機場航站樓智能配電系統的一體化設計研究

李旻宸 朱國平

（上海虹橋機場有限責任公司）

0 引言

機場航站樓作為一種重要交通樞紐，主要起到連接空側和陸側的作用，為旅客集散提供重要的場所，同時，也是機場對外連接的重要窗口［1］。這說明機場航站樓具有交通屬性、集散屬性、窗口屬性。而智能配電系統在機場航站樓中發揮出重要作用，一旦系統設計不合理，會直接影響航站樓使用效果，為突出機場航站樓的三大屬性，提高旅客乘坐體驗，本文要重視對智能配電系統一體化設計，提高系統設計質量，保證系統運行性能。

1 項目概況

某市區龍嘉國際機場二期航站樓建成后，其年旅客吞吐量急劇上升，達到1200萬人次。總建筑面積達到130122m2，其中，地上建筑面積達到100120m2，地下建筑面積達到30002m2。整個航站樓建筑平面在具體設計時，主要采用“人”字型布置方式，主要包含東指廊區、西指廊區、南指廊區和主樓區四大組成部分。整個項目功能屬于典型的純國內樓，除了涉及到國內進出港外，還包含中轉。整個建筑所采用的布局方式為兩層半式。首層主要設置了行李機房、迎客大廳、國內行李提取大廳等用房；二層用房為旅客和機場工作人員提供候機、國內安檢、國內值機辦票等服務體驗；夾層主要設置到港通道、中轉設施等用房；地下一層主要設置電氣管廊、設備、換乘通道等設施［2］。

2 供配電系統方案

該項目雙重電源主要是由機場中心變電站提供的，每組雙重電源電壓統一設置為10kV，這些電源可以為整個變配電提供源源不斷的電能。結合供電半徑，將供配電系統功能區域劃分為以下四個部分，分別是東指廊區、西指廊區、南指廊區和主樓區，這些區域均設置相應的變配電室。變電室設置情況見表1，從表1中的數據可以看出，項目所使用的變壓器總數達到8臺，總裝機容量高達20000kVA。

表1 變電室設置情況

各組電源所使用的備用電源主要以兩間柴油發電機房為主，不僅可以起到消防的作用，還能智能化檢查設備是否出現安全風險，保證設備運行的安全性。在機場航站樓內斷供電場中，禁止使用電負荷，柴油發電機機房設置情況見表2。主要機房平面示意圖如圖1所示。

圖1 主要機房平面示意圖

表2 柴油發電機機房設置情況

3 機場航站樓智能配電系統一體化設計方案

3.1 系統一體化設計內容

結合目前機場實際發展情況，在一體化設計機場航站樓智能配電系統時，要構建整個航站樓全生命周期電氣設備運行狀態監測模式。同時，還要重視對系統架構的設計，確保所設計的系統架構具有集成度高、易擴展、易調試等特點。此外，還要促使航站樓從原來數字化管控模式轉變為智慧化管控模式。智能配電系統一體化設計內容如下：（1）在設計配電間、低壓配電柜、柴油發電機房、配電室上的配電箱主進斷路器時，要統一選用具有強大通訊功能的斷路器，用戶借助本文系統通信總線，可以實現對斷路器動作、電流、電壓、頻率等參數的實時讀取，這為后期分析、追溯和解決斷路器故障問題提供重要的依據和參考［3］。 （2）借助網絡線，將所有配電室中各個配電箱主進斷路器直接接入到智能配電系統遠程設備中。（3）本文系統具有強大的數字化智能配電管理功能，支持歷史存儲、通訊采集等軟件任務以分布式部署方式進行設備部署，并按照不同設備接入方式，與主I／O服務器進行連接，保證系統通訊進程的穩定性、獨立性和安全性。 （4）本文系統為用戶提供了監測管理功能界面，便于用戶實時采集多功能電表、低壓開關相關數據［4］。 （5）將本文系統劃分為以下兩大組成部分，分別是電能管理系統和監測運維單元。其中，電能管理系統具有強大的諧波監測功能和波形捕捉功能，不僅可以分項監測諧波大小，還能通過波形捕捉電能質量，并結合最終監測結果和捕捉結果，分析和判斷電能質量對負載所產生的影響程度。監測運維單元可以協助用戶全面化、智能化監管全配電室內設備，并自動生成相應的配電室運行日志。

3.2 系統組成結構

3.2.1 現場設備接入層

在設計現場設備接入層時，首先，要將斷路器增設于重點回路中，然后，進行重要數據采集，這樣一來，可以更好地保障重點回路供電的穩定性和安全性。其次，增加運行環境數據采集。運維人員借助智能配電系統，可以全天24h智能化監控變電所環境、變壓器母線等設備。在條件允許的情況下，運維人員可以綜合運用視頻系統、門禁系統，對以上設備進行無人化、零接觸式監控［5］。最后，增加對電能質量的實時監測。在這一環節中，可以將電能質量表安裝和部署于變電所中壓進線端，實時監視、發現和解決暫態電能是否存在質量不達標問題或者線路短路問題。

3.2.2 網絡通訊層

在設計網絡通訊層時，首先，開閉所與變電所之間所連接的光纖環網必須始終保持不變。其次，要最大化利用航站樓綜合設備網。借助現場弱電系統內置的服務器，將所采集到的末端重要負荷數據安全、可靠地傳輸至綜合設備網［6］。

3.2.3 邊緣控制層

在設計邊緣控制層時，首先，要做好分布式設置。分布式設置主要是指結合分布式管理需求，將系統軟件服務器進行拆分，使其拆分為趨勢服務器、報表服務器、報警服務器等組成部分，并將拆分后的服務器安裝和部署于多臺服務器中。在構建大型機場航站樓時，運用分布式部署方式，可以將系統整體運行負擔降到最低，使得系統運行性能得以顯著提升。其次，做好冗余配置［7］。任何航站樓均設置冗余要求。智能配電系統具有較高的虛擬化部署能力，不僅可以保證主備服務器本地冗余實現效果，還能保證主備服務器異地冗余實現效果。最后，做好集群架構搭建。在搭建集群架構時，要采用全IP架構方式，對智能配電系統集群架構進行科學設計，這樣一來，不僅可以保證集群管控實現效果，還能一體化管控強弱電。智能配電系統主要結合航站樓平面，采用分區域分塊的方式，對整個系統進行無縫銜接。該系統內含有若干個集群。在單個集群中，通過完成集群服務器配置，可以達到全面化記錄本集群數據的目的。通過設計多集群架構，不僅可以達到一次設計分步實施航站樓的目的，還能保證工程安裝和調試質量和效率，保證工程施工進度，最大限度地提高本文系統運行性能，將系統故障出現概率降到最低。

3.3 系統架構搭建流程

為保證本文系統架構設計水平，技術人員要嚴格按照變電所現場數據接入、航站樓網絡通訊、服務器配置、末端數據采集順序，對系統架構進行科學搭建。系統架構搭建流程如圖2所示。

圖2 系統架構搭建流程圖

3.3.1 變電所現場數據接入

在航站樓中，無論是開閉所，還是變電所，均設置以太網環網交換機，然后，將電容控制器、多功能表、電能質量表等信號與以太網環網交換機進行有效地連接。此外，可以結合航站樓實際使用需求，火災漏電監視系統現場主機與該交換機進行有效地接入。在變電所中，所安裝和部署的設備視頻監視系統不宜直接接入到智能配電系統中［8］。

3.3.2 航站樓網絡通訊

在航站樓簡化參考模型中，航站樓內主要設置和部署三個開閉所，開閉所電源主要來自于機場變雙重電源中。在1號主樓開閉所下，所設置的變電所數量為3個；在2號主樓開閉所下，所設置的變電所數量為2個。整個變電所在具體構建時，在進行電源進線的基礎上，合理地配置柴發備電源。智能配電光纖網與各個開閉所相連通。在配置系統接入主站時，需要選用2號主樓開閉所和3號指廊開閉所，并將主站中的以太網環網交換機與光纖環網管理交換機進行連接，然后，直接連接于航站樓綜合設備網。同時，還要采用兩點接入的方式，保證信號傳輸的穩定性和安全性。

3.3.3 服務器配置

在機場航站樓中，將變電所劃分為藍色集群和黃色集群兩個部分，其中，藍色集群代表航站樓集群1；黃色集群代表航站樓集群2。為保證各個集群配置水平，需要結合開閉所進行科學配置。對于航站樓集群1而言，其服務器主要安裝和部署于2號主樓開閉所，并采用部署方式為分布式部署。對于航站樓集群2而言，其服務器主要安裝和部署于3號指廊開閉所，航站樓集群2服務器主要包含以下兩種，一種是I／O服務器，另一種是PO服務器。各個集群服務器主要用于對本集群數據的系統化管理。為滿足集群1冗余配置需求，需要將集群1備用服務器設置到1號主樓開閉所，采用異地冗余配置的方式，完成對集群1服務器配置。在機場航站樓中，所設置的全局監視客戶端共有兩個，其中一個全局監視客戶端設置和部署于航站樓TOC內，并完成對桌面客戶端的配置；另一個全局監視客戶端主要設置和部署于航站樓運維值班室，同樣配置相應的桌面客戶端，同時，還配置AR服務器，借助該服務器，可以自動生成所需要的數據報表和能耗看板。全局監視客戶端的設置和部署，可以智能化管控和配置整個航站樓智能配電系統。網頁客戶端在具體設置期間，需要按照實際需要，進行按需配置，僅僅具有監視航站樓智能配電系統的功能。

3.3.4 末端數據采集

在構建末端數據采集時，需要借助經航站樓樓控系統內服務器，向EBO服務器傳輸所采集好的末端分項計量數據、設備電能質量表數據，由EBO服務器將這些數據傳輸至智能配電系統中。

4 系統應用價值

本文系統一體化設計和應用，可以提高機場航站樓管理部管理水平，將部門能耗降到最低，同時，還能實現對運維流程的簡化。與傳統電力監控系統相比，本文系統具有以下應用價值：（1）系統運行高效、開放度高、靈活性強、易集成、易維護，完全滿足機場航站樓管理、擴展需求。（2）系統可以實現對所需數據的完整化采集，為后期機場航站樓精細化管理提高重要的數據支持。（3）系統應用可以提高電氣資產管理效率，保證航站樓運維的安全性和可靠性。

5 結束語

綜上所述，智能配電系統在機場航站樓中要占據著舉足輕重的地位。本文系統除了以上幾個功能外，還包含電能質量監控、電能質量分析、柴發等備用電源管理、能源分析等多個功能，智能配電系統一體化設計，可以促使機場實現穩定供能、以人為本、綠色可持續發展目標，同時，還能確保航站樓從原來的被動式運維轉變為主動預警式管理，有效地提高航站樓管理質量和效率，因此，智能配電系統具有較高的應用價值和應用前景，不僅滿足航站樓供配電系統物業運維管理需求，還能滿足機場航站樓發展需求，完全符合預期設計標準和要求。