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航天发射场供电系统负荷分析计算

编辑:   发布时间:2019-08-26

【摘  要】:根据我国现有发射场供电系统负荷的特殊性,结合某航天发射场供电系统的工程设计,按照负荷类型进行分类、分析、统计计算,同时通过航天发射场供电系统必要的工况分析计算,为航天发射场用电规划、供电系统设计、用电负荷计算等提供了有利的依据。

【关键词】:负荷类型;需要系数;典型工况;同期系数

1 航天发射场供电系统概述

       我国航天发射场承担着国家全部航天器(卫星、飞船、空间站)的测试发射任务,场区大量用电负荷是一级负荷,场区供电系统要求高,由两路独立电源供电,电压等级在10kV等级以上,同时还采用应急柴油发电机组作为应急电源。

       航天发射场供电范围一般由技术区、发射区、试验协作区组成。技术区主要由航天器(卫星、空间站)、火箭测试、组装的区域构成,包括航天器(卫星、空间站)、火箭总装测试、加注扣罩厂房和飞行控制中心。发射区包括发射场坪(塔架)和火箭燃料加注设施。试验协作区主要是现场工作、管理人员工作、生活的区域。航天发射场我国重要电力用户,其供电系统负荷等级划分和负荷分析计算都有自己的特点。

2 某航天发射场供电系统负荷类型 

       航天发射场的供电系统负荷根据运行特点分为三类负荷。第一类是火箭、航天器(卫星、空间站)的测试、加注、发射控制系统设备,大部分是计算机芯片类设备,还有一小部分是伺服电机类设备和晶闸管类设备,此类设备用电量相对较小;第二类是航天器(卫星、空间站)的空间环境保障系统设备,主要是空间温、湿度和洁净度的保障,一般由组合式空调机组及其配套冷水机组、冷冻、冷水泵等设备组成,负荷类型一般是电加热和电机类负荷。由于卫星(航天器)需要保障的空间较大,温湿度和洁净度的精度高,用电负荷相对较大,但根据季节的不同,用电负荷的投入量变化很大,极端情况会全部投入运行;第三类是火箭燃料配套生产、加注系统压缩机、管道泵、发射塔的回转平台、电缆摆杆、塔吊等大型电机类设备,一般为短时工作模式。 

3 某航天发射场供电系统负荷计算

       该航天发射场区由当地电力供电网引来2路独立110kV电源供电,场区设一总变配电站,场区总变压器的选择,特别是变压器容量对整个场区供电系统至关重要,场区总负荷计算的准确度直接影响变压器容量的选择。在计算方法采用需要系数法即: 

PC=K∑p∑(KX Pe)

       本算式中Pe为用电设备组的设备功率,单位kW;PC为计算功率;KX为需要系数;K∑p为同时系数。

       首先按技术区、发射区、技术协作区四个场区分别计算。每个场区内各单体建筑物按照空调、照明、工艺、非标动力等负荷分类计算,不同负荷取不同的需用系数,根据各单体各项负荷使用状况的不同,取一定的同时系数计算出该建筑物的计算负荷,每个场区的计算负荷在各单体计算负荷累加的基础上根据各建筑物同时使用的状况在取一个同期系数作为场区的计算负荷,整个发射场区的计算负荷在四个场区计算负荷累加和乘以一个同时系数求出,如图1。

 

图1 计算流程框图

 

3.1 技术区负荷计算

       技术区是发射场主要工作区之一,主要承担火箭、航天器(卫星)发射前的测试、组装、加注等重要工作流程,主要包括火箭总装垂直测试厂房、测发指挥飞行控制中心、航天器加注及整流罩装配厂房、航天器总装测试厂房、冷冻站等用房。技术区测试厂房用电负荷共计8179.8kW,其中技术厂房的空调动力系统的用电负荷约6960.8kW,占85%。勤务动力负荷基本为电机类负荷,单机容量较大,其中制氢厂10kV电机单机容量最大为2300kW,需要考虑其启动时对10kV电网的冲击。

3.2 发射区负荷计算

       根据发射工艺流程,发射区用电负荷可以分为加注阶段和发射阶段。加注阶段又可分为降温阶段和常规加注(液氧、煤油)、低温加注(液氢)阶段,各阶段用电设备不同时使用,其中用电量最大的是液氧加注工作段,初步估算为960kW。发射阶段最大同时用电负荷时段为-12h到-0.5h,用电设备为压缩机设备、整流罩空调和少量的工艺测发设备(估算为200kW),主要是电机类动力负荷,约5917.1kW。

3.3 技术协作区负荷计算

       部站及协作区用电负荷都属于办公生活类,用电容量相对技术区和发射区较小。办公、生活区最大同时用电负荷为3266.0kW,75%应为空调动力负荷,约2449.5kW。办公、生活区有大片预留地,应考虑将来发展预留电量。

3.4 全场区负荷分析与计算

       发射场区总用电负荷总安装功率为48502.7kW,但是航天发射场的用电设备同时运行的几率相对较少,如大型吊装等机械设备均为短时工作模式,这时环境保障和测发设备不会运行,而燃料生产、加注等设备均属于短期运行工作模式。环境保障设备运行时间较长,保障环境一旦建立用电负荷较大,但环境一旦建立起来后保障用电负荷相对少。根据国内现有航天发射场的运行经验数据和该发射场的测发工作流程,计算场区总用电负荷同时系数选取0.5,总计算功率为11850.5kW。

 

 

4 供电系统负荷工况分析计算校验

       为保证场区总计算功率趋于准确,采用该发射场航天器、火箭等测试、发射的工作流程的各种工作状况是用电负荷计算来校验采用需用系数法计算出来的计算功率是否合适。根据工艺技术要求,该航天发射场的工作状况可分为四种典型工况:场区内没用火箭及航天器进行测试或发射;发射日-12小时至0时发射;一枚火箭及航天器在塔架待发射,两枚火箭及航天器同时在技术厂房测试;两枚火箭及航天器在技术厂房测试,没有火箭及航天器在塔架待发射。

4.1 典型工况一负荷计算与分析

       当航天发射场区内没有航天器和火箭,场区内技术厂房、发射塔架、加注等设施基本没有用电负荷,场区用电负荷主要包括日常生活、工作保障设施和制氢厂等。负荷计算见表1。

4.2 典型工况二负荷分析与计算

       发射日-12小时到0时,用电负荷主要包括发射塔架的发射控制、环境保障、飞控中心等设施负荷计算见表2。

4.3 典型工况三负荷分析与计算

       任务测试、发射前阶段,用电负荷主要包括技术区厂房、动力设施、发射区测试、环境保障及办公、生活设施等。负荷计算见表3。

4.4 典型工况四负荷分析与计算

       任务测试、发射前阶段,用电负荷主要包括技术区厂房、动力设施及办公、生活设施等。负荷计算见表4。

 

 

5 场区负荷计算分析

       通过以上计算结果分析,典型工况一(没有发射任务阶段)场区用电负荷最小,为4042.6kW;典型工况三(发射任务中一枚火箭及航天器任务在塔架待发射,两枚火箭及航天器在技术厂房测试阶段)场区用电负荷最大,为11650.1kW,和发射场区负荷计算基本相同,目前发射场计算负荷11850.5kW是合适的,其中空调负荷占45%,大型电机类负荷占46%,工艺、照明负荷占9%,发射场主要是动力、空调负荷,工艺测试负荷的比重很小。

6 结论

       该航天发射场进行场区总负荷计算时,按照不同负荷类型采取不同需用系数,根据航天发射场负荷的特点和运行模式采用适当同时系数,计算结果又采用工况分类计算校验,计算结果相近。根据该计算结果选取2台变比为110/10kV,容量为16000kVA的变压器,该航天发射场经过近5年的运行,单台变压器负载率一般运行在40%左右,个别短时会负载率会达到85%,再次验证了上述计算方法的可行性。

     (此专文摘自《88必发娱乐游戏》杂志文库,专文主创:某航天发射场供电系统负荷分析计算)

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