助航灯光供配电系统中低压缺相保护功能的实现

王玉龙, 安志成, 陈利戈

(青岛国际机场集团有限公司, 山东 青岛 266300)

0 引 言

机场供配电系统的稳定运行是助航灯光安全、稳定运行的核心基础。低压配电缺相是常见的供配电故障之一,当发生此故障时如果应急起动不及时会严重影响飞行安全。现阶段对低压缺相保护方面研究更多的主要是对其故障的判断及处理[1],而在助航灯光供配电系统中,更重要的是当出现类似故障情况时如何更快速的做出应急反应,只有不断提高应急反应的能力,确保助航灯光稳定运行,才能确保飞机的平稳起降。

1 项目概述

青岛机场助航灯光供配电系统由两路市电及备用发电机组成,两路高压市电独立运行,通过变压器输出到400 V低压端的低压系统配置联络柜,当其中一路低压市电发生故障时,通过备自投判断并切换,通过联络柜由一路市电带两路运行;当两路低压市电均故障时,备用发电机起动供电,通过联络柜带两路负载运行。

2023年上半年,某机场供电线路突发故障导致电源缺相,造成机场部分滑行道助航灯光失效。事件发生约90 min后,经现场操作并检查确认助航灯光全部恢复正常,其间对航空器正常运行造成了一定影响。经调查,造成此次事件的直接原因为某高压A相架空导线引流线(跳线线夹)断裂造成电源缺相,其次机场供电高压开关柜和助航灯光低压开关柜备自投开关未实现自动切换,原设计方案未考虑缺相自动切换功能,这一设计缺陷直接导致了机场部分助航灯光的短暂瘫痪。

2 方案分析

针对低压配电缺相故障问题,青岛机场深入研究,制定多套措施,经过多次技术论证,从设备逻辑控制功能入手,升级控制软件故障处置程序,以“安全性高、成本低”的技术方案,解决因低压配电缺相故障带来的运行安全隐患。

2.1 基于三相电压继电器检测功能的改造方案

2.1.1 方案原理

基于三相电压继电器的低电压或缺相检测功能,将检测后输出信号直接作用于断路器分闸线圈,实现低电压或缺相跳闸,联络投入。基于三相电压继电器的低电压或缺相检测功能,检测后输出信号接入PLC系统,由PLC进行逻辑判断,并进行低电压或缺相分闸,联络投入。该方案采用施耐德三相电压控制继电器RM22TR33,具备过压与欠压监测、相位顺序、相位故障监测功能,有两组常开、常闭触点。当监测的电压出现缺相故障时,该控制继电器的触点可用于跳开回路和上传报警信号。

2.1.2 该改造方案的适用情况

(1) 针对助航灯光单母线分段两市电、一联络的低压自动切换配电系统[2],控制继电器RM22TR33检测到的缺相信号输出至断路器的分闸线圈或PLC控制系统的分闸输入信号,切掉缺相供电回路,母联自动投入,一路市电带两路市电运行。

(2) 控制继电器RM22TR33检测到的缺相信号直接作用于开关分闸,且不判定为开关故障,避免正常供电回路不能自动投入。

(3) 大多数的助航灯光低压配电系统可实现该改造模式。

2.2 基于一体化备自投装置逻辑控制功能的改造方案

2.2.1 方案原理

一体化备自投装置直接采样三相电压信号,内部取样电路输出电压值至内嵌PLC模块,由内嵌PLC模块进行逻辑判断,并进行低电压或缺相分闸,联络投入。

青岛机场灯光站低压系统一体化备自投装置采用嵌入式SOC设计、优化全波FFT技术、内嵌PLC模块,具备传输报警信号的通信接口,通过升级逻辑控制程序后具备缺相保护功能。

2.2.2 该改造方案的适用情况

主要针对配置一体化备自投装置的低压自动切换配电系统,升级逻辑控制程序后实现缺相保护功能。一体化备自投装置低压配电系统图如图1所示。

图1 一体化备自投装置低压配电系统图

备自投装置控制程序升级后,控制逻辑如下:① “1#进线L1、L2、L3相无压”,“2#进线三相有压”最终“跳QF1”,“合QF3”;② “2#进线L1、L2、L3相无压”,“1#进线三相有压”最终“跳QF2”,“合QF3”;③ “1#进线L1、L2、L3相无压”,“2#进线L1、L2、L3相无压”最终,“跳QF1”和“跳QF2”,柴油发电机组投入运行;④ 在1#进线或2#进线缺相状态下实现电源切换功能。

备自投装置分段互投逻辑图如图2所示。

图2 备自投装置分段互投逻辑图

3 方案选择

3.1 基于三相电压继电器检测功能的改造方案

三相电压控制继电器可检测三相电压,通过参数设定实现缺相、过压、欠压等情况时的保护功能。

3.1.1 方案优点

该方案优点是,缺相情况下,控制继电器会立即输出跳闸信号并发出报警信号,备自投收到跳闸信号后立即投入,低压母联合闸,确保两路市电运行正常,外场助航灯光持续稳定运行。

3.1.2 方案缺点

该方案缺点如下:① 需PLC系统判断并执行分合闸动作,无PLC系统的配电系统需增加报警回路;② PLC改造时需不停航施工且需带电作业,安全隐患较大;③ 对低压柜进行改造,该工程量大,费用较高。

3.2 基于一体化备自投装置逻辑控制功能的改造方案

3.2.1 方案优点

该方案优点如下:① 不需要对低压柜进行改造,现场通过升级备自投装置逻辑控制程序后就可以实现缺相保护切换功能[3];② 备自投装置具有通信功能,可上传装置动作记录。

3.2.2 方案缺点

报警信息为装置动作信息,不能判断是否因缺相引起的备自投装置动作,如需明确更详细的报警信息,则要对系统做进一步的完善和改进。

经过多次综合评估,青岛机场明确将“基于一体化备自投装置逻辑控制功能的改造方案”作为主用方案,同时保留基于三相电压继电器检测功能的改造方案为备用方案。

4 使用效果验证

对于传统的或者使用相对老旧的低压配电系统而言,需要加装三相电压继电器装置实现缺相保护功能;对于新建或者经改造使用的较为新进的一体化备自投装置的低压配电系统而言,如青岛机场助航灯光低压配电系统,升级逻辑控制程序后即可实现低压缺相保护功能。

青岛机场低压配电缺相保护改造方案实施后,现场通过拆除其中一相取样电压模拟缺相故障进行验证,缺相回路跳闸,联络投入正常,缺项保护功能测试正常。备自投缺相保护起动如图3所示。

图3 备自投缺相保护起动

5 结 语

本文研究了青岛机场助航灯光供配电系统中低压缺相故障的两种基本应对方案,根据设备运行情况并通过现场测试确定以备自投自起动方式为主的缺相保护功能方案。这一方案优势明显,极大缩短了设备故障后的应急反应时间,进一步提升了外场助航灯光系统的运行稳定性。解决该问题后,青岛机场助航灯光工作人员将结合行业的特殊性和专业的供配电知识体系,针对缺相故障的判断与处理和报警监测方面进行深入研究,不断提高助航灯光机务员的供配电业务检修能力和应急值守能力。