深圳市机场（集团）有限公司动力分公司 广东 深圳 518000
【摘 要】机场供配电系统直接关系到机场安全运行和服务品质。本文通过介绍机场10kV配电系统的现状和存在的问题，提出开关柜接线方式及总体布置、开关柜设备选型、电能计量改造及电测量装置、控制及保护系统的改造方案，阐述改造施工方式，并对改造后实施效果提出一些改进意见，以期全面提升机场的供配电水平。
【关键词】机场；10kV配电系统；电能计量；保护系统；改进
引言
配电系统在电力系统中具有重要的地位，它的完善与否直接关系着用户的用电可靠性和用电质量。机场在用的配电设备运行多年，许多是陈旧落后的，故障率也在逐年增加。由于资金不足和相关部门保护意识不够等原因，不能及时更新改造，这对供电的安全可靠运行构成了极大的隐患，影响着机场的安全供电和飞行安全，因此对配电系统的更新改造势在必行。本文就机场10kV配电系统存在的问题及更新改造展开探讨。
1 设备现状及存在的问题
某机场变为110kV变电站，10kV系统为单母线分段接线方式。10kV开关柜为GG-1A型高压开关柜，内置ZN21型真空开关，开放式柜体，无防护等级，无防尘、防潮、防小动物等措施。柜内10kV真空开关配置的真空泡为早期韩国产真空泡，从最近几年年检检测情况来看，使用年限超过十年后，每年都有发现真空泡故障或试验不合格情况，而且故障率呈加速上升趋势。10kV系统配置的保护为南瑞ISA-1型微机保护装置，运行期达十三年，已超过规程规定的运行年限，装置元器件老化情况较严重，近年来插件故障率也大大增加，而且旧型号难以满足当前变电站运行、监视、维护对综合自动化的要求。
10kV系统还存在以下缺陷和改造中需要解决的主要问题:(1)10kV系统无自动备自投功能；(2)各10kV馈线电量计量装置误差大；(3)改造施工工期应尽可能短，施工期间必须保证对下属10kV变电站不间断供电。
2 改进
本次变电站10kV系统更新改造，计划拆除所有原10kV开关柜设备，同时安装新的10kV户内成套开关柜。根据机场供电一级负荷要求、机场负荷发展要求、新的国家技术规范要求、机场供电运行维护要求等，在原电气设计基础上进行改造。
改造应遵循保障机场安全可靠供电、节约投资、降低成本、减少工作量、减少施工时间、不中断用户供电、保证施工安全的原则，改造后的设备在配置、功能、布置等方面均应满足机场变电站安全、优质、经济运行的需要。
2.1 开关柜接线方式及总体布置
10kV系统的接线方式仍按原设计为单母分段接线(如图所示)，两台110kV主变各带一段10kV母线，10kV馈出线均为电缆出线，共36回出线，2台站用变，2台接地变，2组电容器，开关柜采用屋内成套配电装置。
由于机场供电负荷的特殊性:要求下属各10kV变电站正常运行时必须保证双路10kV供电，为减少改造工程对航空安全的影响，单路供电时间必须尽可能短。机场现有10kV开关室空间位置足够，室内电缆沟、设备基础均可以利用，因此决定在原开关柜基础上进行适当改造，然后安装新的成套开关柜。结合电气主接线方式、开关柜型式、变电站总体设备布置形式，以及现开关室建筑结构，确定新配电装置仍采用双列面对面布置。各10kV柜具体排列位置，根据110kV主变10kV母排进线位置、各10kV电缆出线的位置进行确定。Ⅰ、Ⅱ段主变进线柜位置确定在室外母线桥进户处，以减少室内母线桥长度。室内母线桥均采用全封闭结构。
2.2 开关柜设备选型
选用设备原则:技术的先进、成熟、可靠性，供电运行的安全可靠、维护方便，适应近远期机场供电负荷需求，同时设备还应适应变电站现有环境特点及满足现有开关室土建布置要求。
(1)断路器的选择
断路器的额定电流的确定，需要考虑满足机场总用电负荷的需求(按远期两台25MVA变压器供电容量考虑)及各馈线用电负荷需求；并验算额定短路开断电流、动热稳定电流，按照机场10kV系统短路容量并考虑系统远期容量来进线验算。
我们配置的是目前较先进的全固封式极柱固体绝缘可抽出式真空断路器(ABB公司VD4型断路器，额定短路开断电流为31.5KA)。操作机构配置弹簧操作机构，操作电流小，维护方便，可手动、电动操作。
(2)柜体的选择
因变电站地处南方临近海边，空气潮湿、盐分大，而原10kV开关室安装空间足够等这些现场环境条件特点，开关柜型式选用金属铠装全封闭中置式开关柜，防护等级:IP4X。我们要求柜内带电导体满足一定的空间距离:空气绝缘时，任何一点对地及相间净距不小于125mm；采用复合绝缘时任何一点对地及相间净距不小于100mm。柜内所有母线采用热缩绝缘包缠，柜内各组件及其支持绝缘件的爬电比距不小于25mm/kV(按最高运行电压计算)。在各开关柜内装设温湿度控制器自动控制的加热器，且应在断路器室和电缆室分别安装加热器、传感器。开关柜柜体结构框架、外壳和隔板应采用进口敷铝锌钢板(厚度不小于2.0mm)。
根据现有开关室的房间尺寸及开关的布置方式，确定开关柜的尺寸大小。
2.3 电能计量改造及电测量装置
机场变通过10kV电缆向场内各单位供电，电能计量点设在本站10kV柜内，要求各开关柜内的电能计量装置能精确计量，满足计费用电能计量表要求。10kV系统的电测量系统需满足变电站综合自动化系统的要求。
(1)确定各10kV馈线计量装置类别
根据各馈线变压器容量大部分在2000～1000kVA之间，最大不超过8000kVA，确定均为II、III类电能计量装置，本站统一按II类电能计量装置配置电表及互感器。
(2)电流互感器的选择
因机场各馈线用电负荷特点为:正常负荷电流很小而随季节用电负荷变化大，约为额定电流(Ie)的0.1～0.5倍之间，而且每日不同时段负荷变化也大。①额定电流:根据各馈线的变压器容量选取，因机场变10kV系统短路容量大，为满足互感器动热稳定电流要求(动稳定电流应大于32KA)，对于2000～1000kVA馈线的电流互感器额定电流选取100/5A；②二次绕组:采用双变比三绕组，即计量、测量、保护三绕组，精度为0.2S/0.5/5P20，其中，精度0.2S级绕组，为计量专用，0.5级绕组供测量仪表及监控装置电测量采样，计量、测量绕组为带抽头的双变比绕组，根据负荷大小灵活选择变比；③结构型式:树脂浇注全封闭结构，可防尘防锈防潮。
(3)电压互感器的选择
机场变为单母线分段供电方式，每段母线10kV馈线共18条，加上进线柜、接地变柜、电容器柜等，电压互感器供电的负荷超过20个柜的表计，互感器二次负载大，要求互感器有足够的容量，否则二次电压损耗大，不能满足计量精度要求。为此，①我们在每段上母线安装两组电压互感器，一组为计量专用电压互感器，专供计费电能表使用；一组为控制及监测用电压互感器，供保护控制系统及监测仪表等使用；②精度及容量:计量专用电压互感器:计量绕组精度为0.2/3P级，容量为80/100VA；控制及监测电压互感器:精度为0.2/0.5/3P，容量40/40/100VA；③结构型式:树脂浇注全封闭结构；④为防止二次过压谐振，每组PT的开口三角绕组处均应装设消谐电阻或微机消谐装置，并在PT二次侧安装过电压保护装置。
(4)电能表的选择
根据机场负荷特点，选用启动电流小、标定电流小、过载倍数大(3×1.5(6)A)、高精度(有功0.5S级，无功2级)、具有微机通讯接口的多功能电子电度表，以满足馈线负荷小、变化大的特点，而且电度数据可上传变电站综自系统主机。
(5)电测量装置
各开关柜均安装有电测量采集装置，为计算机监控系统采集数据，并根据各回路需要在开关柜上安装电流、电压指示仪表。
2.4 控制及保护系统的改造
根据现有设备情况，改造原则为:拆除原有保护装置，采用微机保护监控设备，改造后的配电系统应达到实现变电站综合自动化的要求，满足机场一级负荷对可靠性的要求，实现对设备运行情况的远方监视、测量、控制、数字化管理的功能。
(1)保护监控设备的布置。
原10kV保护装置采用组屏集中安装在变电站主控室内方式，本次改造将原保护屏全部拆除，10kV系统所有保护测控装置则分散安装在各开关柜内，各柜内微机保护监控装置均带远程通信接口，通过通讯电缆直接与设在主控室的通讯管理机相连。这样从开关室至主控制室只需敷设必要的通讯电缆和极少的控制电缆，不仅今后运行、检修方便，而且大大减少改造工作量，也减少了控制室的占地面积。
(2)10kV馈线保护监控装置的功能要求
10kV馈线保护配置三相两段式相间电流保护、零序过流保护、过负荷保护，监控装置实现:开关控制操作、防误闭锁、数据采集(包括状态数据，模拟数据和脉冲数据)、事件顺序记录(SOE)等各功能。所有断路器均可实现开关室就地操作控制及微机远程操作控制。各保护和测控装置完全独立，可不依赖于测控和通信网络系统而单独运行，以确保系统的安全和可靠性。监控系统具有与其它微机综合装置的接口功能，各种带通信接口的装置，如智能电度表、微机消谐装置等智能设备均可接入变电站综合自动化系统。
(3)10kV系统备自投保护改造
变电站正常供电方式为:两台110kV主变分裂运行，每台主变各带一段母线，母联开关断开，单母线分段运行。原10kV保护装置未设置备自投功能，当一段母线失电时，无法自动恢复供电，需要手动操作投入供电，恢复供电时间长。根据现在规程规定，机场应设置备自投保护。
根据变电站供电方式，不存在一台主变空载备用运行情况，因此备自投装置仅考虑10kV母联开关的自动投入，即:当任一段10kV母线失电时，在满足备投条件时，该段进线开关(即主变低压侧开关)自动分闸，母联开关能够自动投入。
10kV备自投保护还需要注意以下几个问题:①由于10kV系统为接入接地变的接地方式，因此当10kV母联开关投入时，应防止两台接地变同时投入运行而造成接地事故，即:当母联开关投入前，必须跳开一台接地变。②当某段母线因故障跳闸失电时，需防止母联开关备投至故障处，如主变低压侧后备保护动作或接地变零序过流保护动作时，应闭锁10kV母联备自投。③由于本站110kV系统设置有备自投装置，因此需考虑10kV备自投动作时间与110kV备自投动作时限的配合，即10kV备自投应在110kV备自投之后才动作。④手动分闸10kV进线开关时备自投不应动作。
3 改造施工
工程施工方面，改造期间必须确保变电站向下属10kV单体变电站安全不间断供电，同时保证施工安全。按此原则，要求施工单位制定详尽的施工方案，特别是应与运行方共同制定好应对施工期间变电站各种可能的供电故障情况的应急供电预案。
根据变电站单母分段的电气接线形式采取分段施工方式:一台主变运行、另一台主变停电，10kV母线分段停电的方式，分两阶段进行10kV配电装置的改造施工。在拆除旧10kV开关柜后，施工方对原基础进行了适当处理，主要是采取在原基础上加装扁钢等措施，以达到新开关柜体的安装要求。
施工中，监督施工方严格按规范施工、严格遵守变电安全工作规程及变电站的各项规章制度。安装后，按规范要求对柜内所有电气设备进行交接试验，对保护监控装置进行整定、调试、试验，验收合格后方可投运。
4 实施效果及改进意见
改造后的效果，从10kV配电开关柜安装布置来看，安装后柜前操作通道实际宽度为2000mm＜1400(双车长度)+900mm，即对于双列面对面布置的开关柜来说，略小于规程要求的2300mm，这是因为受现有10kV开关室宽度限制，同时需优先考虑满足柜后维护通道大于800mm宽度要求以及受原高压电缆沟位置限制等影响。从实际开关手车运行操作情况看，2m的柜前操作通道可以满足要求。
从设备运行情况看，自投运以来已安全运行近一年，设备运行稳定，10kV馈线计量准确度有明显提高，变电站的总用电回收率由改造前的平均93.6%提高至98.2%。
本次改造也存在一些问题和需要改进的方面。一是，选用的电子电能表每台电表的电压回路功耗约为4VA，共20台表，加上二次线路损耗，计量专用电压互感器额定容量80VA仍显不足。对此，建议今后选型时考虑功耗小的电表及选择更大容量互感器。二是，从10kV开关柜至监控系统后台的遥测信息相应时间及遥信变化响应时间较长，最长时达10s左右。对此，可在10kV开关室设置就地通讯管理机加以改进。
5 结语
综上所述，本文对某机场变电站10kV配电系统的更新改造，改造的方案是更新所有10kV 一、二次设备，该方案可保障机场安全可靠供电、降低成本，缩短施工时间及保证施工安全，改造后的设备在配置、功能、布置等方面均满足了机场变电站安全、优质、经济运行的需要。从近一年运行情况看，设备运行稳定，10kV馈线计量准确度有明显提高，变电站的总用电回收率也有提高。由此可见，该改造方案是成功的，具有显著的实施效果。
参考文献：
[1]蔡晓红,陈如忠,王文艺.厦门机场旧航管楼10kV变电站改造[J].建筑电气.2010
[2]刘志云.微机继电保护在10KV配电系统继保升级改造中的应用[J].山东工业技术.2014
[3]王会贤.10kV变配电站设备改造及维护对策分析[J].工程技术:文摘版.2016
论文作者:李柳全
论文发表刊物:《低碳地产》2016年8月第15期
论文发表时间:2016/11/8
标签：变电站论文; 开关柜论文; 机场论文; 母线论文; 系统论文; 装置论文; 柜内论文; 《低碳地产》2016年8月第15期论文;