民航通信導(dǎo)航設(shè)備不間斷電源供電的運用分析

吳彥明

（上海民航新時代機場設(shè)計研究院有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510405）

0 引 言

在民用航空事業(yè)發(fā)展過程中，空中交通管制呈現(xiàn)出主導(dǎo)性作用，使飛行器在這種背景下對電子設(shè)備產(chǎn)生了一定的依賴性。電源作為電子設(shè)備的基礎(chǔ)，工作狀態(tài)的好壞與電子設(shè)備的正常運行狀態(tài)直接相關(guān)。所以，要逐漸提高民航通信導(dǎo)航設(shè)備運行的穩(wěn)定性，展現(xiàn)不間斷電源供電系統(tǒng)的使用價值。對民空管局的相關(guān)設(shè)備而言，要采用不間斷電源供電機制，結(jié)合管制方案、通信、導(dǎo)航和氣象等多個設(shè)備的用電狀況，進行供電系統(tǒng)的中斷狀況確定，充分發(fā)揮系統(tǒng)運行的使用效率，結(jié)合民航通信導(dǎo)航設(shè)備中的逆變器、可控制硅的靜態(tài)控制，提高民用航空系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

1 概念分析

不間斷電源（UPS）可以保證計算機系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。在計算機系統(tǒng)運用過程中，通過UPS整體解決方案的構(gòu)建，提高信息數(shù)據(jù)的保護。對于民航系統(tǒng)來說，系統(tǒng)中的供電要求高，在一些機場管理、空中管制系統(tǒng)中，需要充分保證系統(tǒng)運行的全天候、無間斷特點，在空中交通、通信和導(dǎo)航中提高服務(wù)管理機制。民航通信導(dǎo)航設(shè)備中，為充分保證系統(tǒng)運行的安全性，需構(gòu)建配套的供電系統(tǒng)，充分保障供電系統(tǒng)運行的安全性。系統(tǒng)運行中，需結(jié)合設(shè)備終端問題，進行電流及電壓的同步切換，避免因為斷電、電壓不穩(wěn)造成系統(tǒng)的單點故障，逐漸提高系統(tǒng)運行的安全性、可靠性，實現(xiàn)系統(tǒng)的持久性運行。

2 UPS不間斷電流的故障分析

在UPS系統(tǒng)運行過程中，由于傳輸系統(tǒng)的開關(guān)不能進行正常的分閘處理，在合閘過程中會出現(xiàn)來回跳動，在UPM2輸出開關(guān)斷開后，UPSA呈現(xiàn)出旁路工作的狀態(tài)，需結(jié)合存在的問題，合理處理故障問題。

2.1 故障前運行方式

在UPS工作方式確定的過程中，通過對機組正常帶負荷和對直流及旁路電源系統(tǒng)運行狀況進行分析，確保STS系統(tǒng)實現(xiàn)正常運行[1]。

2.2 UPS故障現(xiàn)象

在民航通信導(dǎo)航系統(tǒng)運行過程中，輸出系統(tǒng)的開關(guān)呈現(xiàn)來回跳動的現(xiàn)象，在UPM2輸出開關(guān)斷開后，電源靜態(tài)開關(guān)故障被封閉，需要斷開電源輸入開關(guān)。

3 民航通信導(dǎo)航設(shè)備中不間斷電源供電技術(shù)

3.1 舊供電模式技術(shù)分析

在航管樓、雷達站和導(dǎo)航臺系統(tǒng)運行的過程中，應(yīng)結(jié)合不同作用，制定差異性的供電模式。首先，在航管業(yè)務(wù)樓及塔臺供電配置模式確定的過程中，應(yīng)該通過對航管樓不同規(guī)模的分析，進行電源供電等級和壓強的控制。通常狀況下，將它維持在高壓10 kV或低壓380 V的狀態(tài)下。在通信系統(tǒng)信息通過時，應(yīng)要求電路來自機場中心的變電站，且不同系統(tǒng)之間需要確定不同電源的供電方案，展現(xiàn)電源設(shè)備運用的價值性。電源一端的系統(tǒng)發(fā)生故障時，另一端的系統(tǒng)需要負責全部供電的需求。同時，在應(yīng)急電源運行過程中，柴油發(fā)電機出現(xiàn)重大問題時，及時解決負載供電問題，充分保障航管樓設(shè)備不出現(xiàn)斷電問題，實現(xiàn)通信系統(tǒng)中UPS的穩(wěn)定運行。其次，雷達站配置模式確定過程中，結(jié)合不同發(fā)電機組的運行狀態(tài)進行多雷達站機場外的項目設(shè)定，結(jié)合供電設(shè)備的運行模式進行發(fā)電機組的資源確定，避免負載供電現(xiàn)象的出現(xiàn)。同時，在對雷達設(shè)備檢測過程中，設(shè)置2臺UPS，通過并聯(lián)冗余的模式進行系統(tǒng)運行狀況的分析。最后，確定導(dǎo)航臺的配置模式。通過對蓄電池組、路市電及發(fā)電機組系統(tǒng)運行狀況的了解，進行導(dǎo)航設(shè)備前段小型UPS系統(tǒng)的設(shè)置。

3.2 新型供電模式技術(shù)分析

通過對民航通信導(dǎo)航系統(tǒng)運行狀況的分析，各個機場中的航管樓、雷達站和導(dǎo)航臺的紅點模式，可以滿足一級的電力負載需求。但是，航管樓中只設(shè)置了2臺UPS系統(tǒng)，也就是一組并聯(lián)系統(tǒng)呈現(xiàn)冗余狀態(tài)。供電系統(tǒng)中的末端設(shè)備需要自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，及時切斷系統(tǒng)電源。通信系統(tǒng)中的導(dǎo)航設(shè)備呈現(xiàn)斷路運行狀態(tài)，應(yīng)該使用雙回路線進行端口處理。為了在民航通信導(dǎo)航設(shè)備運用中實現(xiàn)新供電模式，需構(gòu)建新型的供電系統(tǒng)。在系統(tǒng)設(shè)計過程中，也應(yīng)該增加UPS蓄電池的監(jiān)控機制，通過在線運行監(jiān)測，對蓄電池的溫度、電壓和內(nèi)阻等進行參數(shù)分析，實現(xiàn)系統(tǒng)的實時性監(jiān)控，并將相關(guān)數(shù)據(jù)生成指標，提升監(jiān)控系統(tǒng)項目監(jiān)測的合理性。通過構(gòu)建新型系統(tǒng)，使管理人員掌握民航通信導(dǎo)航系統(tǒng)的運行信息，及時更換故障電池，提高供電系統(tǒng)運行的可靠性[2]。

3.3 降低環(huán)流的調(diào)試技術(shù)分析

在民航通信系統(tǒng)設(shè)備運行過程中，應(yīng)逐漸降低環(huán)流的運行狀態(tài)。通過降低環(huán)流，可以提高UPS系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，提高解決突發(fā)事件的應(yīng)對能力，構(gòu)建針對性的解決策略。在降低環(huán)流的狀態(tài)下，通過確定UPS問題，可以提高系統(tǒng)運行的關(guān)鍵技術(shù)。在進行UPS設(shè)備相位差分析中，存在著環(huán)流規(guī)律問題，具體變化如表1所示。

在分析降低環(huán)流的方法中，主要是降低UPS的輸出電壓差。這種狀況下，應(yīng)該結(jié)合設(shè)計及生產(chǎn)中的技術(shù)，進行兩機一致性分析，也就是在系統(tǒng)運行中保持走線的一致性。在不同系統(tǒng)運行中，結(jié)合電抗器的運行狀態(tài)，抑制瞬間電流浪涌，以保障系統(tǒng)民航通信導(dǎo)航設(shè)備運行的穩(wěn)定性[3]。調(diào)試中應(yīng)該認識到組裝調(diào)試的重要性。第一，在空載狀態(tài)下，2臺UPS的輸出電壓差應(yīng)該維持在0.5 V以內(nèi)；第二，每臺UPS及市電電壓都應(yīng)保持一致，通常維持在3 V以內(nèi)，當路旁電壓穩(wěn)定時，進行同步電壓的調(diào)整，將其控制在1 V以內(nèi)；第三，額定負載狀況下，輸出電壓需要與空載保持一致；第四，電池供電時，輸出電壓與市電供電保持一致的狀態(tài)，主要是由于UPS系統(tǒng)在運行過程中需要定期監(jiān)測電池，關(guān)斷可控制硅，為電池供電提供負載能量，在這種狀況下，電壓的變化會引起環(huán)流問題；第五，系統(tǒng)運行過程中，主機正常運行時需閉合主機的輸出開關(guān)，調(diào)整輸出開關(guān)上下口的相位，使兩機輸出電壓差控制在3 V以內(nèi)；第六，在輸出電流互感器運行過程中，采集兩機的輸出電流的相位狀態(tài)，保證相位的一致性，一般情況下，相位需要大于128，數(shù)值可以在狀態(tài)碼中進行查詢。當出現(xiàn)不一致問題時，需要及時調(diào)整互感器輸出線[4]。

3.4 系統(tǒng)穩(wěn)定性的判斷

通過對系統(tǒng)運行狀態(tài)的分析，應(yīng)時刻保持系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。具體的判定標準如下。第一，對于40 K以內(nèi)的UPS環(huán)流，應(yīng)保持在2 A以內(nèi)；對于60～80 K的UPS環(huán)流，需要控制在3～8 A的范圍內(nèi)。第二，在UPS電池檢查過程中，環(huán)流變化不宜過大。第三，處于空載狀況下，直流電壓中的瞬間突變不能超過275 V。通過對這些判斷標準的分析，可以全面了解直流電壓的變化。由于在環(huán)流系統(tǒng)運行過程中通過能量的反饋，接收能量的UPS通過交流電壓和IGBT并聯(lián)形成二極管，逐漸形成直流電流。在濾波電容充電時，可以實現(xiàn)電流電壓的升高。同時，在UPS并機運行中，機內(nèi)裝有反向的二極管，其中反饋的能量不會被電池吸收，所以出現(xiàn)直流電壓的變化相對明顯[5]。

表1 并機UPS設(shè)備相位差所出現(xiàn)的環(huán)流規(guī)律

4 民航通信導(dǎo)航設(shè)備不間斷電源供電的運用

在民航空管系統(tǒng)運行過程中，UPS設(shè)備目前采用雙擊并聯(lián)冗余的備份處理方法。分析問題時，不可避免會存在環(huán)流故障。為了及時消除系統(tǒng)運行中存在的安全隱患，避免UPS系統(tǒng)運行中出現(xiàn)故障，應(yīng)構(gòu)建有效的解決方法。通過對民航通信導(dǎo)航設(shè)備管理系統(tǒng)的分析發(fā)現(xiàn)，對STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)的運用可以解決這種問題，結(jié)構(gòu)圖如1所示。

STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換單元作為一種新型電子轉(zhuǎn)換開關(guān)裝置，與UPS靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)存在著類似的運行特點。STS單元會采用兩組相互對應(yīng)的并聯(lián)裝置，實現(xiàn)對硅二極管的并聯(lián)[6]。

4.1 民航通信導(dǎo)航設(shè)備STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換特征

系統(tǒng)運行過程中，具體動作特征體現(xiàn)在以下幾個方面。第一，實現(xiàn)系統(tǒng)的擴散及轉(zhuǎn)移，并采用先斷后通的切換原則，充分保證電源系統(tǒng)在運行過程中無重疊、無環(huán)流問題。第二，消除電源的單點故障。系統(tǒng)設(shè)計中通常采用分布冗余的方法。第三，不同電源之間的首選電源和備選電源應(yīng)該相互獨立。第四，在首選電源質(zhì)量降低的狀況下，應(yīng)自動切換各個電源之間的關(guān)聯(lián)。第五，兩個線路之間的電源切換呈現(xiàn)快速性和平滑性特點，不會影響負載。

圖1 STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)圖

4.2 STS故障解決方法

STS故障問題分析過程中，需對其故障工作模式進行系統(tǒng)性分析，通過運行調(diào)節(jié)民航通信導(dǎo)航設(shè)備，實施故障處理辦法。通常狀況下，在故障問題處理中應(yīng)做到以下內(nèi)容。第一，在工作靜態(tài)開關(guān)SCR擊穿時，繼續(xù)供電負載被鎖定，工作中的靜態(tài)開關(guān)被禁止，需要切換到非工作靜態(tài)開關(guān)，將線上開關(guān)斷開，避免發(fā)生誤切現(xiàn)象。第二，在非工作靜態(tài)開關(guān)SCR斷路狀態(tài)下，負載呈現(xiàn)出繼續(xù)供電的狀態(tài)，將其切換到非工作靜態(tài)開關(guān)，斷開故障中的SCR上線開關(guān)，防止發(fā)生誤切現(xiàn)象。第三，避免電力倒送保護裝置的運行。通過對發(fā)電機組供電狀況的分析，需要及時防止電路從下線往上線輸送，保障系統(tǒng)故障解決的合理性[7]。

5 結(jié) 論

現(xiàn)階段，民航通信導(dǎo)航系統(tǒng)運行過程中，通過對不間斷電源供電系統(tǒng)運行狀況的分析，進行民航通信設(shè)備運行方案的選擇，逐漸提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和民航通信設(shè)備運行的價值性。通常狀況下，在民航通信導(dǎo)航設(shè)備運行過程中，應(yīng)該結(jié)合設(shè)備運行的狀況構(gòu)建解決方案，以保障電力系統(tǒng)運行的有效性。