首都机场T2航站楼电压暂降分析及治理

纪柏红

（北京首都机场动力能源有限公司，北京 100000）

0 引 言

电能作为绿色能源，是国家发展水平和综合国力重要标志之一。电能质量的好坏对电网、电气设备安全、经济运行以及人们的生产、生活具有十分重要的意义[1]。电压暂降是配电系统中常见的一种电压扰动。如各种短路故障、大型设备的启动、雷击致使保护动作、倒闸开关操作、变压器和电容器的投切以及冲击性负荷的投切等，都可能造成电压暂降[2]。

1 首都机场供电系统概述

首都机场T2航站楼由机场110 kV变电站经110/10 kV降压，分别供电到8座变电室，对重要用户设有4台800 kW柴油发电机，变电室（配电室）为双电源备用自投，即以柴油发电机组作为备用电源，可在失去系统电源时启动柴油发电机。楼内用户重要等级分如下。AZE专用电源：采用双电源互投回路供电。ALE事故照明电源：采用双电源互投回路供电。APE动力电源：双电源互投回路供电。AL普通照明电源：此电源为双路供电；但是，不带自动互投装置，为手动。ALK空调专用电源：单路供电。

2 航站楼电压暂降情况

历史记录提供资料数据表明，机场每年均有电压暂降问题发生。从2005-2007年有明确记录，总共有139起（1 min内连续发生多次计为1起），其中，明确造成较严重影响的有37起。在37起对用户造成影响的电压暂降中，外网故障发生8起（顺义供电公司调度所记录认定）；机场地区外力挖断电缆引起供电电压暂降9起；机场供电系统故障掉闸或原因不明的电压暂降20起。

供电暂降造成的后果，主要有以下问题发生。影响航显系统、泊位系统，离港系统不能正常运行；电压暂降影响电子设备运行安全，使部分设备损坏；电压异常、暂降乃至闪断、使人员工作或活动受到影响造成秩序混乱；电压暂降异常造成照明失电或闪烁，对人员的视觉、心理造成不良影响。

3 首都机场航站楼电压暂降问题分析

3.1 电能质量的有关规定

3.1.1 供电电压的允许偏差

根据GB12325-2000电能质量，供电电压允许偏差的国标规定[3]：

35 kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%。10 kV及以下三相供电电压偏差为额定电压的±7%。220 V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7%、-10%。

3.1.2 供电电压的允许波动和闪变限值

国家标准中只规定了电压波动和闪变，而无所谓“闪断或暂降”的概念，为了更好地分析问题，仍然引用国标的规定。该国标规定了电力系统公共连接点由波动负荷产生的电压变动限值和变动频度、电压等级有关[4]，见表1。

表1中：r为电压变动频率，d为电压变动。从表中可知，电压变动频度越大，允许的电压变动限值要求愈严，在很少的变动频度r（如每天少于1次），则电压允许变动限值可以放宽。人们用电设备所用的低压，变动频度在一天内小于100次/h，电压变动限值为2%[5]。

表1 电压变动限值

3.2 用电负荷波动造成的电压变动或闪变

对于用电部门电压不稳定的驱动力通常是负荷，不同负荷对电压响应特性差别很大。第一，电阻负荷、照明负荷或电动机的静态特性可认为是基本静态负荷。第二，感应电动机占相当比例时，其负荷特性对电压稳定性将影响较大；机场中的电扶梯、换风机、排烟机、给排水泵以及行李分捡系统皮带机等驱动电机均为由感应电动机驱动的机械。第三，空调负荷特性。空调负荷性质属于电动机类，在电压降低时，转速下降容易发生堵转；当电源电压恢复正常后，压缩机释放压力之后才能运行。第四，气体放电灯照明特性。目前，照明光源中大部分为气体放电灯照明（荧光灯、金卤灯、钠灯等），这类照明对电压很敏感。当电压降至额定值的65%～80%时，它们将全部熄灭，负荷降至零；当电压恢复后，又重新启动，一般延时5～7 min。

上述机场中的大部分负荷在电压失电或降低时会恶化电压的“稳定性”，从而造成不良后果。

3.3 供电闪断造成用户设备损害和影响的分析

首先分析外网故障。2005年至2017年5月外网故障为8起，8起故障的原因为：1起树砸线、1起大棚塑料布刮到导线上、6起外力碰线。这8起线路故障，供电网络各级开关动作正确，没有造成事故停电，没有损坏设备；因此，对供电部门而言，属于正常供电情况。

外网故障，不管什么原因都将引起用户负载断电或瞬间断电。根据用电负载的不同性质和重要程度，机场对前端用户负载采取下列不同的供电模式：单路供电；双路手动互投；双路自动互投。

电压波动造成骤降的后果不可低估。低电压后果十分严重。当供电电压降低到用户负载设备不能正常动作，尤其是一些电子设备，即使是短时间低电压，也会有严重的影响。如航显黑屏、电源板烧毁、摄像机无图像、显示器无信息、计算机重启起不来以及服务器故障损坏等。

4 防止电压暂降的措施

作为国内最大的枢纽机场，对外窗口，任何故障都可能带来不可估量的政治影响。对首都机场而言，涉及改造设备、改进技术、完善体制以及加强管理等各个领域的工作。在充分分析基础上，提出以下建议。首先，完善并定期校验各级变电设备的保护和自动装置，提高保护装置和备用电源自投装置的动作成功率；其次，提高用电设备的技术性能，保障重要用户的供电安全。航站楼用电负荷均属于一级负荷，必须有两路以上电源供电，其中，特别重要的除两路电源供电外，尚应增设应急电源，并根据允许中断供电的时间分别选择不同的应急电源。

（1）允许中断供电时间为15 s以上的供电，可选用快速自启动的柴油发电机组；自投装置的动作时间能满足允许中断供电时间的，可选用带有自动投入装置的独立于正常电源专用馈电线路；允许中断供电时间为毫秒级（ms）的供电则启用不停电电源装置（UPS），其电源由静态开关切换，切换时间为4～5 ms。

（2）对于发生“暂降或闪断”时不希望断开其供电回路时，应采用“死接”的供电方式，即瞬时供电中断，该回路不应自动断开（释放）以躲过电源自动切换的断电时间。

（3）对于发生“暂降或闪断”时不希望立即再起动，有可能损毁设备的回路，建议采用低电压保护装置或失压脱扣装置。如果该回路相当重要，也可以采用断电自动保护装置，经一定时间可自动投入。

（4）对于照明供电回路除了尽量少采用一般气体放电的光源，建议改用无极灯等电压特性良好的光源，不存在光源中断，而且高寿命长，有节能效果。

（5）针对对电压敏感、要求电压稳定精度高的回路，特别是供电距离长的用电设备，建议采用无触点稳压设备。

（6）用新型的双电源切换开关取代存在故障隐患的开关设备切换装置，具有电气联锁和机械联锁双重保护，并具有过压、欠压保护和断相保护功能。

5 电扶梯设备治理

5.1 测试分析

针对以上分析及措施，对于应对电压暂降有一定的效果；但是对于单一敏感设备的治理又较为突出；因此，选择电扶梯一部作为分析并进行治理。首先，使用电能质量测试仪模拟出现电压暂降现象。此电扶梯额定电压电压380 V，实测电压为386 V。使用测试仪给定电压85%328 V时间100 ms，电扶梯没有异常。在给定到75%290 V时间100 ms电扶梯依然正常。继续给定电压70%270 V时间100 ms，电扶梯停止。证明当线电压降到270 V时间100 ms，电扶梯出现停止。此时电压为正常值70%。继续测量在270 V电压时间对设备的影响。给定270 V时间20 ms，电扶梯正常工作。给定270 V时间50 ms，电扶梯正常工作。给定270 V时间80 ms，电扶梯停止工作。经过测试，这部电扶梯在电压下降到270 V时间达到80 ms时会受到电压暂降的影响。结果如表2、表3所示，其中测试设备为CE49A电扶梯，测试时间为2017 年10月26日。

表2 降幅影响（实测电压386 V）

表3 时间影响

5.2 治理结果

下面进行局部治理工作，经比较采用1台AVC DVR设备（DVR具有瞬时快速补充电压功能，如图1所示）对此部电扶梯进行整体保护，并将AVC DVR设备放于配电柜旁。拆除原配电柜内断路器出线电缆，重新引出一路电缆接至AVC DVR输入侧，再从AVC DVR输出至电扶梯断路器上口。

当出线电压暂降或骤升时，AVC DVR可以在3 ms内将电压稳定在额定电压值。安装完成后，经电压暂降测试，给定电压值270 V、时间70 ms。三相电压没有明显下降，正弦波正常。如图2所示。

图1 DVR工作原理

图2 电压波形

AVC DVR记录显示启动一次，电压补充正常。此次电扶梯设备的电压暂降治理，是在大量的数据分析前提下，进行了充分的论证。特别是针对航站楼供电的特殊性提出了更高的要求。并结合当前主流设备进行改造。结果表明，AVC DVR对于电压异常能快速的进行调节，调节幅值和时间响应均对设备没有伤害，并能够有效稳定电压，受保护设备能持续运行，不再受电压暂降的影响。为航站楼平稳运行，旅客顺利出行提供了强大的保障。

6 结 论

通过对电压暂降的分析，提出了具体措施。对于大型公建设施及重要政治用户在治理电压暂降方面提出建议并具有指导意义。因此，进行这方面分析研究具有十分现实的意义，并在相关设备上进行电压暂降治理，取得了良好的效果。使用AVC DVR在单一设备上效果良好，能够在极短时间内恢复正常电压水平，使设备运行正常。