机场供配电设计中的节能方法和措施初探

【摘要】本文介绍了机场用电负荷的特点，并以支线机场为例对机场供配电设计中的节能方法和措施进行了探讨，认为节能在机场供配电设计中切实可行。

【关键词】用电负荷；节能措施

一、机场用电负荷特点

这里所讨论的负荷分级分两个层面：首先是支线机场作为一个区域性整体负荷的分级，其次是支线机场内具体到各不同用电单位的负荷等级要求。根据GB 50052-2009《供配电系统设计规范》中3. 0. 1负荷分级的条文说明：“在民用建筑中，重要的交通枢纽、重要的通信枢纽、大型体育场馆，以及经常用于重要活动的大量人员集中的公共场所等，由于电源突然中断造成正常秩序严重混乱的用电负荷为一级负荷” 3.0.1条文说明第2条，“在一个区域内，当用电负荷中一级负荷占大多数时，本区域的负荷作为一个整体可以认为是一级负荷”3.0.1条文说明第4条）。

支线机场是地方立体交通体系中重要的交通枢纽，同时在支线机场中，主要的用电负荷集中在航站楼、航管楼、助航灯光系统及导航台站供电等，一级负荷占了整个机场用电负荷的大多数。负荷分级主要是从安全和经济损失两个方面来确定。支线机场内大部分用电负荷的可靠性和连续性要求都比较高，停电会严重影响飞行安全。因此，从安全和供电方案技术经济的合理性角度考虑，支线机场的整体负荷等级确定为一级负荷。

根据JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》附录A中“民用建筑中各类建筑物的主要用电负荷分级”，机场内的用电负荷分级如表1所示。由表1可见，将民用机场内的负荷分类为一、二级负荷（包括一级负荷中特别重要的负荷），可以作为机场场内负荷分级的依据和指导性意见。但在支线机场供电的具体设计中，笔者认为机场内的负荷并不完全都是一、二级负荷，否则部分用电负荷定位过高，会造成供电系统的复杂及有色金属不必要的浪费。如表2所示将支线机场内的常用负荷进行分类，以供讨论（一级负荷中特别重要的负荷简称一特负荷），同时建议将表1中的其他用电负荷定义为二、三级负荷，以增加实际设计中的可操作性和灵活性。

二、机场电气设备的节能措施

1、机场供配电系统

机场供配电系统设计应在满足安全性、可靠性的基础上提高整个机场供配电系统的运行效率，减少建筑物能耗和用电设备、配电线路的损耗。

（一）合理选择变压器

通常情况下，机场变压器的负荷率不应大于85 %，以60%为宜。为降低变压器铁损和铜损，变压器应尽量选用10型及以上的非晶合金变压器等节能环保型变压器。非晶合金变压器的铁芯材料使用的是非晶态磁性材料，其空载损耗比同容量的硅钢芯变压器低约60 %

（二）无功补偿

机场存在大量的照明灯具、锅炉、水泵、通风机等用电设备，均属感性负荷，运行时会使供电电源电流滞后于电压，系统无功功率大，造成电能浪费。因此供配电设计中，首先，应通过正确选择电动机、变压器的容量以及照明灯具的启动器来降低线路感抗，提高自然功率因数；当自然功率因数较低时，应采用并联电容器作为无功补偿装置，宜在机场变配电站的变压器低压侧设置电容器组进行集中补偿。机场作为用电单位，接入点功率因数一般不应低于0. 90。电容器分组投切时不应产生谐振，同时应满足系统及用电设备的电压波动限值要求。为避免过补偿，可装设自动投切装置。

（三）谐波治理

机场使用的不间断电源UPS、应急电源EPS、恒流调光器、荧光灯、空调等用电设备都是非线性负荷，在使用中会产生大量谐波。为防比无功补偿电容器组与系统发生并联谐振，引起谐波放大，在机场电气设计中尽量采用带消谐功能的无功补偿装置，或者在并联的电容器组中串联电抗器，以抑制谐波放大，电抗器电抗率的选择可参照表2

（四）合理布线及选择新型材料

根据机场负荷容量、供电距离及分布，机场中心变配电站设在负荷中心，以缩短供电半径减少线路损耗；场区低压线路敷设时应尽量走直线少走弯路；此外，笔者注意到，近年来铝合金电缆在民用建筑工程中的应用越来越广泛，在同等电气性能的条件下，铝合金电缆的重量是铜芯电缆的～半，截面是铜芯电缆的1. 1～1. 25倍，价格比铜芯电缆低30%～50 %。

2、机场照明

机场照明可以分为飞行区和航站区两部分。飞行区内的电气照明主要包括助航灯光系统和机坪泛光照明；航站区内的电气照明主要包括航站楼等公共建筑的照明、场区室外照明和景观照明等。

（一）充分利用天然光，合理选择照度标准

机场一般建在地势平坦、开阔的区域，建筑物采光～般较好，候机楼～般采用钢结构，为大空间，因此照明设计应充分利用天然光，并引入绿色照明的概念，合理选择照度标准，在保证不降低作业面视觉要求、不降低照明质量的前提下，力求减少照明系统中光能的损失，最大限度地利用光能，减少照明电能消耗。用房间或场所～般照明的照明功率密度（LPD）值作为照明节能的评价指标。具体设计中，在LPD满足规范要求的基础上，还应有效控制单位面积的灯具安装功率，采用节能灯具及附件。室内照明以直管荧光灯为主，选用细管径型（蕊26 mm ），有条件时优先选用直管稀土三基色荧光灯（T8， TS），以达到光效高、寿命长、显色性好的照明节能要求。室外照明宜采用发光二极管LE D光源，但目前在机场飞行区的助航灯光设计中，考虑到跑道引导灯光系统的重要性，跑道边灯、跑道中线灯等仍采用传统的卤素灯；而在滑行道上，LED滑行道边灯、中线灯以及标记牌已经得到广泛应用；室外航站区的路灯系统中也广泛使用LED灯具，在西部太阳能资源较丰富的地区，还采用了太阳能LE D路灯系统。除了选用高效节能的光源外，还应使用低能耗、性能优的附件，如电子镇流器、电子触发器以及电子变压器等。公共建筑场所内的荧光灯宜选用带有无功补偿的灯具，紧凑型荧光灯优先选用电子镇流器，气体放电灯宜采用电子触发器。

（二）选择合理的照明控制方式

据统计，智能照明控制系统的节电率～般可达约20%～40%。机场的照明控制系统包含飞行区的助航灯光监控系统；航站楼、综合办公楼等大型公共建筑的室内照明控制系统和场区的道路照明、广场照明等控制系统。除了智能照明控制系统外，根据不同场所照明的特点和开关时段可采取分区分时控制方式；采用各种类型的节电开关，如定时开关、接近式开关、调光开关、光控开关等；对于走廊、楼梯间、电梯间等公共部分的照明可采用定时控制、集中控制及声光控制等方式，有BA系统的，还可纳入BA系统进行集中管理。

（三）机场建筑设备节能控制技术与管理

机场的建筑设备节能控制技术可分为变配电系统节能控制，照明系统节能控制，采暖、通风和空气调节系统节能控制，给排水系统和热水供应系统节能控制，以及其他建筑设施节能控制技术（如太阳能发电监控系统、电动遮阳帘控制系统）等儿个方面。

根据第530号～国务院令《民用建筑节能条例》4以及《公共建筑能耗监测系统技术规程》（ 2010版）中的规定，公共建筑应加装用电分项计量装置，并设置能耗监测系统。笔者在设计中采用Acrel～5000能耗监测系统，该系统是以计算机、通信设备、测控单元为基本工具，为机场大型公共建筑的实时数据采集、开关状态监测及远程管理与控制提供的基础平台，可以与检测、控制设备构成任意复杂的监控系统。

机场项目相对于其他普通建筑而言有一定的特殊性，但在满足保证机场安全性和可靠性的同时，供配电设计中的节能方法是完全可行的。

参考文献

[1]中国建筑东北设计研究院，主编.JGJ 16 - 2008民用建筑电气设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.