秦國經, 韓銀鳳, 王超楠, 鄭 欣

(中國建筑第八工程局有限公司西北分公司 工程設計研究院, 陜西 西安 710082)

0 引 言

以蘭州某國際機場航站樓為例,介紹該項目各電氣系統,結合機場運行和相關規(guī)范要求,分析探討項目投入使用后航站樓10 kV配電系統、10/0.4 kV變配電系統、應急電源系統、動力配電系統、照明配電系統、防雷及接地系統等,更有效地剖析機場航站樓電氣設計中的一些難點,促進方案優(yōu)化,技術創(chuàng)新。

目前機場航站樓電氣設計所遵循的規(guī)范有:GB 51236—2017《民用機場航站樓設計防火規(guī)范》、JGJ 243—2011《交通建筑電氣設計規(guī)范》[1]。

1 工程概況

某航站樓為Ⅰ類航站樓,且為一類高層建筑。航站樓建筑面積接近40萬m2。建筑分類和耐火等級:一類高層建筑。建筑耐火等級:一級。建筑層數:主樓地上主體3層,地下局部2層,A指廊地上4層,B、C、D指廊地上2層。建筑高度:44.75 m(相對于室外標高-0.150 m)。

2 變配電系統

2.1 負荷等級

依據JGJ 243—2011《交通建筑電氣設計規(guī)范》中表3.2.1和GB 51348—2019《民用建筑電氣設計標準》[2]中附錄A和GB 51236—2017《民用機場航站樓設計防火規(guī)范》中第5.0.5條進行分類。本項目按照Ⅰ類航站樓(年旅客吞吐量1 000萬人次及以上)進行設計。其一、二、三級負荷分類如下。

一級負荷主要包括:航站樓中的公共區(qū)域照明、消防設備(含消防控制室內消防控制設備、防火卷簾、防排煙風機、防火閥門、應急照明等)、電梯、送排風系統設備、排污泵、生活水泵、行李處理系統(BHS);航站樓、外航駐機場航站樓辦事處。機場航班信息相關的系統、綜合監(jiān)控系統及其他信息系統;站坪照明、站坪機務;飛行區(qū)內雨水泵站等用電。其中,民用機場內的航空管制、導航、通信、氣象、助航燈光系統設施和臺站用電;邊防、海關的安全檢查設備;航班信息、顯示及時鐘系統;航站樓、外航駐機場辦事處中不允許中斷供電的重要場所用電負荷為一級負荷中特別重要負荷。

二級負荷:航站樓內除一級負荷以外的其他主要用電負荷,包括公共場所空調系統設備、自動扶梯、自動人行道用電等。

三級負荷主要包括:商業(yè)用電、電熱設備、廣告照明、景觀照明及其他不屬于一二級負荷的用電設備。

機場的用電負荷具有以下特點:① 一級負荷所占比重越大,對供電安全可靠性要求就越高,供配電系統的建設成本就越大。② 遠距離供電負荷較多。例如機場飛行區(qū)內的用電負荷主要有助航燈光系統和導航臺站。助航燈光系統的供電回路長度在8～10 km,使用恒流調光器自動調節(jié)輸出電流并穩(wěn)定在所要求的電流值上;而指點標臺和測距儀臺甚至位于跑道延長線,距跑道盡頭還有1.8～2 km,這些都是一級負荷中特別重要的負荷。③ 對電能質量要求較高。機場航空管制、通信、導航、氣象、航班預報、助航燈光等設備由于涉及飛行安全,對電能質量要求較高。另外,UPS、一二次雷達設備、恒流調光器等在工作時會產生諧波電流,導致供電系統電壓電流波形畸變,影響供電質量,增加電氣設備的負荷損耗[3]。

2.2 供配電系統

依據航站樓的負荷性質、容量及建筑形式,本工程在航站樓一層A區(qū)設置4處10 kV變電所,每處10 kV變電所分別由航站區(qū)110/10 kV變電站分別接引2路10 kV電源(每段10 kV主母排分別接引1路),共8路10 kV電源(4組)。每組電源均互為備用,當其中一路電源受損時,另一路電源不致同時受損,以確保一、二級負荷的供電可靠性。同時在航站樓4個指廊設置8處10 kV變電所(每個指廊兩處),該8處10 kV變電所10 kV電源(每處10 kV變電所分別接入2路10 kV電源)均分別由鄰近A區(qū)10 kV變電所引來。

2.3 配變電所

本工程共設置12個10/0.4 kV變電所,4個變電所除負責本區(qū)域的設備(含登機橋、行李系統、站坪照明等設備)供電外,同時負責就近指廊的10 kV電源配電;4個指廊內8個10/0.4 kV變電所(每個指廊內2個10/0.4 kV變電所)負責指廊內及就近登機橋設備、站坪照明等設備的供電。

(1) 依據JGJ 243—2011《交通建筑電氣設計規(guī)范》中第3.4.2條,考慮到大型、重要的公共交通建筑內有大量的一、二級負荷,以及可能會受較多諧波的影響,本項目變壓器負載率控制在60%～75%。

(2) 本項目共設置32臺變壓器,其中2 500 kVA變壓器為28臺,2 000 kVA變壓器為4臺,總裝機容量為78 000 kVA。

2.4 自備應急電源

2.4.1 應急柴油發(fā)電機組

依據JGJ 243—2011《交通建筑電氣設計規(guī)范》中第5.2.1條,Ⅲ類及以上民用機場航站樓應設置應急柴油發(fā)電機組。為保障消防負荷及一級負荷中特別重要負荷的供電,本工程在T3航站樓內設置8套380 V低壓柴油發(fā)電機組。其中,800 kW柴油發(fā)電機組為3套,1 000 kW柴油發(fā)電機組為3套,1 200 kW柴油發(fā)電機組為1套,1 600 kW柴油發(fā)電機組為1套。每組變壓器低壓側設置4段母線,兩段為應急母線,其中一段應急母線為消防負荷專用應急母線,另一段應急母線為非消防負荷專用應急母線;正常工作時,應急母線段電源由市電供電;事故時,應急母線段電源均由柴油發(fā)電機組提供。

2.4.2 UPS電源裝置

消防控制室等的第三路電源采用UPS。當兩路正常電源同時失電時,UPS電源可向機房內的各用電負荷持續(xù)供電。本工程航站樓機房及功能中心系統建設以建筑物為單位,因此,航站樓機房弱電工程以獨立新建模式設計。本系統共有3個部分,分別是:機房工程系統、配電系統和功能中心系統。航站樓弱電機房包含弱電主機房(PCR)、匯聚機房(DCR)、接入機房(SCR)、進線間、弱電UPS機房和登機橋弱電小間,弱電機柜一共629個。配電系統中設置UPS主機一共28臺。航站樓設置一個航站樓運控中心(TOC)。

常規(guī)UPS電源供電對象包括弱電機房機柜內的設備,離港系統自助辦票機、自助托運設備、工作站和閘機,安檢信息系統工作站和閘機,全景監(jiān)控系統攝像機及設備箱,視頻監(jiān)控系統球型攝像機,時鐘系統子鐘,媒體發(fā)布LCD屏和LED屏,服務質量執(zhí)行測量系統LCD屏、控制主機和觸摸屏,航顯系統LCD屏、行李輸入鍵盤和一體機。廣播UPS電源供電對象包括公共廣播系統功放、陣列、廣播室呼叫站和工作站。

UPS-PCR設置配電柜,采用2N的方式,后備電池時間為30 min,供電對象為弱電主機房機柜內弱電設備。常規(guī)UPS采用N+1的方式,后備電池時間為15 min,供電對象為弱電匯聚機房、接入機房機柜內弱電設備和前端設備。廣播UPS采用N+1的方式,后備電池時間為3 h,供電對象為各匯聚機房中的廣播機柜和廣播系統前端線陣列。在UPS-TOC設備間設UPS配電柜(箱)1組,UPS采用N+1的方式,后備電池時間為120 min,供電對象為航站樓運控中心中弱電設備。

2.5 低壓配電系統

低壓配電系統原則如下:① 一級負荷電源由變壓器的兩段母排引來,并在設備配電末端設置雙電源自動切換裝置,當兩個電源中的一個電源發(fā)生故障時,另一個電源不應同時受到損壞。② 重要的二級負荷電源由變壓器的兩段母排引來,并在設備配電末端設置雙電源自動切換裝置;其他二級負荷電源由變壓器一段母線饋出專用的單回電源線路至設備的電源箱。③ 三級負荷電源由一路電源供電,當供電系統為非正常運行方式時,允許將其切除。

依據JGJ 243—2011《交通建筑電氣設計規(guī)范》中第6.2.1條,機場登機橋的400 Hz電源系統及機場行李的處理系統等,為了保障這些設備電源供應的可靠和不受干擾,需要有獨立的系統或回路。交通建筑中的工藝設備、專用設備、消防及其他防災用電負荷,應分別自成配電系統或回路。結合本工程,400 Hz電源系統以A指廊為例,機場登機橋的400 Hz電源系統共預留7個獨立回路,總容量約1 170 kW,回路分布在A指廊內兩個變電所4個變壓器內。機場行李的處理系統以E區(qū)為例,行李系統電源預留兩路電源,互為備用,容量預留1 330 kW。消防回路采用專用雙回路末端配電箱處切換供電,且接入應急柴油發(fā)電機組。

2.6 電纜選擇

依據JGJ 243—2011《交通建筑電氣設計規(guī)范》中第6.4條和GB 51348—2019《民用建筑電氣設計標準》中第13.8條。Ⅱ類及以上民用機場航站樓電纜的阻燃級別選擇A級,Ⅱ類及以上民用機場航站樓電線的阻燃級別選擇B級,同時宜采用輻照交聯型低煙無鹵阻燃電線電纜。本工程10 kV電纜采用耐火電纜和礦物絕緣電纜。消防控制室、消防泵、消防電梯、水幕泵供電干線的耐火等級應滿足火災時持續(xù)供電要求,應采用950 ℃、180 min礦物絕緣類電纜或母線槽。其他消防設備供電干線的耐火等級可選用不低于950 ℃、90 min的耐火類電纜。非消防設備低壓電纜選用WDZB1-YJY-0.6/1 kV低煙無鹵阻燃交聯聚乙烯絕緣護套銅芯電力電纜。

2.7 照明系統

依據JGJ 243—2011《交通建筑電氣設計規(guī)范》中第8條和GB 50034—2013《建筑照明設計標準》,結合本項目,主要注意以下幾點。

(1) 公共區(qū)域的正常照明采用交叉供電,兩個照明配電箱電源分別接自變電所不同母線,互為公共區(qū)域的備用照明,每個配電箱各帶50%的照明負荷。

(2) 照明燈具采用高效能LED、三基色燈管,其顯色性好,節(jié)能效果明顯,航站樓公共區(qū)域照明采用智能照明控制系統,并提供標準的通信接口與樓宇自控系統連接,正常運行時由樓宇自控系統對航站樓內公共區(qū)域照明燈具進行開關控制。高大空間的公共場所,垂直照度(Ev)與水平照度(Eh)之比不宜小于0.25。候機廳、出發(fā)廳、站廳等場所,當照明區(qū)域內空間及高度較大,且有裝飾效果要求采用以非直接的照明方式為主時,在滿足基本照明功能要求的基礎上,該區(qū)域內的照度標準值可降低一級。

(3) 航站樓中的標識、引導指示,應根據其種類、形式、表面材質、色彩、安裝位置以及周邊環(huán)境特點選擇相應的照明方式。當標識采用外投光照明時,應控制其投射范圍,散射到標識外的溢散光不應超過外投光的20%。

2.8 防雷接地設計

本項目位于蘭州市,蘭州市年平均雷暴日為21.1 d/a,依據GB 50057—2010《建筑物防雷設計規(guī)范》的規(guī)定,本建筑按第二類防雷建筑物設防。航站樓屬建筑形式,屋面一般都采用鋼結構金屬屋面,如果金屬屋面直接作為接閃器,存在屋面被擊穿的可能,將會影響航站樓的正常運行。電源配電線路和電子信息系統的雷電防護等級按A級設防。本工程10 kV配電系統采用中性點不接地系統。低壓系統接地形式采用TN-S系統,本工程內所有的PE線與接地裝置連接不得間斷。變壓器中性點直接接地,采用聯合接地裝置,接地電阻要求不大于1 Ω。

本項目設置智能防雷系統,監(jiān)控中心設于一層消防控制中心,在各樓層的配電間內設有數據采集終端,對SPD進行雙路采集。

3 結 語

航站樓是機場的重要用電單位,變配電系統的各個環(huán)節(jié)都不能忽視,以免出現短板效應。本文僅通過實際工程淺談了機場航站樓電氣設計的部分特點,對同類項目提供參考。