電屬于一級負荷中的重要負荷；航站樓、機場賓館、站坪照明及機務用電屬于一級負荷。機場其他用電負荷屬于二級負荷。

機場用電負荷的計算方法有需要系數法、利用系數法、二項式法、單位面積功率法和單位指標法。但在前期工作中，通常采用單位指標法和需要系數法相結合的方式進行負荷統計。

除表1中負荷外，機場供水站、污水處理站等用電負荷需根據不同機場工藝需求的不同，按工藝專業提供的負荷計列。

按照表1用電指標計算出機場的總負荷，再按照功率因數0.9，需要系數0.4～0.6，計算出機場總的計算負荷。根據總計算負荷，確定總降壓站110/10kV主變容量。

機場負荷非常重要，所有的負荷均為二級以上負荷，因此兩臺變壓器正常運行時，變壓器分列運行，互為熱備份；一臺變壓器故障時，另一臺變壓器需帶上機場全部負荷運行。因此110/10kV主變容量的確定需考慮機場全部的負荷。變壓器負荷率按≤50%設置，位置應盡量位于機場負荷中心位置。

2 機場10kV開閉站和10kV供電網絡規劃

機場10KV開閉站通常按區域及用電性質進行劃分。各單體建筑變電所上級電源通常引自就近開閉站，例如工作區開閉站、航站樓開閉站、設備中心開閉站、航空公司基地開閉站等。對于負荷等級為一級負荷中重要負荷的變電所，例如燈光變電站、航管樓變電站、空管管制樓(空管小區)變電站，上級10KV電源需考慮從機場110kV總降壓站出線提供。考慮到電力電纜線損的經濟性及用電可靠性，10kV供電半徑≤12km，單回10kV進線的用電負荷≤8 000kVA。

表1 機場負荷分析表

表2 某機場工作區開閉所所帶負荷表

2.1 工作區開閉站

根據機場總平面規劃，機場工作區一般集中一塊用地區域進行規劃，根據以往經驗，大型機場工作區開閉站建設1～2個開閉站。表2數據為某機場工作區的一個開閉站所帶負荷及變壓器配接情況。該開閉所總用電負荷為7 575kW，取同時系數為0.6，計算負荷為4 545kW。以放射式供電方式向下屬7個10/0.4kV變電所供電。

2.2 航站樓開閉站

航站樓用電是機場主要用電場所，因此需要準確計算航站樓用電負荷，確定航站樓變壓器安裝容量。通常大型航站樓與航站樓制冷站(航站樓設備中心)分開建設。航站樓制冷站為航站樓提供制冷負荷。航站樓總用電負荷由樓內用電負荷及航站樓制冷站用電負荷組成。航站樓制冷站用電負荷約占到整個航站樓用電負荷的1/3，其他負荷約占整個航站樓用電負荷的2/3。

航站樓內開閉站用電負荷主要為照明、插座、空調風機、商業用電、站坪用電及設備動力等。航站樓前期工作階段或方案階段，其用電指標、功率因數、需要系數可按照按表3進行選取。

需要注意的是，航站樓內變電站負荷通常需要一并考慮站坪用電設備的容量，站坪用電設備包括登機橋、站坪高桿照明、機務配電箱，飛機400Hz電源和橋載空調等設備。

高桿照明設備根據實際負荷的需求進行統計。其余負荷需要根據飛機機型的不同而配置不同設備進行負荷分析統計。

1)根據機位類型，確定飛機專用用電設備選型，詳見表4。

2)根據設備類型，確定用電設備的需要系數及功率因數，詳見表5。

根據上述負荷分析計算，單回10kV進線用電負荷按不超過8 000kVA進行設置，規劃航站樓樓內開閉站的設置。

根據經驗值，大型航站樓8～12萬m2設置一個開閉站，需兩回10kV進線。大型機場航站樓用電為一級負荷。因此各開閉站必須保障兩回獨立電源進線。要求一路10kV進線停電時，相應的另一路10kV進線帶起全部負荷運行。

表3 用電指標、功率因數、需要系數參照表

表4 飛機專用用電設備型號對照表

表5 用電設備的需要系數及功率因數參照表

表6 設備需要系數及功率因數表

2.3 航站樓制冷站開閉站

根據交通建筑規范要求，交通建筑應根據空調用冷水機組的容量以及地區供電條件，合理確定機組的額定電壓和用電單位的供電電壓，并應考慮大容量電動機啟動時對電源母線壓降的影響。由低壓電源供電的單臺電制冷冷水機組的電功率不宜超過550kW。大型機場新建航站樓較多選擇10kV冷水機組供電。制冷設備具體選型由工藝專業確定。設備需要系數及功率因數可根據表6進行選型。

大型機場航站樓空調用電為二級負荷。根據經驗值，方案階段制冷站用電負荷估算可按照航站樓單位面積指標法40W/m2進行估算。按照此估算辦法規劃開閉站的設置。

2.4 航空公司開閉站

大型機場通常有多家航空公司駐場，根據各航空公司用地規劃及各航空公司用電需求合理規劃開閉站。在此就不一一詳述。機場110kV/10kV降壓站做好負荷預留。

2.5 燈光變電站

機場助航燈光用電屬于一級負荷中特別重要負荷。因此變電站10kV進線直接由機場110kV總降壓站出線提供。而非從就近的開閉站引接10kV電源。大型機場的各燈光站的用電負荷一般為300kW～600kW,因此變壓器裝機容量約為500kVA～1 000kVA。

2.6 航管樓變電站及空管小區變電站

機場通信導航設施用電屬于一級負荷中的重要負荷。變電所上級10kV進線直接由機場110kV總降壓站出線提供。根據以往經驗，航管樓及空管小區變電站變壓器裝機容量為800～1 250kVA。

3 節能措施與節能分析

按照國家發改委的要求，大型機場需要專業單位編制機場節能報告書，該報告書對機場所有用能建筑有耗能指標值的評定。各用能單位需嚴格按上述能耗指標評定值去嚴格執行。下面闡述一些節能相關措施及節能分析。

1)采用節能型用電設備，改擴建大型機場，需更新用電設備，推廣節能新產品，提高設備運行效率。機場主要耗能設備主要有冷水機組、水泵、鍋爐、變壓器等設備。需采用節能新產品，符合相關國標能效限定值及節能評價值。例如變壓器SCB11-1 000kVA與SCB10-1 000kVA做比較，根據同一廠家品牌提供變壓器參數。按負載率60%計算，SCB11-1 000kVA損耗功率為4.20kW, SCB10-1 000kVA損耗功率為4.72kW。若采用11系列的變壓器，年耗電量將節省4 555kWh。

2)合理選擇機場總降壓站110/10kV主變變壓器容量，總降壓站盡量位于機場負荷中心。下級開閉站的布置在滿足供電半徑的條件下，應位于各建筑單體的供電負荷中心。

3)對于總降壓站在10kV側設置補償裝置，在下屬變電所低壓側設置補償裝置，對于大功率、且經常使用的用電設備采用就地補償。

4)對于UPS電源、管制通信導航設備、助航燈光調光器、航班顯示設備、飛機用400Hz中頻電源等設備都會產生諧波源，因此需要設置有源、無源等濾波裝置。濾掉高次諧波，減少能源損耗，同時避免諧波對電網造成危害。

5)按照綠色照明的要求，照明采用節能燈、高效節能光源和燈具，鎮流器采用優質熒光燈電子鎮流器或帶電容補償的節能型電感鎮流器，其功率因數≥0.95。大面積照明宜采用智能照明控制系統，樓梯間及前室采用紅外人體感應智能開關控制。房間內靠近窗戶的燈具單獨設置開關進行控制；合理地控制照明時間，充分利用自然光。

6)所有供電電纜采用交聯電纜，電纜接頭應質量可靠、接觸電阻低，以使電纜熱損耗減少；電纜敷設的穿線管應留有足夠的散熱空間，電纜橋架電纜的敷設間距必須嚴格按照國家的規范執行，避免過密，以保持足夠的散熱空間。

7)航站樓樓控系統中對于水泵、風機等應采用變頻器進行控制，采用節能控制方案。

8)機場有較大的廣場，其路燈是一個耗電大戶，由于路燈的低壓輸電線路長，不僅路燈耗電，輸電線路上的耗電也很大。風光互補照明系統是解決道路照明的一種理想的供電系統。一次性投入建設風光互補路燈，即可一勞永逸地利用取之不盡用之不竭的風能與太陽能提供穩定可靠的照明，有明顯的經濟效益。

9)大型機場其助航燈光系統用電較大，應采取必要的節能措施。對滑行道燈光系統在直線段設置無源反光棒替代有源傳統光源；不適用地區燈，采用太陽能燈，光源選用LED光源；除此之外，助航燈光系統光源應大量采用LED光源。

10)停靠登機廊橋的飛機應以橋載設備替代飛機APU運行，根據統計資料計算，該項措施可使飛機節能率高達80%。國內各大機場目前正在進行該項節能措施的改造，更新改造橋載設備。

4 結束語

當前我國民航業飛速發展，供電網絡規劃顯得極為重要，準確計算機場用電負荷，合理選擇總降壓站變壓器容量對機場可持續發展有著重要的意義。在規劃供電網絡的同時，我們也要考慮一定的節能措施，節省國家資源，實現低碳環保，達到綠色機場的要求。

[1]中國建筑東北設計研究院.JGJ 16-2008民用建筑電氣設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[2]中國聯合工程公司.GB 50052-2009供配電系統設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2010.

[3]中國建筑科學研究院.GB 50034-2004 建筑照明設計標準[S].北京：中國建筑工業出版社，2004.

[4]中華人民共和國機械工業部.GB 50053-94 10kV及以下變配電所設計規范[S].北京：中國計劃出版社，1994.

[5]現代設計集團華東建筑設計研究院有限公司.JGJ 243-2011 交通建筑電氣設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社，2011.

[6]建設部工程質量安全監督與行業發展司.全國民用建筑工程設計技術措施 節能專篇(2007)[S]北京：中國計劃出版社，2007.

[7]湖南省建筑電氣設計情報網.民用建筑電氣設計手冊(第二版)[M].北京:中國建筑工業出版社,2007.