大型航站楼负荷分析及供电措施

张雅维， 马霄鹏

(中国建筑设计研究院有限公司，北京 100044)

0 前言

随着民航业的发展，机场航空业务量快速增长，国内部分城市陆续出现较大规模的机场扩建或新建项目。在新建的大型机场项目中，又以集航空、铁路、公路、轨道交通等为一体的交通枢纽形式最为普遍，满足现代社会出行快捷换乘、行程无缝连接的基本需求。

航站楼及综合交通枢纽(GTC)是机场的主要建筑，具有人流多、建筑功能多、配套工艺种类多的特点。为了满足机场日常运营及突发情况处置的需求，安全、可靠、方便运营管理的供电系统设计显得尤为重要。本文即结合某大型航站楼项目，对用电负荷及供电措施进行了分析总结，以供同行参考。

1 项目概况

某机场规划占地面积约14km2，飞行区等级为4F级，跑道长度3 600m。近期规划目标将建设两条远距平行跑道，设计年旅客吞吐量为4 500万人次，年货邮吞吐量70～80万t，年飞机起降量37万架次。远期规划目标将拥有4条平行跑道，设计年旅客吞吐量为7 000万人次，年货邮吞吐量为160 ～200万t，年飞机起降量55万架次。

机场航站楼是一座集国内旅客、国际旅客需求为一体，包含出发、到达、中转等各类旅客功能流程的综合航站楼。面积约55万m2，地下1层，地上3层，总高度45m，包含航站楼主楼及6个指廊，为一类高层建筑。

2 航站楼负荷分析

机场航站楼具有空间高大、人员密集、工艺设备供电可靠性要求高、配套商业多、广告多等特点。所以，供电可靠、灵活、安全舒适、绿色节能是贯穿整个设计的核心思想。

2.1 负荷类型及设计界面划分

航站楼内主要负荷包括照明负荷、弱电机房负荷、空调负荷、动力负荷、航站楼工艺负荷、充电桩等，具体负荷分类如表1所示。

机场项目由航站楼、飞行区、GTC及配套等组成，但飞行区设计不在此次设计范围内，由民航设计院完成飞行区设计工作。其中机坪机务用电、机坪高杆照明(含障碍灯)、泊位引导标识、400Hz及PCA用电等系统由民航设计院提出电源与管理需求，登机桥活动端应由指挥部招标的承包商提供电源需求，电源引至登机桥固定端附近配电间，以配电间内配电柜做为设计分界点；行李系统由专项设计单位设计完成，根据行李系统需求提供400V低压电源和备用柴油机电源，以行李专用配电室为设计分界点。

航站楼内负荷分类 表1

2.2 负荷分级

根据JGJ 243-2011《交通建筑电气设计规范》相关条文的规定，航站楼内各类负荷的负荷等级划分如下。

一级负荷中重要负荷：安防等防灾用电设备、信息及弱电系统、功能中心机房(AOC、TOC、ROC)、各弱电机房(PCR、DCR、SCR)、安检的检查设备、航班预报设备(航班信息显示及时钟系统)、VIP/CIP照明用电、泊位引导标识、海关大厅、行李大厅、值机大厅、出站大厅、候机厅的部分照明负荷(50%)、机坪高杆照明、行李分检控制室、部分行李设备、变配电室用电源、值机设备、各联检单位(海关、检疫、公安等)配套设备、航空障碍照明、排水装置、旅客用电梯(直梯)、应急疏散照明、消防控制中心/值班室、消防水泵(消火栓泵、喷洒泵、大空间灭火泵、稳压泵)、消防风机(排烟风机、补风机)、电动排烟窗、防火卷帘、消防电梯。

一级负荷：值机及候机厅、行李提取大厅、卸货区、主要通道等航站楼中的公共区域照明、航站楼的送排风系统、桥载空调、桥载400Hz电源、机坪机务用电、行李分检系统、室外主要通道照明、大型商业的营业厅备用照明。

二级负荷：扶梯/步梯、厨房、出租商业、空调设备、装饰照明、直饮水设备。

三级负荷：室内(外)电动遮阳帘、广告照明、装饰照明、立面照明、景观照明、景观配套用电。

3 航站楼供电措施

3.1 供电电源及电压等级

(1)110kV电源分别由两座220kV变电站引来。

(2)机场近期拟设置一处110kV变电站，位于机场西侧滑路，接近航站区一侧，负责用地东北侧的航站区、飞行区等用房的供电，近期3台50MVA变压器，远期3台63MVA变压器；西南侧的航食、航空公司基地、货运等由红线外规划的110kV变电站供电；在空侧预留一处建设110kV变电站的条件。

(3)由机场110kV变电站配出10kV电源，通过不同路由的管廊引至航站楼区、GTC及配套区各开闭站。

3.2 不同等级负荷的供电措施

(1)一级负荷中特别重要负荷采用双路电源末端互投，双路电源来自两台变压器不同母线段，其中一个母线段为应急母线段，由柴油机做后备电源，其供电电源的切换时间，满足设备允许中断的要求(部分负荷配置UPS)。

(2)一级负荷在适当位置互投或采用单独供电回路放射式供电，当其供电母线失电后通过母联开关确保该负荷的供电。

(3)二级负荷所在的母线失电后，通过分励脱扣器先切除二级负荷，待母联开关合闸后，逐步恢复二级负荷的供电。

(4)当一段母线失电后，切除三级负荷，确保二级以上负荷的供电。

3.3 机场开闭站及变配电室设置

3.3.1 10kV开闭站

根据机场规划的陆侧、空侧、保安限制区、GTC、车库、酒店、办公区域划分，分别设置6处10kV开闭站，便于后期运维管理，尽量减少维护人员穿梭保安限制区域。其中航站楼内设置4处开闭站KB1～KB4，分别位于临近中央区的四个方向，并与指廊始端相接，开闭站位置如图1所示。

图1 机场开闭站位置示意图

3.3.2 变配电室

变配电室宜设置在靠近负荷中心的位置。考虑到线路电压损失对电能质量的影响，本项目将每个变配电室的供电半径控制为200～250m。结合建筑平面分布，航站楼共设置12个变配电室，分别位于中央区(A区)和指廊(B、C、D、E区)。其中临近中央区的4个变配电室分别与KB1～KB4开闭站合建，作为主变配电室(包括高、低压配电柜、变压器、直流屏、信号屏等)，设置值班室，值班室内设置模拟显示屏。 贴建办公设置2个变配电室。航站楼变配电室位置如图2所示。远机位因远离航站楼范围，单独从就近开闭站引出10kV高压电源，就地设置箱式变压器，各开闭站供电范围如表2所示。

图2 航站楼变配电室位置示意图

3.4 自备应急电源设置

(1)柴油发电机：为满足一级负荷中重要负荷和消防负荷的供电要求，本工程航站楼共设置10处柴油发电机房，分别位于中央区和指廊。

(2)不间断电源：为保证网络设备、重要的弱电设备在市电停电或意外中断时不间断供电，设置UPS电源机房。机房相对集中放置，并与变配电室毗邻。

(3)备用应急照明电源：为保证需要继续工作的备用照明回路在市电停电或中断时不间断供电，相对集中设置应急电源(EPS)。在市电停电后，保证备用照明负荷持续供电时间≥90min，EPS电源转换时间≤0.5s。

3.5 供电灵活性与绿色节能

机场建筑中，重要用电负荷集中在航站楼主楼、GTC及配套建筑，因此在变压器的设置上，按商业、工业、照明、动力等负荷性质分类，便于过渡季节变压器的投切；低压柜中预留一定数量的备用断路器，方便后期发展配电回路的增加，同时也可作为断路器故障时的备用装置，减少停电时间。在配电干线上，根据负荷分布情况并结合后期发展，采用放射式配电、二次配电、树干式配电多种方式，特别针对消防设备、照明设备、动力设备按平面分区设置二次配电箱，为既有设备增容、灵活适应新增设备创造条件。在配电箱内，尤其是大厅、商业、室外照明等配电箱中预留配电回路，便于后期增加设备。在机房竖井内预留设备及安装空间，便于后期系统、末端点位的增加。

在绿色节能方面，根据负荷容量、供电距离及分布、用电设备特点等因素合理设置变电所、配电间位置，节省线缆，降低线路损耗。设备的布置、桥架的敷设便于维修、改造，满足运营管理的需求，降低后期维护成本。

4 放射式供电与树干式供电方案比选

由于电源总是集中在一个或者少数几个点，而用电负荷一般散布在不同的地点，如何才能更好地将集中的电能分配给分散的负荷，就产生了配电方式的问题。

在低压配电中主要有放射式配电和树干式配电。放射式配电供电可靠性高，配电回路故障只影响单一负荷，负荷间的相互影响小，电能质量较高。

开闭站供电范围一览表 表2

图3 WPM219回路配电干线图

但从变配电室配出的回路数多，配电设备投资大、占用空间大、有色金属消耗量较大。但树干式配电的优、缺点与放射式配电正好相反。

现以WPM219回路为例进行分析(图3)，该回路目前采用树干式配电，所带配电箱编号分别为1ALA2-1/5kW，1ALA2-6/7kW，1ALA2-13/18kW，1ALA2-4/20kW，均为大厅照明配电箱，具有负荷性质相同、每个域负荷容量小、用电负荷等级高的特点，回路所在变压器容量为2 000kVA。

若该回路负荷均改为放射式配电，则低压柜需要增加3个出线开关和3组电缆。1ALA2-1/5kW配电箱负荷仅有5kW，计算电流仅有9A，4mm2的电缆完全满足载流量要求。改为放射式配电后，电缆直接引自低压开关柜，低压柜出线处短路电流Ik约为35kA，电缆应能承受预期的短路电流。根据热稳定校验计算，电缆截面积应≥25mm2。可见，小功率负荷采用放射式供电会造成开关设备、低压柜出线电缆的增加，且因为电缆还需要满足热稳定校验的要求，会进一步放大电缆截面。因此，这里采用树干式配电更为合理。

WPM245回路(图4)为到达大厅空调配电箱1ACA2-2供电，功率为48kW。不同区域内空调设备相对分散，且用电量较大。若采用树干式配电，则电缆路由过于曲折，因此采用放射式配电更为合理。

图4 WPM245回路配电干线图

综上，对于负荷功率大、负荷等级高的负荷，宜采用放射式供电。而对于负荷等级不高或小功率用电设备采用树干式配电更为合适。

5 结束语