某機場行李隧道供配電系統設計與實施

楊遠棟

(深圳市市政設計研究院有限公司，深圳518029)

0 引言

行李隧道是實現衛星廳登機旅客行李輸送的地下區間結構，本項目行李隧道(平面示意圖參見圖1)起始于T3 航站樓，途經衛星廳，設計終點位于T4 航站樓，通道全長2 615m， 本工程供配電系統具有涉及專業多、負荷大且負荷等級高、供電距離長等特點，較為復雜，故本文從工程實際出發，介紹本工程供配電方案設計內容，以供參考。

圖1 行李隧道平面示意圖

1 行李隧道供配電需求分析

1.1 機電及系統專業構成

行李隧道作為一個完全封閉的環境，除了傳統隧道工程基礎設施系統外，其還需具有行李分揀及傳送功能。 本機場T3 航站樓至衛星廳進、出港行李系統采用通過ICS 智能小車高速輸送方式，能夠應對高峰小時行李輸送量超過2 000 件的場景，為滿足其功能需求并提供一個相對安全良好運營環境，該工程配備的各專業設備種類繁多，對電壓質量要求較高。

1.2 設計原則

在行李隧道供配電方案設計中，需體現節能減排、可持續發展的理念，從變電所到設備每一環節都需考慮提高配電效率，減小損耗。 在滿足線路載流量、電壓損失、熱穩定和斷路器靈敏度校驗前提下，設計需考慮降低建設投資，節約運行成本，減少維護維修費用。

2 行李隧道供配電系統方案設計

2.1 供配電方式

傳統中長隧道供電方式一般有兩種:一種是低壓供電方式；另一種是采用20kV 或10kV 中壓進洞再經變壓器轉低壓供電方式。

根據電纜電壓壓降計算公式△U ＝(P×L)/(A×S)，線路負荷P 一定的情況下，隨著輸送距離L 增加，在不改變導體材質的條件下，為保證末端電壓降滿足設備要求，必須增大線纜截面。 這就造成中長隧道低壓供電方式電纜成本高、傳輸過程損耗大的問題。 而高壓供電雖能減少傳輸損耗，但因需在隧道內重新選址建變配電所，土建成本和高低壓設備成本仍較高，而且選址方案、施工工期和施工風險都存在較大不確定性。

在中長隧道用電安全方面，由于電機轉矩和末端電壓平方成正比，長距離配電致使設備末端電壓低，會讓電機輸出轉矩下降，而負載轉矩沒有變化，這就使得輸出轉矩低于負載轉矩。 參考轉矩特性曲線可知，此時轉速會降低，同時電機電流增高，會造成電機發熱甚至燒毀。

此外，斷路器短路靈敏度也是一個需要考慮的安全因素，當配電線路過長時，其相保阻抗會較大，這種情況下，發生單相接地故障時故障電流較小，一旦短路保護開關沒有動作，極易造成電纜燒毀。

為解決這些問題，本工程對低壓配電回路進行調壓補償(補償裝置示意圖見圖2)，在配電線路中間適當位置(與電源距離≤500m)裝設低壓補償裝置對輸電回路進行調壓補償，確保末端設備用電質量和線路節能滿足要求。

圖2 行李隧道配電回路應用低壓補償裝置示意圖

低壓補償由電壓補償提升單元(電壓提升范圍為額定電壓10%)、電力隔離濾波單元、功率因數補償單元、末端數據采集反饋等單元組成，實現提升末端電壓、消除諧振波、無功補償、對電路遠程監控等功能。

如圖3 所示，為低壓補償裝置系統和結構原理圖，低壓補償控制系統通過采樣電路獲取線路末端反饋電壓，與基準電壓進行比較判斷。 當輸入電壓波動或負載變化時，由低壓補償控制系統輸出控制信號，控制電壓補償提升單元的電子電路，使補償電路產生極性和大小不同的補償電壓，從而達到修正補償輸出電壓的目的。 同時，該裝置能實現過載、過壓、欠壓、短路等故障顯示和保護功能，確保穩壓器及負載安全運行。

圖3 低壓補償裝置系統和結構原理圖

2.2 用電負荷性質分類

一級負荷:隧道應急照明及疏散系統、監控設備、消防風機及其風閥、消防泵、通信設備等；二、三級負荷:非消防類送/排煙風機，正常照明、隧道檢修插座，行李傳送系統；其中，放置于供配電平臺2 和3 處的部分配電箱增設了低壓補償單元，具體如表1。

增設低壓補償單元配電箱分布表 表1

2.3 供配電系統設計與實施

由于本工程隧道內設備較分散，且考慮到行李隧道連接的T3 航站樓和衛星廳都設有單獨10kV/0.4kV 變電所，從經濟合理方面考慮，行李隧道內設備電源回路分別引自就近T3 航站樓和衛星廳低壓開關柜兩端母線。 為保障運營人員便于集中管理，行李隧道還設置有4 處供配電設備區(其中)，集中放置各專業配電箱供相鄰隧道內動力及照明設備配電。

對于一級負荷而言，其兩路回路引自T3 航站樓或衛星廳變電所兩段不同的低壓母線電源，一用一備，當一路電源出現故障時，末端電源切換箱內自動切換后保證設備用電可靠性。

在距離T3 航站樓變電所500m 處有一臺22kW的廢水泵，計算電流Ijs為40A，選用4×25＋1×16 交聯聚乙烯絕緣電力電纜，通過查閱19DX101-1《建筑電氣常用數據》表2.1，可知該電纜單位電壓降為0.304%/(A·km)，可計算出該類電纜在500m 處總電壓壓降為40×0.5×0.304%＝6.08%，不滿足設備在重載情況下電壓降允許5%的情形。 于是設計方案在距離變電所300m 處增加一臺60kVA 的電壓補償裝置，將末端電壓由357V 提升至設備額定電壓380V。 同時，為保證末端設備靈敏度，該水泵采用星三角啟動，將斷路器整定值降低為50A，同時采用帶剩余電流保護功能的微型斷路器，在滿足設備安全運行的條件下，降低了投資和維護成本。

2.4 與傳統中長隧道供電方式比較

對于中長隧道供配電系統來說，不論是在隧道中部建變電站方案，還是采用加粗配電電纜方案，都會增加很多建設和運營成本。 本工程采用的智能低壓補償裝置一套價格往往在幾萬左右，而且其安裝方式靈活，大大降低了施工難度。

從本工程實際使用情況來看，采用低壓補償升壓遠輸方式，能夠補償提升末端電壓，滿足末端設備使用要求，通過這種方式不需加大輸電線纜截面或增設變電所，大大節省了項目成本。

3 結束語

本工程在充分考慮項目實際情況下，通過優化隧道供電方案，采用電壓補償、裝設具有剩余電流保護功能的斷路器、在滿足配電和保護功能的前提下降低斷路器瞬時或短延時過電流脫扣器整定值等方式，解決了低壓遠距離傳輸電壓損耗問題，滿足斷路器靈敏度的要求。