首都機場T2航站樓電壓暫降分析及治理

紀柏紅

（北京首都機場動力能源有限公司，北京 100000）

0 引 言

電能作為綠色能源，是國家發(fā)展水平和綜合國力重要標志之一。電能質(zhì)量的好壞對電網(wǎng)、電氣設(shè)備安全、經(jīng)濟運行以及人們的生產(chǎn)、生活具有十分重要的意義[1]。電壓暫降是配電系統(tǒng)中常見的一種電壓擾動。如各種短路故障、大型設(shè)備的啟動、雷擊致使保護動作、倒閘開關(guān)操作、變壓器和電容器的投切以及沖擊性負荷的投切等，都可能造成電壓暫降[2]。

1 首都機場供電系統(tǒng)概述

首都機場T2航站樓由機場110 kV變電站經(jīng)110/10 kV降壓，分別供電到8座變電室，對重要用戶設(shè)有4臺800 kW柴油發(fā)電機，變電室（配電室）為雙電源備用自投，即以柴油發(fā)電機組作為備用電源，可在失去系統(tǒng)電源時啟動柴油發(fā)電機。樓內(nèi)用戶重要等級分如下。AZE專用電源：采用雙電源互投回路供電。ALE事故照明電源：采用雙電源互投回路供電。APE動力電源：雙電源互投回路供電。AL普通照明電源：此電源為雙路供電；但是，不帶自動互投裝置，為手動。ALK空調(diào)專用電源：單路供電。

2 航站樓電壓暫降情況

歷史記錄提供資料數(shù)據(jù)表明，機場每年均有電壓暫降問題發(fā)生。從2005-2007年有明確記錄，總共有139起（1 min內(nèi)連續(xù)發(fā)生多次計為1起），其中，明確造成較嚴重影響的有37起。在37起對用戶造成影響的電壓暫降中，外網(wǎng)故障發(fā)生8起（順義供電公司調(diào)度所記錄認定）；機場地區(qū)外力挖斷電纜引起供電電壓暫降9起；機場供電系統(tǒng)故障掉閘或原因不明的電壓暫降20起。

供電暫降造成的后果，主要有以下問題發(fā)生。影響航顯系統(tǒng)、泊位系統(tǒng)，離港系統(tǒng)不能正常運行；電壓暫降影響電子設(shè)備運行安全，使部分設(shè)備損壞；電壓異常、暫降乃至閃斷、使人員工作或活動受到影響造成秩序混亂；電壓暫降異常造成照明失電或閃爍，對人員的視覺、心理造成不良影響。

3 首都機場航站樓電壓暫降問題分析

3.1 電能質(zhì)量的有關(guān)規(guī)定

3.1.1 供電電壓的允許偏差

根據(jù)GB12325-2000電能質(zhì)量，供電電壓允許偏差的國標規(guī)定[3]：

35 kV及以上供電電壓正、負偏差的絕對值之和不超過額定電壓的10%。10 kV及以下三相供電電壓偏差為額定電壓的±7%。220 V單相供電電壓允許偏差為額定電壓的+7%、-10%。

3.1.2 供電電壓的允許波動和閃變限值

國家標準中只規(guī)定了電壓波動和閃變，而無所謂“閃斷或暫降”的概念，為了更好地分析問題，仍然引用國標的規(guī)定。該國標規(guī)定了電力系統(tǒng)公共連接點由波動負荷產(chǎn)生的電壓變動限值和變動頻度、電壓等級有關(guān)[4]，見表1。

表1中：r為電壓變動頻率，d為電壓變動。從表中可知，電壓變動頻度越大，允許的電壓變動限值要求愈嚴，在很少的變動頻度r（如每天少于1次），則電壓允許變動限值可以放寬。人們用電設(shè)備所用的低壓，變動頻度在一天內(nèi)小于100次/h，電壓變動限值為2%[5]。

表1 電壓變動限值

3.2 用電負荷波動造成的電壓變動或閃變

對于用電部門電壓不穩(wěn)定的驅(qū)動力通常是負荷，不同負荷對電壓響應(yīng)特性差別很大。第一，電阻負荷、照明負荷或電動機的靜態(tài)特性可認為是基本靜態(tài)負荷。第二，感應(yīng)電動機占相當比例時，其負荷特性對電壓穩(wěn)定性將影響較大；機場中的電扶梯、換風機、排煙機、給排水泵以及行李分撿系統(tǒng)皮帶機等驅(qū)動電機均為由感應(yīng)電動機驅(qū)動的機械。第三，空調(diào)負荷特性。空調(diào)負荷性質(zhì)屬于電動機類，在電壓降低時，轉(zhuǎn)速下降容易發(fā)生堵轉(zhuǎn)；當電源電壓恢復(fù)正常后，壓縮機釋放壓力之后才能運行。第四，氣體放電燈照明特性。目前，照明光源中大部分為氣體放電燈照明（熒光燈、金鹵燈、鈉燈等），這類照明對電壓很敏感。當電壓降至額定值的65%～80%時，它們將全部熄滅，負荷降至零；當電壓恢復(fù)后，又重新啟動，一般延時5～7 min。

上述機場中的大部分負荷在電壓失電或降低時會惡化電壓的“穩(wěn)定性”，從而造成不良后果。

3.3 供電閃斷造成用戶設(shè)備損害和影響的分析

首先分析外網(wǎng)故障。2005年至2017年5月外網(wǎng)故障為8起，8起故障的原因為：1起樹砸線、1起大棚塑料布刮到導(dǎo)線上、6起外力碰線。這8起線路故障，供電網(wǎng)絡(luò)各級開關(guān)動作正確，沒有造成事故停電，沒有損壞設(shè)備；因此，對供電部門而言，屬于正常供電情況。

外網(wǎng)故障，不管什么原因都將引起用戶負載斷電或瞬間斷電。根據(jù)用電負載的不同性質(zhì)和重要程度，機場對前端用戶負載采取下列不同的供電模式：單路供電；雙路手動互投；雙路自動互投。

電壓波動造成驟降的后果不可低估。低電壓后果十分嚴重。當供電電壓降低到用戶負載設(shè)備不能正常動作，尤其是一些電子設(shè)備，即使是短時間低電壓，也會有嚴重的影響。如航顯黑屏、電源板燒毀、攝像機無圖像、顯示器無信息、計算機重啟起不來以及服務(wù)器故障損壞等。

4 防止電壓暫降的措施

作為國內(nèi)最大的樞紐機場，對外窗口，任何故障都可能帶來不可估量的政治影響。對首都機場而言，涉及改造設(shè)備、改進技術(shù)、完善體制以及加強管理等各個領(lǐng)域的工作。在充分分析基礎(chǔ)上，提出以下建議。首先，完善并定期校驗各級變電設(shè)備的保護和自動裝置，提高保護裝置和備用電源自投裝置的動作成功率；其次，提高用電設(shè)備的技術(shù)性能，保障重要用戶的供電安全。航站樓用電負荷均屬于一級負荷，必須有兩路以上電源供電，其中，特別重要的除兩路電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源，并根據(jù)允許中斷供電的時間分別選擇不同的應(yīng)急電源。

（1）允許中斷供電時間為15 s以上的供電，可選用快速自啟動的柴油發(fā)電機組；自投裝置的動作時間能滿足允許中斷供電時間的，可選用帶有自動投入裝置的獨立于正常電源專用饋電線路；允許中斷供電時間為毫秒級（ms）的供電則啟用不停電電源裝置（UPS），其電源由靜態(tài)開關(guān)切換，切換時間為4～5 ms。

（2）對于發(fā)生“暫降或閃斷”時不希望斷開其供電回路時，應(yīng)采用“死接”的供電方式，即瞬時供電中斷，該回路不應(yīng)自動斷開（釋放）以躲過電源自動切換的斷電時間。

（3）對于發(fā)生“暫降或閃斷”時不希望立即再起動，有可能損毀設(shè)備的回路，建議采用低電壓保護裝置或失壓脫扣裝置。如果該回路相當重要，也可以采用斷電自動保護裝置，經(jīng)一定時間可自動投入。

（4）對于照明供電回路除了盡量少采用一般氣體放電的光源，建議改用無極燈等電壓特性良好的光源，不存在光源中斷，而且高壽命長，有節(jié)能效果。

（5）針對對電壓敏感、要求電壓穩(wěn)定精度高的回路，特別是供電距離長的用電設(shè)備，建議采用無觸點穩(wěn)壓設(shè)備。

（6）用新型的雙電源切換開關(guān)取代存在故障隱患的開關(guān)設(shè)備切換裝置，具有電氣聯(lián)鎖和機械聯(lián)鎖雙重保護，并具有過壓、欠壓保護和斷相保護功能。

5 電扶梯設(shè)備治理

5.1 測試分析

針對以上分析及措施，對于應(yīng)對電壓暫降有一定的效果；但是對于單一敏感設(shè)備的治理又較為突出；因此，選擇電扶梯一部作為分析并進行治理。首先，使用電能質(zhì)量測試儀模擬出現(xiàn)電壓暫降現(xiàn)象。此電扶梯額定電壓電壓380 V，實測電壓為386 V。使用測試儀給定電壓85%328 V時間100 ms，電扶梯沒有異常。在給定到75%290 V時間100 ms電扶梯依然正常。繼續(xù)給定電壓70%270 V時間100 ms，電扶梯停止。證明當線電壓降到270 V時間100 ms，電扶梯出現(xiàn)停止。此時電壓為正常值70%。繼續(xù)測量在270 V電壓時間對設(shè)備的影響。給定270 V時間20 ms，電扶梯正常工作。給定270 V時間50 ms，電扶梯正常工作。給定270 V時間80 ms，電扶梯停止工作。經(jīng)過測試，這部電扶梯在電壓下降到270 V時間達到80 ms時會受到電壓暫降的影響。結(jié)果如表2、表3所示，其中測試設(shè)備為CE49A電扶梯，測試時間為2017 年10月26日。

表2 降幅影響（實測電壓386 V）

表3 時間影響

5.2 治理結(jié)果

下面進行局部治理工作，經(jīng)比較采用1臺AVC DVR設(shè)備（DVR具有瞬時快速補充電壓功能，如圖1所示）對此部電扶梯進行整體保護，并將AVC DVR設(shè)備放于配電柜旁。拆除原配電柜內(nèi)斷路器出線電纜，重新引出一路電纜接至AVC DVR輸入側(cè)，再從AVC DVR輸出至電扶梯斷路器上口。

當出線電壓暫降或驟升時，AVC DVR可以在3 ms內(nèi)將電壓穩(wěn)定在額定電壓值。安裝完成后，經(jīng)電壓暫降測試，給定電壓值270 V、時間70 ms。三相電壓沒有明顯下降，正弦波正常。如圖2所示。

圖1 DVR工作原理

圖2 電壓波形

AVC DVR記錄顯示啟動一次，電壓補充正常。此次電扶梯設(shè)備的電壓暫降治理，是在大量的數(shù)據(jù)分析前提下，進行了充分的論證。特別是針對航站樓供電的特殊性提出了更高的要求。并結(jié)合當前主流設(shè)備進行改造。結(jié)果表明，AVC DVR對于電壓異常能快速的進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)幅值和時間響應(yīng)均對設(shè)備沒有傷害，并能夠有效穩(wěn)定電壓，受保護設(shè)備能持續(xù)運行，不再受電壓暫降的影響。為航站樓平穩(wěn)運行，旅客順利出行提供了強大的保障。

6 結(jié) 論

通過對電壓暫降的分析，提出了具體措施。對于大型公建設(shè)施及重要政治用戶在治理電壓暫降方面提出建議并具有指導(dǎo)意義。因此，進行這方面分析研究具有十分現(xiàn)實的意義，并在相關(guān)設(shè)備上進行電壓暫降治理，取得了良好的效果。使用AVC DVR在單一設(shè)備上效果良好，能夠在極短時間內(nèi)恢復(fù)正常電壓水平，使設(shè)備運行正常。