關(guān)于珠海終端區(qū)供配電系統(tǒng)若干問題的探討

陳 云

（民航珠海進(jìn)近管制中心，廣東 珠海 519000）

0 引 言

珠海終端區(qū)地處珠南三角洲，毗鄰廣州、深圳、香港以及澳門等中心城市，為深圳寶安國際機(jī)場、澳門國際機(jī)場以及珠海金灣機(jī)場等6個機(jī)場的航班提供管制服務(wù)。珠海終端區(qū)的建成，將為粵港澳大灣區(qū)注入新的發(fā)展活力。

珠海終端區(qū)供配電系統(tǒng)由高壓配電柜、變壓器、低壓配電柜、UPS系統(tǒng)、終端STS系統(tǒng)以及油機(jī)應(yīng)急電源系統(tǒng)等組成。高壓配電柜引入兩路高壓市電，經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)為低壓市電后輸入至UPS系統(tǒng)。經(jīng)過UPS穩(wěn)壓、穩(wěn)頻以及濾波為終端STS系統(tǒng)，從而提供穩(wěn)定高質(zhì)量的交流電。STS系統(tǒng)為終端設(shè)備提供雙重電源保障。油機(jī)應(yīng)急電源系統(tǒng)能為終端區(qū)在沒有市電供電時提供應(yīng)急電源保障。

1 雙母線一體化系統(tǒng)

珠海終端區(qū)UPS系統(tǒng)為獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)1和系統(tǒng)2兩套并機(jī)系統(tǒng)組成的雙母線一體化供電系統(tǒng)。兩套系統(tǒng)共同輸出至STS切換柜，由STS優(yōu)先選擇其中一路給負(fù)載供電。

每套并機(jī)系統(tǒng)由兩臺UPS組成。設(shè)計時，兩臺UPS冗余備份，即每臺UPS所帶的負(fù)載不超過50%。如果其中一臺UPS故障，系統(tǒng)所有負(fù)載將由另一臺UPS供電。正常情況下，兩套并機(jī)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，通過LBS負(fù)載總線同步控制器同步兩套系統(tǒng)的電流頻率和相位。如果系統(tǒng)1故障，通過LBS同步裝置和STS切換柜，所有負(fù)載將無縫切換至系統(tǒng)2供電。

每臺UPS內(nèi)置維修旁路，每套系統(tǒng)還配置有外置維修旁路。當(dāng)UPS單機(jī)需要維修時，可將該UPS切換至內(nèi)置維修旁路。當(dāng)一套并機(jī)系統(tǒng)需要維修時，可切換至外置維修旁路供電。外置維修旁路安裝有互鎖裝置，可保證安全切換。

雙母線供電系統(tǒng)共有4條市電供電，每套并機(jī)系統(tǒng)有2條輸入電纜（市電和有油機(jī)保障的市電）保障。若其中一路市電中斷，低壓柜的市電母聯(lián)開關(guān)自動切換至另一條市電供電。若兩路市電均中斷，油機(jī)應(yīng)急電源啟動，UPS系統(tǒng)的ATS切換柜自動切換至有油機(jī)保障的市電。多重的輸入備份，為UPS系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電源保障。

2 終端雙路供電

設(shè)備機(jī)房終端共安裝有6列負(fù)載機(jī)柜和6臺STS切換設(shè)備，每列機(jī)柜與1臺STS同排。每列負(fù)載機(jī)柜設(shè)計兩個供電母排，分別為母排A和母排B。每臺STS設(shè)備由兩套UPS并機(jī)系統(tǒng)保障，保證雙路電源輸入，并通過靜態(tài)切換開關(guān)選擇其中一路輸出。STS支持自動不間斷切換，也可通過Transfer按鍵手動切換。

為避免STS單點隱患，每臺STS設(shè)備提供兩路輸出，一路輸出給并列負(fù)載的母排A，另一路輸出到相鄰負(fù)載的母排B。例如，STS1和STS2為一組，STS1一路輸出給本列負(fù)載的母排A供電，另一路給STS2同列的負(fù)載母排B供電；而STS2一路輸出給本列負(fù)載的母排A供電，另一路給STS1同列的負(fù)載母排B供電。與此相同，STS3和STS4為一組，STS5和STS6為一組，每兩臺STS之間的其中一路給本列負(fù)載供電，另一路輸出交叉供電。

母排A和母排B均為三相電，每個母排上安裝若干個插座式控制盒，每個控制盒安裝有3個1P空開，分別獨(dú)立控制A/B/C三相。

每個負(fù)載機(jī)柜均設(shè)計安裝兩個國標(biāo)PDU，分別引接母排A和母排B的控制盒。雙電源設(shè)備一路接入母排A，另一路接入母排B.兩路輸入設(shè)計要求同相，從而為終端負(fù)載設(shè)備提供可靠的雙路電源保障。針對單電源設(shè)備單輸入風(fēng)險，在前端增加一臺小STS設(shè)備，分別引接兩個PDU輸入，通過小STS二選一輸出至單電源設(shè)備，作為單電源設(shè)備的雙電源保障。

為避免三相電流不平衡，負(fù)載機(jī)柜A/B/C三相按順序接電。比如，機(jī)柜1/2/3分別引接A/B/C三相，機(jī)柜4/5/6按相同順序接電，以此類推。在所有負(fù)載開機(jī)后，根據(jù)三相實際負(fù)載電流調(diào)整部分負(fù)載機(jī)柜，盡可能使三相負(fù)載電流保持平衡。

3 標(biāo)簽設(shè)計

考慮到珠海終端區(qū)UPS供配電系統(tǒng)的復(fù)雜性，標(biāo)簽設(shè)計為代碼式標(biāo)簽。每一種標(biāo)簽要求包含本端和對端。其中，母排的標(biāo)簽設(shè)計為“機(jī)柜隊列+母排+控制盒+相位+機(jī)柜序號”。例如，“AB-1-L1 A01”，AA表示A列的母排A，1表示第一個控制盒，L1表示A相，A01表示機(jī)柜代號名。通過標(biāo)簽?zāi)芸焖僬业紸01機(jī)柜輸入引接來自哪里。在故障排查中，標(biāo)簽可幫助技術(shù)人員快速準(zhǔn)確定位故障位置，縮短供電故障時間，保障空管設(shè)備的供電安全。

4 接地方式

供配電設(shè)備的接地方式主要有TT系統(tǒng)、TN-C系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)以及TN-C-S系統(tǒng)等[1]。

TT系統(tǒng)是指電氣設(shè)備的金屬外殼直接接地的保護(hù)系統(tǒng)，特點是所有接地為保護(hù)接地，每臺電氣設(shè)備獨(dú)立接地，主要缺點是耗材耗時。

TN-C系統(tǒng)是指電氣設(shè)備的金屬外殼連接至工作零線，是使工作零線和保護(hù)零線合二為一的保護(hù)系統(tǒng)。它的主要缺點體現(xiàn)在兩個方面。一方面，若金屬外殼漏電，產(chǎn)生的漏電電流和工作零線會形成短路，產(chǎn)生較大電流。另一方面，若負(fù)載三相電流不平衡，工作零線有不平衡電流，對地產(chǎn)生電壓，會造成與之相連的電氣設(shè)備金屬外殼帶電。

TN-S系統(tǒng)將工作零線和保護(hù)零線（PE）嚴(yán)格分開，保護(hù)零線即接地線。電氣設(shè)備的金屬外殼連接至保護(hù)零線（PE），解決了TN-C帶來的上述問題。珠海終端區(qū)供配電系統(tǒng)接地方式采用TN-S系統(tǒng)。

設(shè)備接地分為保護(hù)接地和接零保護(hù)。保護(hù)接地即設(shè)備金屬外殼接至保護(hù)零線（PE接地線），作用是可使因設(shè)備絕緣損壞而漏電產(chǎn)生的對地電壓不超過安全范圍。若安裝了漏電保護(hù)開關(guān)，當(dāng)漏電對地電壓超過漏電保護(hù)開關(guān)范圍時，漏電保護(hù)開關(guān)將斷開電路，以保護(hù)人身和設(shè)備安全。接零保護(hù)即工作零線接地，作用是使因設(shè)備絕緣損壞導(dǎo)致的單相火線接地，與工作零線形成短路。短路電流使該電路的空開迅速動作跳閘，從而避免造成人身和設(shè)備事故。需要注意，下級空開的動作時間和動作電流一定要小于上級空開，從而避免因下級電路單相接地故障造成上級空開跳閘的事故。

珠海終端區(qū)采用TN-S系統(tǒng)接地。因高壓室和低壓室離UPS機(jī)房較遠(yuǎn)，遠(yuǎn)距離的電纜會造成壓降。為保持兩地的等零電位，UPS輸入端的工作零線不接地，而與之相連的電纜在變壓器高壓側(cè)，Y型中性零線與保護(hù)接地線獨(dú)立接地。UPS設(shè)備內(nèi)部輸出端安裝隔離變壓器，與輸入端完全電氣隔離。終端STS系統(tǒng)及設(shè)備負(fù)載端工作零線不接地，而統(tǒng)一在輸出柜端工作零線接地，以避免重復(fù)接地。

5 問題探討

5.1 剩余電流

剩余電流是指低壓配電線路中三相線和中性線電流矢量和不為零的電流。根據(jù)基爾霍夫電流定律，流過同一截面的電流代數(shù)和為零，即IL1+IL2+IL3+IN=0，可理解為剩余電流為零。所以，在正常情況下，剩余電流互感器的檢測值為零。此時，電流互感器中產(chǎn)生的磁通矢量和為零，電流互感器的二次線圈沒有感應(yīng)電壓輸出，電流互感器正常工作。當(dāng)發(fā)生設(shè)備漏電和故障相線接地等事故時，部分電流經(jīng)PE接地線流入大地，IL1+IL2+IL3+IN≠0，此時電流互感器的二次線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓，當(dāng)超出互感器的范圍時將產(chǎn)生報警，并導(dǎo)致漏電保護(hù)器動作跳閘。

產(chǎn)生剩余電流的主要原因涉及5個方面。第一，當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生漏電時，正常時不帶電的金屬外殼出現(xiàn)對地電壓（正常時，金屬外殼與大地均為零電位），漏電流通過PE接地線流入大地。第二，負(fù)載設(shè)備零地線接反，電流經(jīng)PE接地線流入大地，導(dǎo)致IL1+IL2+IL3+IN≠0產(chǎn)生剩余電流。第三，電線絕緣層老化導(dǎo)致的相位線接地故障。相位線電流經(jīng)PE接地線流入大地。第四，發(fā)生人身觸電事故，電流經(jīng)人體流入大地。第五，UPS內(nèi)的諧波濾波器濾除諧波，將諧波電流經(jīng)PE接地線流入大地。

剩余電流的大小意味著漏電的嚴(yán)重程度。線路中有電流經(jīng)過時，線路會發(fā)熱。當(dāng)線路中剩余電流過大時，線路的溫度會不斷升高，甚至燒毀線路引起電氣火災(zāi)事故，嚴(yán)重威脅著生命及財產(chǎn)安全。珠海終端區(qū)的低壓配電負(fù)載柜配備剩余電流互感器，額定一次剩余電流為1 000 mA。而UPS設(shè)備的額定剩余電流范圍為30～1 000 mA。當(dāng)發(fā)生不正常原因產(chǎn)生的大剩余電流大于1 000 mA時，低壓配電柜的剩余電流互感器將產(chǎn)生告警。

5.2 零序電流和三相電流不平衡

零序電流是指三相的電流矢量和，即Io=L1+IL2+IL3。當(dāng)線路上的三相負(fù)載電流完全平衡時，Io=0，此時零線上的電流也為0。當(dāng)三相負(fù)載電流不平衡時，Io=IN，此時零序電流為不平衡電流IN，即零線上的電流。當(dāng)某相發(fā)生接地故障，產(chǎn)生接地電流Id，此時Io=IN+Id，即零序電流為零線電流和接地電流之和。

三相電流不平衡的危害主要包括3種[2]。第一，增加線路的電能損耗。當(dāng)三相負(fù)載不平衡運(yùn)行時，中性線有電流通過，因存在阻抗必將產(chǎn)生電能損耗。第二，增加配電變壓器的電能損耗。配電變壓器是低壓電網(wǎng)的供電主設(shè)備，功率損耗隨負(fù)載的不平衡度變化。當(dāng)三相負(fù)載不平衡時，必將造成配電變壓器損耗的增加。第三，增加設(shè)備損壞風(fēng)險。三相負(fù)載不平衡時，中性線有電流通過，因而使中性線產(chǎn)生阻抗壓降導(dǎo)致中性點漂移，使得各相相電壓發(fā)生變化，負(fù)載重的一相電壓降低，而負(fù)載輕的一相電壓升高。在電壓不平衡狀況下供電，容易燒壞電壓高的一相側(cè)的用戶用電設(shè)備，而電壓低的一相側(cè)的用戶用電設(shè)備可能無法使用。

5.3 斷路器的選擇

斷路器是指在電力系統(tǒng)中接通和斷開電力電路的自動開關(guān)，當(dāng)發(fā)生短路等故障時能迅速而安全地切斷電路，常見有塑殼斷路器（MCCB）和微型斷路器（MCB）。塑殼斷路器和微型斷路器的主要作用雖然都是為低壓配電系統(tǒng)和電氣設(shè)備保護(hù)回路中的過載和短路提供保護(hù)功能，但兩者有明顯的區(qū)別。從外形看，塑殼斷路器比微型斷路器要大，接入的導(dǎo)線較粗。額定電流等級上，塑殼斷路器比微型斷路器高，對過流和短路保護(hù)程度更高。對比顯示，塑殼斷路器安裝更容易，接觸更好，運(yùn)行更穩(wěn)定。塑殼斷路器相間距離大，且有滅弧罩，滅弧能力強(qiáng)，相比微型斷路器能承受更大的短路電流。微型斷路器動作靈敏度比塑殼斷路器高，分?jǐn)鄤幼骺欤欣趯€路和電器的保護(hù)。

5.3.1 斷路器的主要參數(shù)及特性

斷路器的主要參數(shù)及特性，如表1所示[3]。

表1 斷路器的主要參數(shù)及特性

5.3.2 斷路器的選擇要點

額定電壓Ue和額定電流In的規(guī)劃不能低于電路計算電流；長延時繼電器脫扣電流Ir要大于電路負(fù)載計算電流；上級斷路器的額定電流In、Ir、Icu值應(yīng)大于下級斷路器；下游斷路器應(yīng)選擇靈敏度更高的微型斷路器，上游應(yīng)選擇可靠性更高的塑殼斷路器。

珠海終端區(qū)供配電系統(tǒng)按照斷路器的特性，在UPS及上游采用塑殼斷路器，在UPS輸出柜負(fù)載空開及下游采用靈敏度更高的微型斷路器，并通過計算負(fù)載電路電流，合理選擇參數(shù)適合的斷路器。

6 結(jié) 論

珠海終端區(qū)供配電系統(tǒng)作為空管設(shè)備最重要的系統(tǒng)之一，在終端區(qū)建設(shè)過程中，從規(guī)劃設(shè)計到施工安裝過程的每一步都需注重細(xì)節(jié)，合理選擇電氣器材設(shè)備，在上線運(yùn)行前應(yīng)經(jīng)過專家安全評估，且通過合理的方案解決可能存在的安全隱患。