武汉天河机场T3航站楼工程建筑电气设计

魏素军

(中南建筑设计院股份有限公司，武汉 430071)

图1 项目外立面

获奖介绍

获奖等级：二等奖

获奖单位：中南建筑设计院股份有限公司

获奖人员：汪隽；李军；魏素军；陈柳青；李国忠；王波；魏龙飞；倪可乐

获奖专家评语：经专家组评审，认为该工程所采用的技术具有较大的创新性和经济性，社会和环境效益比较显著，项目设计体现绿色节能环保理念，先进性、实用性和经济性相统一。具有变电所设置合理，供配电系统可靠性高，环境安全舒适，综合应用各类绿色节能技术，节能效果较显著等技术特点。各项主要指标达到建筑电气设计行业的国内领先水平。

项目指标

项目名称:武汉天河机场T3航站楼工程

项目地点:湖北武汉

占地面积:51万m2

总建筑面积:49.5万m2

建筑高度:41.9m

建筑功能:国内区域枢纽机场航站楼，地下层为地下联络道、行李处理房和设备房，底层为旅客集散厅、政要及商务贵宾区，二层为国内候机室及到达厅和行李提取厅、迎客厅，三层为国际到达夹层，四层为出发层及国际候机室

建设单位:武汉天河机场有限责任公司

竣工时间:2017年7月15日

图2 值机大厅

1 项目总体介绍

T3航站楼是武汉天河机场三期扩建的主体工程，以“星河璀璨，风舞九天”为主题，由主楼、东、西各2条指廊和T2-T3连廊组成，外形似展翅欲飞的凤凰。T3主楼五层，其中地上四层、地下一层(局部地下两层)，其总建筑规模为49.5万m2，建筑最高点高度为41.9m。T3航站楼的建成，代表着武汉天河机场成为中部地区唯一拥有三个航站楼、二条跑道的枢纽机场，并成为继北京首都国际机场、广州白云机场、上海浦东机场后全国第四大航空枢纽。

T3航站楼设计年旅客吞吐量2 620万，其中国内旅客2 320万、国际旅客300万，高峰小时旅客人数为 9 088 人，其中国内7 888人、国际1 200人。T3航站楼建成后，整个天河机场年旅客吞吐量将达3 500万人次。

T3航站楼是武汉综合交通枢纽的核心环节，在其东西两侧的地下设有两条下穿高速公路、汉孝城际铁路、地铁2号线及7号线等交通线路，各类交通在T3楼前的综合交通中心GTC内换乘，T3航站楼通过设在二层的三条连通桥和GTC的地下一层驳接，实现空对地的零距离换乘。根据天河机场的整体规划，T3航站楼还考虑了旅客捷运系统的建设条件，待后期工程需要，可实现T3航站楼与北侧卫星厅的交通联系。

T3航站楼建有地下综合管廊，并与机场南北工作区的地下综合管廊相连通，实现天河机场地下综合管廊的南北贯穿。

2 电气设计系统

系统名称建设内容技术特点及指标供配电系统采用9路10kV电源,形成3组3路独立10kV电源按一级负荷供电,每个10kV配电房由三路独立10kV供电,三路电源采用两用一备的方式运行,三路电源分别引自机场不同的110kV变电站配变电所分区设3个10kV配电所,16个10/0.4kV变电所变电所位于负荷中心,减少供电损耗,变配电及用电设备采用节能高效产品,减少变配电及用电损耗变压器装机台数为40台,变压器总装机容量为61 800kVA,高压冷水机组6台、总容量为9 300kW单台变压器负荷率按≤60%控制自备应急电源(1)应急柴油发电机组(2)EPS电源装置(3)UPS电源装置(1)东二指廊一层集中设置4台1 800KW的10kV应急柴油发电机组,另分区配有7台应急变压器,安装容量为 9 450kVA。 任意一个高压配电房的3路10kV电源中有一路正常供电电源中断供电时,高压柴油发电机应自动启动,并处于热备份状态,当其他两路中任一路电源再失电时,发电机应在30s内投入运行(2)应急照明分区设蓄电池组逆变装置(EPS)(3)航站楼内信息及弱电系统网络与控制设备设置不间断电源装置(UPS)低压配电系统低压配电以放射式供电为主,次要及小容量负荷采用树干式供电一级负荷采用双电源供电,消防负荷及重要负荷采用末端双电源自动切换供电,特别重要负荷增设UPS。二级负荷采用变压器备供三级负荷配电方式由一路电源供电,当供电系统为非正常运行方式时,允许将其切除电缆选择普通负荷干线采用低烟无卤超A级阻燃电缆(WDZA+-YJY),消防负荷采用矿物绝缘电缆(BTLY)电缆安全可靠性高电气照明系统(1)选用高效节能光源及灯具,采用智能照明控制系统(2)消防应急照明采用集中电源集中控制型消防应急照明和疏散指示系统照明功率密度满足规范目标值的要求,有条件的场所采用自然光与人工照明相结合的模式建筑物防雷及接地系统按二类防雷建筑物设计,设置TN-S接地保护系统。接地电阻<1Ω。电子信息系统按A级防雷进行保护设置。装设智能SPD防浪涌保护器屋面利用金属压型钢板做接闪器,利用钢结构柱做引下线,利用基础钢筋做接地装置火灾自动报警系统采用控制中心报警系统,设置一个消防主控室和2个消防分控室。包括火灾报警、消防联动、气体消防、空气采样、消防广播及警报、消防通讯等航站楼实施全面保护方式,系统规模大其他相关电气系统变配电电力监控系统,能源管理系统,中央空调机房节能控制系统,机电设备管理(BAS)系统,电梯/步道/扶梯监控系统,登机桥监控系统,行李处理系统采用集散控制方式,优化管理,节约能源

图3 国内侯机厅

图4 行李提取厅

图6 柴油发电机房

3 电气技术主要创新点

3.1 变配电系统

(1)负荷分级

武汉天河机场为大型民用机场，其T3航站楼内用电负荷分级如下。

1)一级负荷中特别重要负荷：航站楼内通信系统用电、边防海关的安全检查设备用电、航班信息显示及时钟系统设备用电等负荷、弱电UPS用电,合计3 620kW。

2)一级负荷：消防负荷、应急照明，其他弱电系统的电力电源、各类重要机房照明，行李分拣系统，排水泵，客梯，站坪照明、站坪机务用电等,合计12 560kW。

3)二级负荷：登机桥桥载400Hz静变电源和地面空调电源，航站楼冷冻站设备、空调末端、公共区照明、扶梯、自动人行道等,合计56 100kW。

4)三级负荷：其他负荷如商业、广告、电热水器、普通办公等，合计14 730kW。

(2)供电电源

在天河机场南、北工作区设有两座110/10kV 变电站，变电站均设有两台变压器，10kV侧采用单母线分段接线方式，两座变电站各有两段10kV母线。T3航站楼设有三座10kV配电所，每座10kV配电所由三路10kV电源(共九路电源)供电，三路电源采用两用一备方式运行。1#、2#10kV配电所从南区110kV变电站不同的母线引两路10kV作为主供电源，从北区天河机场110kV变电站引一路10kV作为备供电源；3#10kV配电所从北区110kV变电站不同的母线引两路10kV作为主供电源，从南区110kV变电站引一路10kV作为备供电源。10kV电源采用电缆沿综合管廊敷设至T3 航站楼。

(3)柴油发电机组

在东二指廊一层设置柴油发电机房，机房内配备四台1 800kW的10kV应急柴油发电机组，四台柴油发电机组并机运行，同分区配置的7台10/0.4kV应急变压器(变压器安装容量共9 450kVA)组成应急供电系统，为航站楼消防负荷和其他重要负荷提供应急电源。当任意一个10kV配电所有一路正常供电电源中断供电时，高压柴油发电机应自动启动，并处于热备份状态，当其他两路中任一路电源再失电时，发电机应在30s内投入运行。

(4)UPS电源

弱电1#、2#主机房按照A级机房等级设计，弱电汇聚间按照B级机房等级设计。UPS电源主要负责弱电中心机房、汇聚机房、TOC、弱电小间的网络设备、服务器设备、各系统主机设备用电，以及离港、安检、安防、广播的末端设备用电。

航站楼共设置10个UPS电源间，其中每个指廊一个UPS间，一层空侧设置4个UPS间，二层陆侧设置两个UPS间。为中心机房供电的UPS采用2N的冗余方式，其他UPS采用1+1的冗余方式。UPS电源配置：120kVA 2套、160kVA 10套、300kVA 10套、400kVA 2套,UPS电池的后备时间≥15min。

(5)EPS电源

按配电分区设置1套EPS应急电源系统以保障应急照明的供电。EPS电源配置：3kW 24套、5kW 28套、6kW 13套、8kW 8套、10kW 8套、100kW 2套,EPS电池的后备时间≥90min。

(6)变电所

按变电所深入负荷中心的设计原则，结合本项目负荷分布的实际情况，本工程共设置十六座10/0.4kV变电所，其中地下一层设有五座(其中两座为行李系统专用)，主楼一层、三层、连廊一层各设有两座，各指廊一层、冷却水泵房各设一座。

高压主接线采用单母线分段接线方式，各10kV配电所工作方式为两路10kV电源同时工作，一路10kV电源作为两路工作电源的备用，当某一路工作电源故障或检修时，备供电源自动或手动投入。10kV配电所高压柜选用金属铠装中置式开关柜，分变电所高压柜选用环网柜。

变压器装机台数为40台，变压器总装机容量为61 800kVA，变压器选用SCB11型。

低压系统主接线：变压器低压侧采用单母线分段运行方式，两台变压器互为备用，当一台变压器故障时，另一台变压器能带所有一级重要负荷。主进开关与母联开关电气联锁，三台断路器、控制器采用一体化设计，进行带时限自投自复、自投不自复及手动操作等控制功能；任何情况下只能闭合其中的2个开关。

无功补偿及谐波治理：每座10/0.4kV变电所的0.4kV侧设置串接电抗器的无功补偿装置及有源滤波装置，保证补偿后的功率因数不低于0.95，同时抑制谐波在允许范围内，减少对电网的影响；在民航弱电设备配电箱处设有谐波保护器装置。变电所采用无人值守设计，设置变配电综合监控系统，对航站楼内各变电站高低压回路及应急电源系统进行监控管理，提供变配电系统详尽的数据采集、运行监视、事故预警、事故记录和分析、继电保护及远程控制等功能。

3.2 低压配电系统

低压配电系统采用树干式与放射式相结合的供电方式。消防负荷及重要负荷采用双电源供电，并在末端自动切换。对于单台容量较大的负荷或重要负荷采用放射式配电方式，对于一般设备采用放射式与树干式相结合的混合方式配电。登机桥、弱电机房、空调机房、消防用房等消防及重要设备用电由变电所直接供给。其他用电设备均由各层(区)配电间供电。旅客区域的正常照明采用交叉供电，两个总照明配电箱电源分别接自变电所不同母线，每个照明配电箱各带50%的照明负荷。

本工程在设计过程中，结合航站楼建筑超长、空间变换复杂的特点，采取优化配电点设置，合理规划敷设路径，适当放大线缆截面等措施，将电压损失有效地控制在合理范围内。

为预防接地故障引起的电气火灾，配置电气火灾监控系统。为保障航站楼的安全运行，本工程设置一套消防电源监控系统，确保消防设备的电源可靠性。

3.3 照明设计

正常照明照度标准，按现行国家标准JGJ243-2011 《交通建筑电气设计规范》和GB 50034-2004 《建筑照明设计标准》执行。公共区域照明按一级负荷设计，采用交叉供电。照明灯具采用LED灯、三基色灯管及节能电子整流器，其显色性好，节能效果明显，航站楼采用智能照明控制系统，对建筑内值机大厅、候机大厅、候机指廊等所有公共区域的照明采用多种模式控制，即时控、光感、编程等智能照明控制，可以节约大量电能。节能设备及自动控制系统的应用，不仅减少了工程造价，而且大大降低航站楼的运营成本，成为“节能减排”的典范。

T3航站楼采用自然采光与人工照明相结合的照明方式，在航站楼四层值机大厅中央设置大面积的透光顶棚，采光板透光率为30%，属于漫反射型。在提供柔和天光的同时，减少热能进入室内，节能效果明显优于中空玻璃。

为弥补传统应急标志灯在大空间疏散引导时存在的缺陷和不足，本T3航站楼采用集中电源集中控制型智能疏散指示系统，发生火灾时，系统根据火灾报警系统的联动信息，运用不同功能的消防应急灯，结合频闪、语音、双向可调、视觉连续性标志灯等，在逃生人员的视觉、听觉等感官上强调，使逃生人员能在火场中“更安全、准确、迅速”的逃生。

3.4 防雷接地设计

本建筑为国内区域枢纽机场航站楼，按二类防雷建筑设防，电源配电线路和电子信息系统的雷电防护等级按A 级设防。本工程10kV配电系统采用中性点不接地系统。低压配电系统接地形式采用TN-S系统，变压器中性点直接接地，采用联合接地装置，接地电阻要求≤1 Ω。

本项目设置智能防雷系统，监控中心设于一层消防控制中心，在一楼分区设置8个通信管理单元，在各楼层的配电间内设有数据采集终端，对SPD进行双路采集。

3.5 火灾自动报警系统

按武汉天河机场T3航站楼建筑平面规划，由《消防性能化设计报告》构成了消防工程设计的基础。航站楼消防工程目前规范不适用的部分采用性能化设计，消防性能化设计报告中没有涉及的，则仍遵循现行消防规范。按一类建筑一级保护对象，采用总体保护方式设防。

火灾报警及消防联动控制系统设计成一个中央分布式集散控制管理系统，消防控制中心设在航站楼主楼首层，为全面便捷管理，东、西连廊首层分设2个消防值班室。

4 电气节能效果

(1)变压器低压侧设置串电抗的集中无功功率补偿装置及有源滤波装置，降低供配电系统中的谐波含量，有效地提高系统功率因数，减少无功功率，从而提高系统的能源利用率。

(2)按照经济电流合理选择电缆截面，降低线路损耗，空调机组、水泵等采用节能型电动机，提高电动机的能效，对于动态变化的负荷(如生活给水泵等)采用变频器控制，根据负荷大小实时调节电能供应。

(3)大型冷冻机采用10kV供电，减少供电损耗、减少变配电设备的占地面积。

(4)采用电力监控与能源管理系统，实现监控、计费与节能的统一，每年预计可减少5～8%的电能损耗。

(5)设置电梯/步道/扶梯监控系统，实现对航站楼内的电梯、扶梯、步道设备运行状态的监控与管理。

(6)建筑设备管理系统对建筑物内制冷系统、空调通风系统、给排水系统、电梯、环境质量等进行自动监测或控制，一方面使设备运行实现最佳工况、按需运行、节省能源，另一方面提高设备的管理效率，减少物业管理维护人员，并通过自动、精确的调节控制，创造卫生、舒适、宜人的环境。采用建筑设备控制管理系统，每年预计可减少5～10%的空调电能损耗。

(7)采用高效节能荧光灯、LED灯及智能照明控制系统，每年预计可减少10～20%的照明能耗。

(8)绿色节能设计，引自然光入室内，降低人工照明能耗。通过设置屋面天窗，增加自然光照射，使空间显得舒适敞亮，降低了人工照明需求，节约了能源。

5 项目自我评价