摘要：本文通过“油改电”实施中遇到的供配电增容改造的难题，对民用机场登机桥、APU替代设备与特种车充电桩共用供电方式及智能分配装置进行了的全面、详细的研究，基于投入试运行的成功经验，提出了相关建议。 

　　说明：本文会较多提到登机桥和APU替代设备（包括飞机地面400HZ电源和地面空调），目前两种设备组合没有明确定义，为了便于描述，本文将登机桥和APU替代设备简称为近机位设备，待有正式名称后予以修正。 

　　关键词：电力  智能  设备  充电桩   

　　一、研究背景 

　　2015年，长沙机场在“油改电”试点过程中，电动特种车充电桩（以下简称充电桩）配套的供配电系统增容改造工程造价很高，占据了整个项目近四分之一资金，严重制约了“油改电”的工作进程和推广，经过现场勘查和思考，感觉有必要对近机位设备和充电桩共用供电方式进行研究。 

　　二、研究意义 

　　研究初始，长沙机场“油改电”项目已完成T2航站楼A、C岛和货站充电桩供电设施改造，T1航站楼和T2航站楼B岛区域待实施，按原供配电改造方案实施，投资在500万元以上，如能够采用与近机位设备共用供电方式，可充分利用原有电力容量，降低建设成本，大大降低工程投资。 

　　按照民航局“油改电”试点机场经验要向全国推广的思路，研究具有很好的经济和社会效益，将大幅降低“油改电”投资占比最高的电力设施增容改造成本，为绿色机场建设开辟新路径。 

　　三、研究的前置条件 

　　（一）运行条件。根据机场运行特点，近机位设备和充电桩不会同时达到最高用电负荷，同时充电桩用电负荷小于近机位设备，基于这两个原因，二者具备共用供电设施前提条件。 

　　（二）技术条件。通过了解和咨询，在电力设计方案优化过程中与电力专家沟通，共用供电理论上可行，但从技术性、安全性、适用性等方面还需要进一步论证。 

　　（三）市场条件。市场没有符合要求的产品，国内电动特种车只在试点机场开始应用，没有形成市场需求，但这一产品在“油改电”供配电环节可发挥重要作用。 

　　四、近机位设备与充电桩共用供电理论分析 

　　近机位设备和充电桩都需要稳定电力供应。单独为充电桩建设配电设施投资很高，近机位设备为飞机提供靠桥、电力和空调服务时需供电，当气候冷热条件非极端时设备不需最大功率，在负载闲置或有富余时，可将电力供应给充电桩，充分利用现有电力资源，不需要增加供电容量和设施，可合理配置资源，节约建设成本。 

　　（一）近机位设备与充电桩共用供电的有效性 

　　充电桩作为三级负荷，功率大小主要有40KW低压、60KW和 120KW高压等几种类型；机场近机位设备电力负载容量充足，一般单桥（C、D类机位）达到350KW以上、双桥（E、F类机位）达到450KW以上，其配套变电站、配电箱功率都大于对应负载的充电桩功率；充电桩用电负荷小于近机位设备。这就具备了近机位设备与充电桩共用供电的基础条件和有效性，充电桩端负载能够共享到近机位设备富余电力。 

　　（二）近机位设备与充电桩共用供电的时序性 

　　主要表现在两方面：确保近机位设备供电和两者共用供电的不冲突性。 

　　1.飞机靠泊时，近机位设备工作，登机桥需对接、地面400HZ电源和地面空调需给飞机供应电力和空调，此时客梯车、摆渡车、行李传送车、升降平台车、行李拖车头等电动特种车辆也是作业时间，为飞机提供各类保障。此时近机位设备处于用电状态，电动车辆处于作业时间而非充电状态，不需要使用充电桩，充电桩处于零负荷状态，不需要供电。当飞机离场时，近机位设备停止运行，而此时恰恰是电动车充电时间，所有电量负荷都可分配至充电桩为电动车充电。 

　　2.电力确保给近机位设备优先供电，同时可自动采集供电主回路电流、电压、功率等数据，分析近机位设备用电负荷容量是否有富余,如有较大富余电量，则在确保近机位设备稳定供电的同时，系统自动分配富余电量给充电桩；一旦采集到近机位设备无用电需求信号时，系统会发送信号给充电桩配电箱内的切换系统，切换系统合闸供给充电桩,实现电力共享。 

　　通过以上分析，近机位设备和充电桩可共用供电设施，前提是提供电力的配电系统计算精确、切换及时，可做到有序合理供电，消除用电冲突，确保给二者安全稳定供电。 

　　五、近机位设备与充电桩共用供电逻辑分析 

　　图5-1近机位设备与充电桩共用供电功能逻辑分析图 

　　如图所示，负载A和B代表近机位和充电桩设备负载，DL0、DL1、DL2表示输入电源开关、近机位设备电源输入开关、充电桩电源输入开关。 

　　近机位设备与充电桩共用供电的前提条件： 

　　●从程序和分配条件上，确保近机位设备端(负载A)供电； 

　　●确保近机位设备供电后如有剩余电量，分配供给充电桩； 

　　●供电过程中，如果近机位设备需要用电增加到设定值，可以随时切断充电桩供电，以保证近机位设备负载用电； 

　　近机位设备与充电桩共用供电过程及逻辑的描述如下： 

　　从进线端供电给DL0，然后经DL0供给DL1(负载A：近机位设备)和DL2（负载B: 充电桩）；在逻辑设定上，确保安全稳定的供电给DL1(负载A)，再根据负载A的实际运行情况，逻辑判断是否要投切DL2给负载B供电；如果不满足投切条件，则不投切DL2，如果满足逻辑投切条件，则投切DL2给负载B供电；在同时给DL1和DL2供电的工程中，要不断监测负载A和负载B的实际用电情况，一旦实际用电超过总设定值，则立刻断开DL2以切除负载B，确保负载A的用电量。 

　　六、共用供电方式需要通过智能分配装置实现 

　　为实现近机位设备与充电桩共用供电，需要研发近机位设备与充电桩共用供电智能分配装置（以下简称智能电源分配装置），要求装置安全稳定、反应灵敏、可扩展性强、兼容数据通讯功能，同时集多重保护功能，适用机坪严苛的环境要求。 

　　智能电源分配装置，应该是集智能配电、数据采集、分析、处理和安全保护于一体的综合管理系统，是对近机位设备电源充分利用、智能分配、优化资源配置和过程控制的工控系统。 

　　七、智能电源分配装置应具备的功能 

　　（一）数据采集功能 

　　测量显示系统母线电压、回路电流、功率等电量参数，并能够多回路分别计量正向、反向有功及无功电能。 

　　（二）数据分析功能 

　　根据近机位设备和充电桩端负载变化，自动分析判断重要负荷负载率变动情况，根据采集的全电量数据进行计算和分析。 

　　（三）电源分配功能 

　　数据采集和分析为电源分配和回路切换提供数据支持，近机位设备闲置或低供能状态下智能分配电力，将闲置或富余电能智能分配给充电桩用电设备端。给充电桩负载供电的电源分配功能电流的设定，不是一个固定值，而是根据近机位设备对不同机型的负载和具体工况等来判定，根据实时数据分析自动执行，也可设置其它逻辑切换条件满足不同需要。 

　　（四）系统自身保护功能 

　　包括过电流保护、过(欠)电压保护、过负荷保护、非电量保护、断线告警等保护，为系统数据安全运行提供足够有效防护。 

　　（五）区域故障隔离功能 

　　工作中如一个或多个近机位设备发送故障，可根据电流、电压、功率、频率等电量参数在后台分析，提前预判，系统自动隔离故障回路，把故障控制在最小范围内，不妨碍其他近机位设备的安全和正常使用。 

　　（六）开关量输入输出功能 

　　可预设开关量输入输出并提供若干接口，接收来自近机位设备端负载的开关量输入信号，也可以对外输出0-20mA或其他类型开关量，方便不同负载间信号判断和信息共享。 

　　（七）通讯功能 

　　具备RS485通讯接口，通讯协议采用 MODBUS 标准通讯协议，实现对近机位设备的集中监控。系统的MODBUS通讯协议支持RTU或ASCII传送方式。 

　　八、产学研结合研发智能电源分配装置 

　　长沙机场采用产学研紧密结合的方式进行技术研究和产品开发，2017年邀请民航大学“油改电”专家组专家对近机位设备与充电桩共用供电可行性研究进行评审；技术路线成熟后，2018年开始联合有一定实力的专业厂家，共同研发智能电源分配装置，通过3C认证并进行单机测试改进，测试通过后，进行批量装配；2019年11月，长沙机场在T1航站楼安装10台智能电源分配装置，为国内机场首次应用该类型设备，目前已安全、正常运行一年，达到了设计预期，相关技术正在申报专利。 

　　图8-1长沙机场T1航站楼充电扎和智能电源分配装置安装位置图 

　　九、智能电源分配装置特点 

　　通过试运行数据监控，智能电源分配装置具备以下特点。 

　　（一）创新性。为国内创新，体现了资源集约使用，实现了原有电力资源充分合理再利用。 

　　（二）先进性。根据近机位设备和充电桩动态信息实时分析、处理数据，合理配置资源。 

　　（三）可靠性。充分考虑局部故障影响，在时间和空间上有充足自愈性，保障系统稳定可靠运行。在软硬件设置时考虑容错率，为系统自愈性提供强大支持。 

　　（四）智能化。程序自动化、装置操作简单、界面简洁，减少人为误操作，实现后台实时监测操控。 

　　（四）可扩展性和兼容性。基于功能的可拓展性和选择性，采用模块化配置，适用不同阶段功能需求。可单路电源管控系统一对一给近机位设备供配电，也可在多路电源管控系统中一对多供智能供配电，单路电源管控系统添加扩展模块后也可变为一对多系统。 

　　（五）可维护性。提供有效监测、调试、诊断功能，系统故障、数据错误都可实时报警，实现集中管理，维护方便。 

　　十、 智能电源分配装置的安全性 

　　基于民航行业对安全的严格要求，特别对装置安全性能予以重点阐述。智能电源分配装置需从结构、硬件、软件确保用电安全性和稳定性。 

　　（一）结构上最大限度做好安全防护，减少机坪严苛环境和人为因素的影响。 

　　（二）硬件方面，近机位设备和充电桩端负载两条线路都分设断路器，保证用电互不干扰，同时根据实时数据监测随时投切，基于切换速度的重要性，采用毫秒级切换装置，避免两路同时超出总负荷，造成总进线跳闸。同时每个回路都进行多功能保护，利用开关级联技术，配置过载长延时、短路短延时及短路瞬动等保护，避免越级跳闸或同时动作，保护各回路系统的安全和运行稳定，同时如地面电源和空调等产生的谐波超出飞机要求的电源品质参数时，主动切断电源，以保护飞机电气。 

　　（三）软件方面，系统可调整近机位设备与充电桩同时用电的最大值，也可调整近机位设备实时用电的额外安全值，即近机位设备额定功率为190KW，而此时实际功率为100KW，为避免用电功率波动造成充电桩系统切换不及时，或者总功率超标，引起开关跳闸造成近机位设备断电，会设定一个安全值，即实际功率100KW时，系统会认为100KW+20KW的安全值（安全值自定义设置），此时充电桩系统默认这个120KW是不可用的，而非实时功率100KW，设置保护近机位设备的同时，也可以避免充电桩系统频繁动作，保护充电桩和电动车辆。 

　　系统对电力参数实时监控，两条线路之间的关联及投切，通过实时监测实现，既可以检测监视各回路实时运行情况，又可以实时判断回路运行是否正常，如回路异常，检测装置向后台反馈，工作人员可及时解决，使系统重新平稳运行。 

　　十一、智能电源分配装置应用的意义 

　　（一）高度契合“蓝天保卫战”和四型机场建设发展方向 

　　2018年民航局实施以场内车辆“油改电”和APU替代项目为抓手的“打赢蓝天保卫战三年行动计划”；今年，《中国民航四型机场建设行动纲要（2020-2035年）》向全行业发布，要求持续推进机场车辆和设施设备“油改电”，提升机场运行电动化、清洁化水平。智能电源分配装置创新将“油改电”、APU替代和电动化完美结合，为其共同智能提供电力供应，高度契合民航“蓝天保卫”和四型机场建设方向，平安—安全供电，绿色—高效资源能源利用及电动化，智慧—智能自控分配和监控，人文—降低一线人员劳动强度。 

　　（二）降低“油改电”成本和难度，推动“油改电”进程，是“油改电”项目的纵深支撑  

　　1.笔者接触过很过机场“油改电”项目负责人，谈到影响“油改电”工作的难题，就是供电增容改造，不但费用很高，同时实施复杂。按照传统方案，需要单独建设高低压变电站、配电间（箱）等配套设施，在比较狭窄的场内布置这些设施确实令人头痛，如还需要从较远的配电站引线，情况就更为复杂。加之在机坪开挖布置电缆涉及到不停航施工，不但降低机坪运行效率、造成安全风险，还会破坏站坪和服务车道的结构和完整性。 

　　通过智能电源分配方式的研究和运用，长沙机场电力改造投资不到原规划的一半，极大地降低了“油改电”配套设施成本，降低了不停航施工的风险，不影响机坪运行，容易施工和安装。 

　　2.智能电源分配方式方便在每一个机位布局，用以安装充电桩，大大提高了桩车配比，这是机场大规模使用电动车的前提条件。目前大多数特种车辆均停放在机位附近，可实现在现有停车位就近充电，减少车辆去固定充点电的无效空驶，提高电动车的能效水平。电动车驾驶员在各个机位就近使用车辆、就近充电，提高了工作效率，充分体现出电动车方便快捷的优势。 

　　智能电源分配方式在全国机场推行，可解决“油改电”推进中的突出难题，提高桩车配比，凸显电动车的优势，加快“油改电”的普及和推广速度。 

　　（三）改变传统经验，给设计提供新思路，构建全新机坪设施系统供电方案 

　　通过这次研究，深刻认识到，作为机场各专业领域的技术人员，一定要触类旁通，放宽视野。之前电力设计人员不知晓民航专业设备需求和机场运行特点，只是根据普通民用建筑供电设计经验，将各类机坪设备需求简单叠加或者负载求和的方式设计供电系统，使得机场供电系统总负荷很高，但各自为阵、不能互联互通，降低了供配电效率。今后在设计近机位电力配置时，就要即考虑登机桥、APU替代设备、充电桩、机务用电、插电设备（插电平台车、平台车等设备）的用电负荷总量，更要充分考虑其用电时序性，充分发挥智能电源分配装置的作用，科学评估用电最大功率，降低供电配电箱、变电站的总功率规模，同时又满足多类型设备用电需求。当一个机场机位较多时，采用新的设计思路和智能技术支持，节约资金是可观的。 

　　（四）提升用电品质。智能化应用具备强大的数据采集、分析、处理、电力能源分配、系统保护等诸多功能，提高了电力能源利用率，提高了供电质量，确保近机位设备正常运行。 

　　（五）降低电力损耗。远距离输电造成电力损耗。智能电源分配装置使就近取电成为可能，降低电力远距离输送的电能损失。 

　　（六）维护成本低。通过通讯后台监视系统运行状况，检修维护便捷，降低了人工维护成本，提高机场用电的管理水平。 

　　民用机场登机桥、APU替代设备与特种车充电桩共用供电方式及智能分配装置的研究，是积极响应国家“促进绿色低碳发展”的举措，是贯彻四型机场建设的积极行动，是蓝天保卫战的具体践行，是对“油改电”项目的纵深支撑。智能电源分配装置有着良好的社会效益和经济效益，建议在国内机场推广使用。 （作者系湖南机场 王海生）

　　参考文献： 

　　[1] 中国民用航空局.《中国民航四型机场建设行动纲要（2020-2035年）》 [Z] .2020 

　　[2] 中国民用航空局.《民航贯彻落实<打赢蓝天保卫战三年行动计划>工作方案》 [Z]. 2018 

　　[3] 长沙机场特种车辆“油改电”联合工作组.《长沙黄花国际机场地面特种车辆“油改电”试点工作总体规划》 [Z]. 2014 

　　[4] 长沙机场特种车辆“油改电”联合工作组. 《长沙机场特种车辆“油改电”供配电设计方案》 [Z]. 2015