楊遠(yuǎn)棟

(深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，深圳518029)

0 引言

行李隧道是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星廳登機(jī)旅客行李輸送的地下區(qū)間結(jié)構(gòu)，本項(xiàng)目行李隧道(平面示意圖參見圖1)起始于T3 航站樓，途經(jīng)衛(wèi)星廳，設(shè)計(jì)終點(diǎn)位于T4 航站樓，通道全長(zhǎng)2 615m， 本工程供配電系統(tǒng)具有涉及專業(yè)多、負(fù)荷大且負(fù)荷等級(jí)高、供電距離長(zhǎng)等特點(diǎn)，較為復(fù)雜，故本文從工程實(shí)際出發(fā)，介紹本工程供配電方案設(shè)計(jì)內(nèi)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(jī)電及系統(tǒng)專業(yè)構(gòu)成

行李隧道作為一個(gè)完全封閉的環(huán)境，除了傳統(tǒng)隧道工程基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)外，其還需具有行李分揀及傳送功能。 本機(jī)場(chǎng)T3 航站樓至衛(wèi)星廳進(jìn)、出港行李系統(tǒng)采用通過ICS 智能小車高速輸送方式，能夠應(yīng)對(duì)高峰小時(shí)行李輸送量超過2 000 件的場(chǎng)景，為滿足其功能需求并提供一個(gè)相對(duì)安全良好運(yùn)營(yíng)環(huán)境，該工程配備的各專業(yè)設(shè)備種類繁多，對(duì)電壓質(zhì)量要求較高。

1.2 設(shè)計(jì)原則

在行李隧道供配電方案設(shè)計(jì)中，需體現(xiàn)節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的理念，從變電所到設(shè)備每一環(huán)節(jié)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(wěn)定和斷路器靈敏度校驗(yàn)前提下，設(shè)計(jì)需考慮降低建設(shè)投資，節(jié)約運(yùn)行成本，減少維護(hù)維修費(fèi)用。

2 行李隧道供配電系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 供配電方式

傳統(tǒng)中長(zhǎng)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(jìn)洞再經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)低壓供電方式。

根據(jù)電纜電壓壓降計(jì)算公式△U ＝(P×L)/(A×S)，線路負(fù)荷P 一定的情況下，隨著輸送距離L 增加，在不改變導(dǎo)體材質(zhì)的條件下，為保證末端電壓降滿足設(shè)備要求，必須增大線纜截面。 這就造成中長(zhǎng)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(nèi)重新選址建變配電所，土建成本和高低壓設(shè)備成本仍較高，而且選址方案、施工工期和施工風(fēng)險(xiǎn)都存在較大不確定性。

在中長(zhǎng)隧道用電安全方面，由于電機(jī)轉(zhuǎn)矩和末端電壓平方成正比，長(zhǎng)距離配電致使設(shè)備末端電壓低，會(huì)讓電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩下降，而負(fù)載轉(zhuǎn)矩沒有變化，這就使得輸出轉(zhuǎn)矩低于負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 參考轉(zhuǎn)矩特性曲線可知，此時(shí)轉(zhuǎn)速會(huì)降低，同時(shí)電機(jī)電流增高，會(huì)造成電機(jī)發(fā)熱甚至燒毀。

此外，斷路器短路靈敏度也是一個(gè)需要考慮的安全因素，當(dāng)配電線路過長(zhǎng)時(shí)，其相保阻抗會(huì)較大，這種情況下，發(fā)生單相接地故障時(shí)故障電流較小，一旦短路保護(hù)開關(guān)沒有動(dòng)作，極易造成電纜燒毀。

為解決這些問題，本工程對(duì)低壓配電回路進(jìn)行調(diào)壓補(bǔ)償(補(bǔ)償裝置示意圖見圖2)，在配電線路中間適當(dāng)位置(與電源距離≤500m)裝設(shè)低壓補(bǔ)償裝置對(duì)輸電回路進(jìn)行調(diào)壓補(bǔ)償，確保末端設(shè)備用電質(zhì)量和線路節(jié)能滿足要求。

圖2 行李隧道配電回路應(yīng)用低壓補(bǔ)償裝置示意圖

低壓補(bǔ)償由電壓補(bǔ)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(shù)補(bǔ)償單元、末端數(shù)據(jù)采集反饋等單元組成，實(shí)現(xiàn)提升末端電壓、消除諧振波、無功補(bǔ)償、對(duì)電路遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。

如圖3 所示，為低壓補(bǔ)償裝置系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)原理圖，低壓補(bǔ)償控制系統(tǒng)通過采樣電路獲取線路末端反饋電壓，與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較判斷。 當(dāng)輸入電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)，由低壓補(bǔ)償控制系統(tǒng)輸出控制信號(hào)，控制電壓補(bǔ)償提升單元的電子電路，使補(bǔ)償電路產(chǎn)生極性和大小不同的補(bǔ)償電壓，從而達(dá)到修正補(bǔ)償輸出電壓的目的。 同時(shí)，該裝置能實(shí)現(xiàn)過載、過壓、欠壓、短路等故障顯示和保護(hù)功能，確保穩(wěn)壓器及負(fù)載安全運(yùn)行。

圖3 低壓補(bǔ)償裝置系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)原理圖

2.2 用電負(fù)荷性質(zhì)分類

一級(jí)負(fù)荷:隧道應(yīng)急照明及疏散系統(tǒng)、監(jiān)控設(shè)備、消防風(fēng)機(jī)及其風(fēng)閥、消防泵、通信設(shè)備等；二、三級(jí)負(fù)荷:非消防類送/排煙風(fēng)機(jī)，正常照明、隧道檢修插座，行李傳送系統(tǒng)；其中，放置于供配電平臺(tái)2 和3 處的部分配電箱增設(shè)了低壓補(bǔ)償單元，具體如表1。

增設(shè)低壓補(bǔ)償單元配電箱分布表 表1

2.3 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施

由于本工程隧道內(nèi)設(shè)備較分散，且考慮到行李隧道連接的T3 航站樓和衛(wèi)星廳都設(shè)有單獨(dú)10kV/0.4kV 變電所，從經(jīng)濟(jì)合理方面考慮，行李隧道內(nèi)設(shè)備電源回路分別引自就近T3 航站樓和衛(wèi)星廳低壓開關(guān)柜兩端母線。 為保障運(yùn)營(yíng)人員便于集中管理，行李隧道還設(shè)置有4 處供配電設(shè)備區(qū)(其中)，集中放置各專業(yè)配電箱供相鄰隧道內(nèi)動(dòng)力及照明設(shè)備配電。

對(duì)于一級(jí)負(fù)荷而言，其兩路回路引自T3 航站樓或衛(wèi)星廳變電所兩段不同的低壓母線電源，一用一備，當(dāng)一路電源出現(xiàn)故障時(shí)，末端電源切換箱內(nèi)自動(dòng)切換后保證設(shè)備用電可靠性。

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

2.4 與傳統(tǒng)中長(zhǎng)隧道供電方式比較

對(duì)于中長(zhǎng)隧道供配電系統(tǒng)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(huì)增加很多建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本。 本工程采用的智能低壓補(bǔ)償裝置一套價(jià)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(shí)際使用情況來看，采用低壓補(bǔ)償升壓遠(yuǎn)輸方式，能夠補(bǔ)償提升末端電壓，滿足末端設(shè)備使用要求，通過這種方式不需加大輸電線纜截面或增設(shè)變電所，大大節(jié)省了項(xiàng)目成本。

3 結(jié)束語

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