浦东机场二期供配电工程的规划设计

浦东机场二期供配电工程的规划设计

刘澄波

(上海市政工程设计研究院,上海　200092)

供电安全性摘　要:结合浦东机场供配电特点,对供配电系统中电压等级选择、分析、中心变电所站址选择、系统配电模式和电力监控的设置要求等方面进行了论述。详尽介绍了浦东机场二期供配电工程在规划设计阶段的一些思考方向和方法,明确了一个合理正确的规划设计想法对具体工程建设具有的重要意义。

刘澄波(1968—),男,

关键词:机场;供配电系统;中心变电所中图分类号:TU852　文献标志码:B　文章编号:167428417(2010)0420066205

高级工程师,从事市政建筑工程电气设计工作。

0　引　言

　　浦东国际机场作为一个大型机场,负荷分布具有总体分散、局部集中的特点,形成了数个以航站楼、卫星厅和能源中心为中心的负荷中心。机场规划周期长,其负荷按建设分期有数个集中增长期。因此,机场的用电规划应按照总体工程中制定的“一次规划,分期建设,滚动发展”原则进行。

也存在110kV和220kV供电的可能性,但存在以下明显的不足.

(1)由于机场内及其周围对架空线有,110kV或220kV变电站深入机场内部将采用相

当长的电缆线路,其造价将大大提高。

(2)根据机场供电负荷总体分散、局部集中的特点,采用110kV或220kV电压等级供电仍然需要设置35kV中心变电所配合。

(3)机场内建设一座220kV变电站,对上海浦东国际机场最终形成的大型机场而言,供电可靠性稍差,且机场中部大面积地区为飞行区和航站区,不宜设置大型变电站,因此,只能设置在南部或北部,并不能解决深入负荷中心的问题。

(4)目前上海地区的110kV电网主要存在于轨道交通工程中,电网较弱,不宜作为机场电源。

(5)机场建设周期长,负荷增长时期相应也

1　结合机场自身特点变电所确定采用

35kV电压等级

　　上海浦东国际机场一期工程已建设35kV变电所3座。二期工程前期先行在建35kV4中心变电所,35kV电源由就近电力公司220kV变电站提供。

根据确定的机场总体规划,扩建工程将建设T2航站楼,增加容量约65MVA;2010～2015年

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长,建设220kV变电站作为机场专用站不仅投资大,需要提前投资,而且不利于供电设施的充分利用。如果采用220kV供电,则2007年就需建成220kV变电站,而该站的规模是要按满足

远景(约2030年以后)所需容量,明显不合理。

(6)由于目前已经建成35kV1#～3#中心变

将建设东卫星厅,增加容量约20MVA;远期将建设航站楼T3和西卫星厅,增加容量约50MVA。另外,随着机场的不断发展,机场还将逐步发展机场东北部的东工作区、西部货运区、南部机务维修区以及东南部发展用地等,至2015年容量约可达到150MVA。

当然,按照最终(远景约2030年)规模,机场

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电站及即将建成35kV4中心变电所,如果采用220kV或110kV供电,原电源工程会面临废弃,

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・供配电・

造成浪费。

因此,用“一个用户一个供电点”的供电常规要求对浦东机场供电显然是不合适的。事实上,该要求在一期建设中已被打破,因此,一期时确

)定的原则(即“一次规划,分期建设,滚动发展”仍然适用。一期建设时机场指挥部与电业部门

经过研究和规划确定的一期由北部提供35kV电源,二期考虑南北供电的方案是合理的,所以规划上机场供电仍然按需要分区域逐步建设35kV变电所。

不会影响机场的正常运行。当某个10kV变电所完全故障或2路电源全部失电时,通过柴油发电机和UPS的投运,将影响机场部分区域内(如一期工程中航站楼的1/10～1/8区域)次要设备的供电。因此,通过合理调配,仍然可以保证机场的运行。

同样,场区内35kV中心变电所内1路电源失电、1台变压器或I段母线故障时,将不影响机场的正常运行。当2路电源失电、2台变压器故障,下属10kV变电所需要减负运行。因此,需要机场当局合理调整运行方案或通过柴油发电机的投运,保证机场的正常运行。当3路电源失电或35kV中心变电所完全故障时,可能造成航站楼的重要负荷必须依靠柴油发电机和UPS供电,而辅助设施必须停运。因此,在短时间内如无法恢复供电,机场当局需制定应急预案,充分利用浦东国际机场多航站楼(T1、T2航站楼及卫星厅等)和上海一市两场(浦东、虹桥)的优势,减轻受影响区域的压力,并组织充足的柴油供应,保证不会造成重大影响。

2　供电安全性作为机场供电工程规划设计的重要因素

　　浦东国际机场二期工程建成后,将成为国际性的大型航空枢纽机场,对于国际性大型机场的供电安全性问题,应进行详细的分析和研究。

根据国家标准GB50052—1995《供配电系统设计规范》有关规定,定位为国际航空枢纽港的浦东国际机场,其航站楼、灯光站等设施中的大部分负荷属于一级负荷中的特别重要负荷。因此,在这些变电所的设计中,都考虑了2路10kV电源进线,设置柴油发电机应急电源的方案,甚至设置不间断电源(UPS)。这是因为,理论上电网无法保证绝对可靠,柴油发电机应急电源和UPS的设置可赢得维修的时间或应急预案实施的时间。另外,3路35kV电源进线和3台主变压器构成的3个线路变压器组,6段10kV母线中2段母线提供的电源,可以满足规范“当一个电源发生故障时,另一个电源不应同时受到损坏”的要求。

但是,在GB50052—1995《供配电系统设计规范》第2.0.3条条文的解释中指出:“多年来实际运行经验表明,电气故障是无法在某个范围内的,电力部门从未保证过供电不中断”。浦东国际机场二期建成后,其客运能力将从每年2000万人次增长至6000万人次,即规模为现有规模的3倍。规模的扩大、负荷的增加、情况的复杂多变,将不得不考虑电网出现故障造成区域停电的状况。

根据目前浦东国际机场变电所设计全备用的原则,航站楼、灯光站等重要的10kV变电所内1路电源失电、1台变压器或Ι段母线故障,将

3　中心变电所需布置于负荷中心并兼顾

供电的灵活性要求

　　浦东机场二期工程的中心变电所主要涉及

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4和5两座35kV变电所,中心变电所的选址是变电所设计工作的一项重要组成部分。变电所选址首先必须满足电力规划的要求,符合规划确定的电力系统供电合理性。其次,要考虑变电所尽可能布置于供电范围的负荷中心,以利于节省配出电缆投资和运行节能。同时,变电所选址还要考虑建设时施工的方便和运行时管理的便捷,并为配出电力通道的实施创造条件。

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35kV4中心变电所项目是浦东机场二期工程第一批实施的工程之一。由于当时二期航站

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楼方案尚未最终确定,先行设计建设的35kV4中心变电所应能满足可能出现的变化。根据机

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场供电规划,35kV4中心变电所的服务范围是机场东北部,包括二期飞行区、市政泵站、东工作区南部航站配套区和中部的物流区、商务区等。

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35kV4中心变电所的选址在靠近负荷中心这一原则问题上遇到了难题。由于当时T2航站楼方案的不确定性,使东工作区南侧预留二期航站楼

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・供配电・

配套设施地块的负荷量一直无法明确。因此,

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35kV4中心变电所的位置设置需要灵活,满足可能的变化。根据当时具体的条件,确定将

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35kV4中心变电站设置在海天东五路南侧,远航东路西侧。无论是东工作区南侧负荷量大,还是中部负荷量大,均不会出现较大的不合理性,可较灵活地满足航站楼方案变化所带来的负荷重心偏移要求和向东工作区中部送电的规划要求。并且,当时海天东五路已形成,为变电所的施工创造了有利条件,对后续规划影响也最小。随着二期工程进一步深化,T2航站楼及其能源中心布置已明朗化。从目前已实施的工程格#

局看,当时35kV4中心变电所的选址与这些后续工程的供电要求是合拍的。#

又如,根据机场规划,35kV5中心变电所供电范围为T2航站楼、二期交通中心及远期T3航站楼。按总体规划布置,远期T3航站楼位于T2航站楼的南侧,再向南为远期规划东西卫星厅候机楼。由于T3航站楼和东西卫星厅尚在规划阶段,故存在一些不确定因素。同时,虽然东西卫星厅按规划将由机场远期南区35kV中心变电所供电,但目前机场南部的城市电网还很薄弱,机场内南部电网将受制于外围电网的建设,故存在东西卫星厅建设时,需要有机场北部电源支援

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供电的可能。因此,35kV5中心变电所的选址

仍然应以紧靠负荷中心为依据,并满足灵活性要求,适应可能的变化因素。

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35kV5中心变电所要求设置于二期航站楼区域内。结合航站楼建筑总体布置,中心变电所只能布置于航站区南北两端,有3个选址方案。方案一:中心变电所布置于航站楼二期交通中心南侧。方案二:变电所布置于航站楼北侧,结合航站楼景观墙一同设置。方案三:变电所布置于二期交通中心北侧,与车库合建。按整个二期航站楼区域的布置,虽然靠南端的方案一比靠北端的其他两个方案用地紧张,但方案一最接近二期航站区地理位置中心,位于近远期负荷的中间,并可南北兼顾,方案二、方案三无该优势。同时,T2航站楼北侧已紧邻东工作区,故远期T2航站楼北侧不会有较大变化。东工作区即将建成的35kV4中心变电所完全可以满足T2航站楼以北区域的供电。故方案二、方案三将不会在其供电负荷的中心,其供电方向只有向南(两站关系见图1),将来T3航站楼甚至支援东西卫星厅的大量10kV电源电缆将穿越T2航站楼,会出现电缆通道拥挤,供电距离长等

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不合理因素。另外,方案二、方案三所处地点的市政管线较为密集,不利于电缆通道建设,无论是现有管线搬迁,还是新设管线改道均会增加建设投资。

图1　二期工程35kV变电所选址示意图

　　综合比较后,设计推荐了方案一。后来工程具体实施也是按方案一确定的站址进行。

在机场二期工程后期建设中,机场南区的机务维修区负荷发展较快,而南区外电网却一直空白,需要北部变电所临时供电支援。所以,

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35kV5中心变电所当时选址的战略南移,为后

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期机务维修区在南部电源站未建设时的临时供电创造了可能。

4　组建以中心变电所为主、开关站为辅的

配电模式

　　机场占地广,用电负荷具有其特有的布局特

・供配电・

点:总体分散、局部集中,形成数个以航站楼、卫星厅及能源中心为负荷中心所组成的负荷群落,这些负荷群落容量大、重要性高。因此,中心变电所的设置均与这些负荷群落相匹配。随着机场的发展,即负荷群落数量逐次增加,中心变电所相应递增,达到“一次规划,分期建设,滚动发展”的目的。因此,中心变电所的布局和数量按照机场整体规划应是有序和明确的。

机场除了航站楼、卫星厅、能源中心等用电大户外,尚有飞行区及许多配套辅助设施需供电。飞行区占地广,负荷容量不大,而负荷重要性最高,直接影响机场运作,其规划建设期明确。其余辅助设施单个负荷容量小,但数量众多,分散在陆侧各规划地块内,建设单位多,规划建设期参差不齐,除机场直属各设施规划建设期明确,其余具有不确定性。针对这一负荷特点,中心变电所的供电需统筹考虑。

根据变电所设计规范和机场建设经验,中心变电所一般均采用三主变方案,容量在3×16～25MVA,10kV系统采用六分段接线,共有48个左右的10kV出线仓位。市政道路下的电力排管作为中心变电所的配套设施,排管孔数的设置与仓位数匹配,并预留一定裕量,用于地块间联络和发展。所以,机场电网的资源直接反映在出线仓位数和电力通道数上。从机场供电系统的结构和服务范围上看,中心变电所的主变压器容量与出线仓位供出容量应匹配,避免因每个出线容量过小使主变容量无法全部供出,造成仓位资源、排管资源浪费的情况出现。根据机场负荷特点,航站设施、飞行保障设施等负荷性质相对重要、建设期明确,均要求以放射式配电方式供电。其余众多机场辅助设施中负荷性质相对较低建设期又不明确的负荷,若直接由中心变电所以放射供电,会造成上述仓位紧缺并使容量不匹配的局面出现,故需要采用建设开关站增扩出线仓位和环网供电等方案解决。一般考虑如道路照明类负荷采用环网供电,在待开发的地块分区域设置开关站,开关站由中心变电所2～3回馈出供电,开关站出线仓位和容量与对应地块中的负荷设施匹配。

建设开关站的另一个好处是使供电系统变得灵活。中心变电所的建设是有序和明确的,只

有待大容量负荷群落建设时才会启动建设中心变电所。局部小负荷的提前建设,通过开关站由机场现有电网先期供电,远期附近中心变电所建设时再切换至就近电源站。

当然,开关站是需要投资的,不是越多越好,其建设应根据规划参照服务范围、负荷性质、通道资源、负荷容量与建设发展情况确定,做到经济合理。

5　机场电力监控系统的建立与扩展浦东国际机场二期工程供配电工程主要包##

括35kV4/5中心变电所、T2航站楼、能源中心、交通中心10kV等变配电所。加上一期工程已建变电所和远期规划变电所,将来机场全部建成后约有8个35kV变电所、100多个10kV变电所或开关站。这些重要变配电所属用户站性质,由机场自行管理。

变电所、开关站按服务性质分布在机场各个功能区内,其中相当一部分为无人值守或要求发展为无人值守型,各站之间距离远,甚至有禁区相隔。这种网络分散格局给电力系统运营管理带来难度,尤其对突发事故的处理及时性方面提出了更高的要求。为确保供配电系统万无一失,完善管理、调度,有必要建立一个完整的、具有技术先进、经济合理和适合机场特点的机场变电所电力监控系统。

机场电力监控系统的建设可以很好地实现对重要变配电所的供电设备运行状况进行远程集中监测,对信息数据进行集中处理、显示、报警、打印和存储,便于运行人员实时掌握在网设备的工作情况。一旦电力系统出现供电失常或发生故障,运行人员可以在第一时间了解这些重要站的在线实况,作出及时和准确的判断,启动应急预案,以利于控制事态扩大和事故的处理分析,缩短失电用户的恢复时间,提高系统供电的可靠性。从电力系统运营管理角度看,也为管理机构进行资源优化配置创造了条件,大幅提高了工作效率。

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二期工程在4中心变电所2层设置了机场电力监控中心,网络示意图如图2所示。设计中充分考虑系统的安全可靠性、完整性、先进性和合理性,全面考虑,面向未来。机场电力监控中

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・供配电・

心不仅用于管理调度已建的35kV中心变电所、

10kV开关站、重要的终端10kV变配电所,并且

为规划后续建设对机场运营至关重要的各类配

变电所的接入预留了接口。

图2　机场电力监控网络示意图

　　根据机场具体特点,机场电力监控中心重点

在于监测,所以变电所的控制以就地控制为主,电力监控中心主要功能为监视和管理,即遥测、遥信的运行模式。考虑今后发展,预留遥控、遥调的功能。

设发展进程是相互协调的,较好满足了浦东机场二期扩建对电力建设的需求。

6　结　语

机场供配电系统有其特殊性,因此,抓住机场特点做好前期规划设计相当重要。浦东机场二期供配电工程总体规划设计与二期各阶段建

[1]　GB50052—1995　供配电系统设计规范[S].

收稿日期:2010-01-12

DesignandPlanningofSecond2PhaseProjectofPudongAirport

PowerSupplyandDistribution

LIUChengbo

(ShanghaiMunicipalEngineeringDesignInstitute,Shanghai200092,China)

　　Abstract:CombinedwiththepowersupplyanddistributioncharacteristicsofPudongAirport,thevoltageclassifi2

cation,powersupplysafetyanalysis,addresschoseofcentersubstation,systempowerdistributionmodeandsetupofe2lectricmonitoringinpowersupplyanddistributionsystemwerediscussed.Somethoughtsandwaysofthesecond2phaseprojectofPudongAirportpowersupplyanddistributioninthestageofplanninganddesignwereintroducedindetail.Theimportantmeaningthatareasonableandcorrectplanningtoaspecificengineeringconstructionwasexplicit.

Keywords:airport;powersupplyanddistributionsystem;centralsubstation

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