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(民航機(jī)場規(guī)劃設(shè)計研究總院有限公司西北分公司, 陜西 西安 710075)

0 引 言

民用支線機(jī)場(后簡稱支線機(jī)場)主要指設(shè)計目標(biāo)年旅客吞吐量不大于50萬人次,主要起降短程飛機(jī),直達(dá)航線一般在800～1 500 km的小型機(jī)場。支線機(jī)場雖然規(guī)模較小但數(shù)量眾多,是我國交通運輸體系中的有機(jī)組成部分。隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展,支線機(jī)場的建設(shè)與發(fā)展正得到政府、主管部門、公眾的重視。由于支線機(jī)場有著民航屬性以及自身特點,其供電系統(tǒng)設(shè)計也有著區(qū)別于其他建筑的特點。電氣工程師在進(jìn)行支線機(jī)場供電系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計時需要掌握支線機(jī)場供電系統(tǒng)設(shè)計要點。

1 民用支線機(jī)場概況

支線機(jī)場按照宏觀區(qū)域劃分可分為航站區(qū)和飛行區(qū)。民用支線機(jī)場概況如圖1所示,航站區(qū)主要包括航站樓、交通、服務(wù)等設(shè)施;新疆某支線機(jī)場總平面圖如圖2所示。飛行區(qū)主要包括跑道、滑行道、機(jī)坪等設(shè)施和場地。支線機(jī)場通常只有一條跑道,航站樓初期面積不大于10 000 m2。

2 民用支線機(jī)場供電工程內(nèi)容與特點

支線機(jī)場供電工程指場內(nèi)供電工程,主要包括中心變電站和場區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)。中心變電站是供電工程的核心,主要包括高低壓變配電系統(tǒng);場區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)將電能輸送到各個用電負(fù)荷,主要包括場區(qū)供電線路和導(dǎo)航臺供電。根據(jù)支線機(jī)場行業(yè)屬性以及場區(qū)整體布局,其供電工程主要有以下特點。

(1) 機(jī)場用電負(fù)荷中包含大量一、二級負(fù)荷以及一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷,具體負(fù)荷分級見GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》附錄A[1]。機(jī)場供電的可靠性直接影響導(dǎo)航設(shè)施、助航燈光等重要負(fù)荷的運行,進(jìn)而影響飛行安全。MH/T 5002—2020《運輸機(jī)場總體規(guī)劃規(guī)范》規(guī)定機(jī)場供電等級應(yīng)按一級負(fù)荷規(guī)劃[2]。所以,支線機(jī)場負(fù)荷等級高,供電可靠性要求高。

(2) 支線機(jī)場用電負(fù)荷除了各單體建筑外還包括導(dǎo)航臺站、助航燈光系統(tǒng)、站坪照明及機(jī)務(wù)用電,部分機(jī)場還有飛機(jī)橋載空調(diào)、400 Hz靜變電源、停車場充電樁、圍界安防等負(fù)荷。支線機(jī)場場區(qū)范圍較大,中心變電站距離各單體建筑及飛行區(qū)內(nèi)用電負(fù)荷均有一定距離。所以,支線機(jī)場負(fù)荷種類較多且分布相對分散。

(3) 支線機(jī)場燈光變電站主要為助航燈光系統(tǒng)提供電源,考慮支線機(jī)場燈光系統(tǒng)負(fù)荷不大且距離跑道較近,通常將燈光變電站與中心變電站合建。此外,對于距離中心變電站特別遠(yuǎn)的小容量負(fù)荷或距離中心變電站較遠(yuǎn)的大容量負(fù)荷,通常設(shè)置小型變電站或箱變?yōu)槠涔╇姟Ｋ?支線機(jī)場中心變電站與燈光變電站合建,除中心變電站外還分布若干小型變電站。

3 民用支線機(jī)場中心變電站設(shè)計要點分析

由于支線機(jī)場負(fù)荷等級高,其中心變電站應(yīng)由兩路穩(wěn)定可靠的電源供電,常見的供電電壓等級為10 kV或35 kV。若上級變電站距離機(jī)場不遠(yuǎn)且機(jī)場總體負(fù)荷不大,采用兩路10 kV電源供電即可;若上級變電站距離機(jī)場較遠(yuǎn)或機(jī)場總體負(fù)荷較大(如采用電鍋爐采暖),則采用兩路35 kV電源供電。

機(jī)場10 kV中心變電站主要包括10 kV配電室、0.4 kV配電室、油機(jī)間、油桶間、主控室等。機(jī)場35 kV中心變電站在10 kV中心變電站基礎(chǔ)上還包括35 kV配電室、35 kV主變室、消弧線圈室等。由于支線機(jī)場中心變電站與燈光變電站合建,10 kV或35 kV中心變電站還需設(shè)置燈光配電室(調(diào)光柜間)、維修間、測光室、備品間,主控室除變電站綜合自動化系統(tǒng)外還需設(shè)置助航燈光監(jiān)控系統(tǒng)。

由于機(jī)場采用兩路電源供電且負(fù)荷等級較高,35 kV或10 kV中心變電站高壓主接線均采用分段單母線形式;中心變電站低壓接線采用兩臺變壓器加柴油發(fā)電機(jī)組形式[4]。雖然機(jī)場中心變電站與燈光變電站合建,但助航燈光系統(tǒng)接線宜相對獨立,不應(yīng)接入大量其他負(fù)荷造成可靠性降低[3]。

以上述新疆某支線機(jī)場中心變電站為例進(jìn)一步說明。該機(jī)場供熱采用2臺2.4 MW電鍋爐,采暖季總用電負(fù)荷較大,故中心站為35 kV變電站,由兩路35 kV電源供電。站內(nèi)設(shè)置35 kV配電室、35 kV主變室、10/0.4 kV配變電室、調(diào)光柜間、柴油發(fā)電機(jī)房等。35 kV變壓器室設(shè)置兩臺6 300 kVA主變壓器,10/0.4 kV配變電室設(shè)置兩臺1 250 kVA和兩臺315 kVA干式變壓器,其中兩臺315 kVA變壓器為助航燈光配電專用變壓器。柴油發(fā)電機(jī)房設(shè)置兩臺380 V柴油發(fā)電機(jī)組,容量分別為800 kW、360 kW。其中360 kW柴油發(fā)電機(jī)組為助航燈光配電專用,2路市電均失電時,由其承擔(dān)全部助航燈光負(fù)荷;800 kW柴油發(fā)電機(jī)組在2路市電均失電時,為機(jī)場其他一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷供電。新疆某支線機(jī)場中心變電站高低壓主接線圖如圖3所示。

圖3 新疆某支線機(jī)場中心變電站高低壓主接線圖

由圖3可知,本案例中電鍋爐由兩臺主變降壓后供電,主變?nèi)萘恳螂婂仩t而選擇較大,在非采暖季主變負(fù)載率較低,變壓器運行不經(jīng)濟(jì),但該供電方式可節(jié)約單獨為電鍋爐設(shè)置35 kV變配電設(shè)備的費用。在設(shè)計中,電鍋爐也可以考慮直接由35 kV母線經(jīng)電鍋爐專用變壓器供電,該方案較案例中的供電方案需增加35 kV出線間隔,以及35 kV變配電設(shè)備等,初期投資較大。但該方案可以降低主變?nèi)萘?提高主變壓器負(fù)載率,節(jié)約運行費用,便于對電鍋爐單獨運維。此外,只要做好土建、出線間隔等預(yù)留,后期隨著機(jī)場發(fā)展增設(shè)電鍋爐也很方便。對于上述2種方案,具體采用采用哪一種,應(yīng)結(jié)合項目具體情況進(jìn)行方案比選確定。

綜上,支線機(jī)場中心變電站設(shè)計要點主要有:

(1) 根據(jù)機(jī)場負(fù)荷大小及與上級變電站距離合理確定供電電壓等級;

(2) 中心變電站建筑平面布局應(yīng)結(jié)合供電電壓等級、機(jī)場整體供電方案及燈光變電站使用需求統(tǒng)一考慮確定;

(3) 支線機(jī)場電氣主接線相對固定,一般高壓主接線采用分段單母線,低壓采用兩臺變壓器加柴油發(fā)電機(jī)組形式,助航燈光供電系統(tǒng)獨立設(shè)置;

(4) 對于有大容量電鍋爐的機(jī)場,應(yīng)通過綜合比選確定電鍋爐供電方案。

4 民用支線機(jī)場供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計要點分析

支線機(jī)場供電網(wǎng)絡(luò)主要功能是輸送電能?？紤]支線機(jī)場負(fù)荷種類較多且分布分散,根據(jù)中心變電站到各個用電單位距離以及各用電單位的負(fù)荷大小,支線機(jī)場供電網(wǎng)絡(luò)一般由0.38 kV和10 kV供電線路組成。

在進(jìn)行供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時,應(yīng)統(tǒng)籌考慮機(jī)場全部用電負(fù)荷的大小及分布情況,根據(jù)項目具體情況靈活確定哪些負(fù)荷采用0.38 kV供電,哪些負(fù)荷需要設(shè)置變電站由10 kV供電。一般情況下,對距離中心變電站較近且負(fù)荷不是很大的各單體建筑一般采用0.38 kV線路供電,對距離中心變電站較遠(yuǎn)或者負(fù)荷很大的用電單位則需要設(shè)置變電站由10 kV供電。

由于中心變電站距各單體建筑一般在幾十至幾百米不等,各單體建筑用電負(fù)荷大小一般在幾十至幾百千瓦之間,采用0.38 kV線路供電時,除了要滿足開關(guān)與電纜載流量配合要求外,還需要根據(jù)電纜長度和所供負(fù)荷大小校驗壓降是否滿足要求。此外,由于供電電纜較長,線路末端短路電流較小,設(shè)計時還需保證線路末端最小接地故障電流不小于斷路器瞬時過電流脫扣器整定電流的1.3倍,既校驗開關(guān)的靈敏度[4]。在設(shè)計時建議先通過電纜載流量和壓降要求確定電纜截面,再通過調(diào)節(jié)斷路器瞬時過電流脫扣器整定電流來滿足開關(guān)靈敏度要求,這樣可以在滿足供電要求的前提下實現(xiàn)電纜截面選擇最小,節(jié)約投資。

機(jī)場導(dǎo)航臺位于跑道兩端頭附近,距離中心變電站很遠(yuǎn),故支線機(jī)場一般都會在飛行區(qū)兩端頭各設(shè)置一座導(dǎo)航臺變電站,參見圖2。支線機(jī)場除導(dǎo)航臺變電站外,可能還有其他變電站,如電鍋爐變電站、航站樓變電站、制氧機(jī)房變電站、停車場充電樁箱變等。這些變電站的設(shè)置應(yīng)靈活合理,兼顧機(jī)場近期與遠(yuǎn)期發(fā)展。由于采用10 kV線路供電,在電纜選擇時應(yīng)校驗10 kV電纜的載流量、壓降、熱穩(wěn)定。

以新疆某支線機(jī)場供電網(wǎng)絡(luò)為例,機(jī)場供電線路主要采用放射式敷設(shè)。航站區(qū)及飛行區(qū)內(nèi)除鍋爐房外的其他單體建筑由于距離中心變電站較近且負(fù)荷大小適當(dāng),采用0.38 kV線路供電,電纜采用YJV22-0.6/1 kV電纜;鍋爐房負(fù)荷過大、東西導(dǎo)航臺距離中心變電站太遠(yuǎn)故設(shè)置電鍋爐變電站和東、西導(dǎo)航臺變電站,均采用10 kV線路供電,電纜采用YJV22-8.7/15 kV電纜。場區(qū)供電線路從中心變電站引出后,沿電纜溝或綜合管溝敷設(shè),出管溝后直埋敷設(shè),電纜進(jìn)出電纜溝和建筑物、穿過道路、管溝或硬化區(qū)時穿鍍鋅鋼管保護(hù)。助航燈光變電站與中心變電站合建,其10 kV供電電纜采用ZR-YJV-8.7/15 kV電纜沿中心變電站電纜溝敷設(shè)至助航燈光專用變壓器,該部分一般不計入機(jī)場供電網(wǎng)絡(luò),而計入中心變電站設(shè)計。新疆某支線機(jī)場供電網(wǎng)絡(luò)圖如圖4所示。

支線機(jī)場供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計要點主要有:

(1) 根據(jù)機(jī)場負(fù)荷的大小及分布情況確定各個負(fù)荷的供電電壓等級;

(2) 0.38 kV線路應(yīng)校驗電纜的載流量、壓降及開關(guān)靈敏度,在滿足以上要求的前提下電纜截面選擇應(yīng)兼顧經(jīng)濟(jì)性;

(3) 中心變電站以外的其他變電站設(shè)置應(yīng)靈活合理,10 kV電纜應(yīng)校驗載流量、壓降、熱穩(wěn)定。

5 結(jié) 語

本文先介紹了支線機(jī)場的整體概況以及支線機(jī)場供電工程的內(nèi)容與特點,針對支線機(jī)場供電工程的特點,以新疆某支線機(jī)場供電工程為案例,分析和總結(jié)了中心變電站和機(jī)場供電網(wǎng)絡(luò)兩部分的設(shè)計要點。