大型航站樓負荷分析及供電措施

張雅維， 馬霄鵬

(中國建筑設計研究院有限公司，北京 100044)

0 前言

隨著民航業的發展，機場航空業務量快速增長，國內部分城市陸續出現較大規模的機場擴建或新建項目。在新建的大型機場項目中，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，滿足現代社會出行快捷換乘、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。為了滿足機場日常運營及突發情況處置的需求，安全、可靠、方便運營管理的供電系統設計顯得尤為重要。本文即結合某大型航站樓項目，對用電負荷及供電措施進行了分析總結，以供同行參考。

1 項目概況

某機場規劃占地面積約14km2，飛行區等級為4F級，跑道長度3 600m。近期規劃目標將建設兩條遠距平行跑道，設計年旅客吞吐量為4 500萬人次，年貨郵吞吐量70～80萬t，年飛機起降量37萬架次。遠期規劃目標將擁有4條平行跑道，設計年旅客吞吐量為7 000萬人次，年貨郵吞吐量為160 ～200萬t，年飛機起降量55萬架次。

機場航站樓是一座集國內旅客、國際旅客需求為一體，包含出發、到達、中轉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個指廊，為一類高層建筑。

2 航站樓負荷分析

機場航站樓具有空間高大、人員密集、工藝設備供電可靠性要求高、配套商業多、廣告多等特點。所以，供電可靠、靈活、安全舒適、綠色節能是貫穿整個設計的核心思想。

2.1 負荷類型及設計界面劃分

航站樓內主要負荷包括照明負荷、弱電機房負荷、空調負荷、動力負荷、航站樓工藝負荷、充電樁等，具體負荷分類如表1所示。

機場項目由航站樓、飛行區、GTC及配套等組成，但飛行區設計不在此次設計范圍內，由民航設計院完成飛行區設計工作。其中機坪機務用電、機坪高桿照明(含障礙燈)、泊位引導標識、400Hz及PCA用電等系統由民航設計院提出電源與管理需求，登機橋活動端應由指揮部招標的承包商提供電源需求，電源引至登機橋固定端附近配電間，以配電間內配電柜做為設計分界點；行李系統由專項設計單位設計完成，根據行李系統需求提供400V低壓電源和備用柴油機電源，以行李專用配電室為設計分界點。

航站樓內負荷分類 表1

2.2 負荷分級

根據JGJ 243-2011《交通建筑電氣設計規范》相關條文的規定，航站樓內各類負荷的負荷等級劃分如下。

一級負荷中重要負荷：安防等防災用電設備、信息及弱電系統、功能中心機房(AOC、TOC、ROC)、各弱電機房(PCR、DCR、SCR)、安檢的檢查設備、航班預報設備(航班信息顯示及時鐘系統)、VIP/CIP照明用電、泊位引導標識、海關大廳、行李大廳、值機大廳、出站大廳、候機廳的部分照明負荷(50%)、機坪高桿照明、行李分檢控制室、部分行李設備、變配電室用電源、值機設備、各聯檢單位(海關、檢疫、公安等)配套設備、航空障礙照明、排水裝置、旅客用電梯(直梯)、應急疏散照明、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、穩壓泵)、消防風機(排煙風機、補風機)、電動排煙窗、防火卷簾、消防電梯。

一級負荷：值機及候機廳、行李提取大廳、卸貨區、主要通道等航站樓中的公共區域照明、航站樓的送排風系統、橋載空調、橋載400Hz電源、機坪機務用電、行李分檢系統、室外主要通道照明、大型商業的營業廳備用照明。

二級負荷：扶梯/步梯、廚房、出租商業、空調設備、裝飾照明、直飲水設備。

三級負荷：室內(外)電動遮陽簾、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

(1)110kV電源分別由兩座220kV變電站引來。

(2)機場近期擬設置一處110kV變電站，位于機場西側滑路，接近航站區一側，負責用地東北側的航站區、飛行區等用房的供電，近期3臺50MVA變壓器，遠期3臺63MVA變壓器；西南側的航食、航空公司基地、貨運等由紅線外規劃的110kV變電站供電；在空側預留一處建設110kV變電站的條件。

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

3.2 不同等級負荷的供電措施

(1)一級負荷中特別重要負荷采用雙路電源末端互投，雙路電源來自兩臺變壓器不同母線段，其中一個母線段為應急母線段，由柴油機做后備電源，其供電電源的切換時間，滿足設備允許中斷的要求(部分負荷配置UPS)。

(2)一級負荷在適當位置互投或采用單獨供電回路放射式供電，當其供電母線失電后通過母聯開關確保該負荷的供電。

(3)二級負荷所在的母線失電后，通過分勵脫扣器先切除二級負荷，待母聯開關合閘后，逐步恢復二級負荷的供電。

(4)當一段母線失電后，切除三級負荷，確保二級以上負荷的供電。

3.3 機場開閉站及變配電室設置

3.3.1 10kV開閉站

根據機場規劃的陸側、空側、保安限制區、GTC、車庫、酒店、辦公區域劃分，分別設置6處10kV開閉站，便于后期運維管理，盡量減少維護人員穿梭保安限制區域。其中航站樓內設置4處開閉站KB1～KB4，分別位于臨近中央區的四個方向，并與指廊始端相接，開閉站位置如圖1所示。

圖1 機場開閉站位置示意圖

3.3.2 變配電室

變配電室宜設置在靠近負荷中心的位置。考慮到線路電壓損失對電能質量的影響，本項目將每個變配電室的供電半徑控制為200～250m。結合建筑平面分布，航站樓共設置12個變配電室，分別位于中央區(A區)和指廊(B、C、D、E區)。其中臨近中央區的4個變配電室分別與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、信號屏等)，設置值班室，值班室內設置模擬顯示屏。 貼建辦公設置2個變配電室。航站樓變配電室位置如圖2所示。遠機位因遠離航站樓范圍，單獨從就近開閉站引出10kV高壓電源，就地設置箱式變壓器，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 自備應急電源設置

(1)柴油發電機：為滿足一級負荷中重要負荷和消防負荷的供電要求，本工程航站樓共設置10處柴油發電機房，分別位于中央區和指廊。

(2)不間斷電源：為保證網絡設備、重要的弱電設備在市電停電或意外中斷時不間斷供電，設置UPS電源機房。機房相對集中放置，并與變配電室毗鄰。

(3)備用應急照明電源：為保證需要繼續工作的備用照明回路在市電停電或中斷時不間斷供電，相對集中設置應急電源(EPS)。在市電停電后，保證備用照明負荷持續供電時間≥90min，EPS電源轉換時間≤0.5s。

3.5 供電靈活性與綠色節能

機場建筑中，重要用電負荷集中在航站樓主樓、GTC及配套建筑，因此在變壓器的設置上，按商業、工業、照明、動力等負荷性質分類，便于過渡季節變壓器的投切；低壓柜中預留一定數量的備用斷路器，方便后期發展配電回路的增加，同時也可作為斷路器故障時的備用裝置，減少停電時間。在配電干線上，根據負荷分布情況并結合后期發展，采用放射式配電、二次配電、樹干式配電多種方式，特別針對消防設備、照明設備、動力設備按平面分區設置二次配電箱，為既有設備增容、靈活適應新增設備創造條件。在配電箱內，尤其是大廳、商業、室外照明等配電箱中預留配電回路，便于后期增加設備。在機房豎井內預留設備及安裝空間，便于后期系統、末端點位的增加。

在綠色節能方面，根據負荷容量、供電距離及分布、用電設備特點等因素合理設置變電所、配電間位置，節省線纜，降低線路損耗。設備的布置、橋架的敷設便于維修、改造，滿足運營管理的需求，降低后期維護成本。

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或者少數幾個點，而用電負荷一般散布在不同的地點，如何才能更好地將集中的電能分配給分散的負荷，就產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荷，負荷間的相互影響小，電能質量較高。

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多，配電設備投資大、占用空間大、有色金屬消耗量較大。但樹干式配電的優、缺點與放射式配電正好相反。

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

若該回路負荷均改為放射式配電，則低壓柜需要增加3個出線開關和3組電纜。1ALA2-1/5kW配電箱負荷僅有5kW，計算電流僅有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柜，低壓柜出線處短路電流Ik約為35kA，電纜應能承受預期的短路電流。根據熱穩定校驗計算，電纜截面積應≥25mm2。可見，小功率負荷采用放射式供電會造成開關設備、低壓柜出線電纜的增加，且因為電纜還需要滿足熱穩定校驗的要求，會進一步放大電纜截面。因此，這里采用樹干式配電更為合理。

WPM245回路(圖4)為到達大廳空調配電箱1ACA2-2供電，功率為48kW。不同區域內空調設備相對分散，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，對于負荷功率大、負荷等級高的負荷，宜采用放射式供電。而對于負荷等級不高或小功率用電設備采用樹干式配電更為合適。

5 結束語