空管末端設備電源優(yōu)化配置的分析

張曉東

（民航溫州空中交通管理站，浙江 溫州 325000）

0 引 言

空管系統(tǒng)通信、導航及監(jiān)視設備的運行安全直接關系著民航空中飛行安全。系統(tǒng)設備電源的安全可靠是保障設備安全運行的基礎。隨著空管事業(yè)的迅猛發(fā)展，新技術、新設備的廣泛應用，空管設施建設項目與改造任務也越來越重?？展茉O備電源單母線供電，維護保障難度大，可靠性低，存在一定安全風險，已經(jīng)無法滿足當前運行形勢的發(fā)展，因此必須實現(xiàn)雙母線供電模式。著力保障動力設備安全運行，不斷提升空管設備電源的安全冗余度，合理優(yōu)化與利用雙母線供電資源，是動力保障部門積極研究探索的方向。本文結合日常運行管理中發(fā)現(xiàn)的問題與不足，根據(jù)民航溫州空中交通管理站供電配置安裝改造工程中總結的經(jīng)驗，并通過列舉、對比、圖示及STS選型等方法，展開系統(tǒng)分析與論證[1-5]。

目前，民航溫州空中交通管理站航管樓已配備了A、B路兩套UPS（1+1）并機冗余系統(tǒng)，可實現(xiàn)機房雙母線供電模式，保障空管設備運行。但是多數(shù)空管設備為單電源設備，需更合理、更科學的優(yōu)化與利用A、B路UPS電源，以提高雙母線供電模式下的故障容錯能力。本文結合空管站實際配置及運行情況提出了以下兩個原則。

第一，電源配置接入原則?？展茉O施設備中已具備雙電源的設備，應分別接入A、B路UPS電源；單電源設備且有主備關系，根據(jù)設備承載信息的相互替代關系進行選擇，實現(xiàn)交錯冗余配置引接A、B路UPS電源，避免交叉混合導致各子系統(tǒng)設備同時失效；單電源無備份設備、傳輸中心節(jié)點設備、重點保障區(qū)域的關鍵核心負載及末端子系統(tǒng)設備，考慮加裝STS靜態(tài)轉換裝置。STS靜態(tài)轉換裝置應選擇自投自復式，并且?guī)в惺謩忧袚Q功能，一旦發(fā)生STS轉換失效，可隨時啟動手動切換。

第二，已經(jīng)實現(xiàn)了A、B路UPS電源雙母線供電模式下的臺站，其區(qū)域內(nèi)已經(jīng)提升了設備電源備份冗余的保障手段，不應將過多的負載隨意加載在STS靜態(tài)轉換裝置上。如果加裝了STS靜態(tài)轉換裝置，當兩路UPS總線電源處于正常運行時，反而多了一級故障節(jié)點。因此，應遵循統(tǒng)一規(guī)范的配置接入原則。

1 進近管制室現(xiàn)狀

進近管制室目前規(guī)劃設計了5個管制席位，1個主任席位，每個管制席位分為2個單元，分別對應指揮席和監(jiān)控席、協(xié)調席，每個席位的末端設備電源配置方案均保持一致，根據(jù)席位功能劃分特點和設備供電保障的特殊性，按照合理設計、優(yōu)化冗余的原則制定配置方案。

1.1 席位設備基本配置情況

第一，單元1。指揮席配備子系統(tǒng)設備，主要包括：（1）自動化主用和備用系統(tǒng)設備，為單電源設備，互為備份關系，顯示器（單電源設備）共享；（2）飛行計劃處理主用和應急系統(tǒng)設備，為單電源設備，互為備份關系，顯示器（單電源設備）共享；（3）內(nèi)話主用和備用終端設備，為單電源設備；（4）8和1應急遙控盒，為單電源設備，無備份。

第二，單元2。監(jiān)控席配備子系統(tǒng)設備，主要包括：（1）自動化主用和備用系統(tǒng)設備，為單電源設備，互為備份關系，顯示器共享，單電源設備；（2）飛行計劃處理主用和應急系統(tǒng)設備，為單電源設備，互為備份關系，顯示器共享，單電源設備；（3）內(nèi)話主用和備用終端設備，為單電源設備；（4）8和1應急遙控盒，為單電源設備，無備份。協(xié)調席設置在單元2與監(jiān)控席共用設備。

第三，主任席的設備配置與管制席大同小異，設備電源的優(yōu)化配置與管制席相同。

1.2 席位末端設備電源優(yōu)化配置

管制席中系統(tǒng)設備配置種類及數(shù)量基本一致的兩個單元，其在管制運行中的功能作用是不可相互替代關系，因此可以分別加裝一臺STS靜態(tài)轉換開關，解決席位末端子系統(tǒng)設備多為單電源、單系統(tǒng)核心負載的運行風險，實現(xiàn)交錯冗余的最佳配置方案，從而防止因電源故障而造成部分管制席位功能完全失效或大面積席位系統(tǒng)癱瘓的嚴重后果。

（1）進近管制室內(nèi)已配備了A/B路末端工藝配電箱，實現(xiàn)了雙母線供電。從兩個工藝配電箱內(nèi)分別選取一路獨立控制開關，對應接入STS的源S1和源S2輸入端。按照相序排序順序，盡量選取同相電源，以減少STS切換過程中因波形相位差異而影響同步切換的速度與可靠性。

（2）接入電源后將單元1和單元2的STS以交叉選優(yōu)的方式設置主用優(yōu)先源（暨單元1設A路為主選源，單元2設B路為主選源），以規(guī)避一路電源故障中斷時兩臺STS同時切換失效的安全風險。

（3）STS輸出端引接四條帶空開保護功能的專用PDU，分布排列安裝在席位背面的上半部和下半部，便于桌面顯示器、內(nèi)話系統(tǒng)及主機等電源就近接入均衡調配，盡量保持每條PDU上負載量小于1 kVA。

（4）末端STS靜態(tài)轉換開關一般選用單相16 A，設計輸出總容量不超過3 kVA為宜，PDU選用220 V/10 A帶空開保護功能的國標三扁或國標五孔PDU分布安裝。通過逐級整定實現(xiàn)局部短路過載保護，即減小了整體供電中斷的可能性，也有利于故障排查與處置。

2 故障容錯性分析比對

（1）A路UPS電源中斷或B路UPS電源中斷，均不影響管制席位運行。由于交叉選優(yōu)的設置方式，只有其中某一單元的STS啟動了無縫切換，正常情況下指揮席、監(jiān)控席及協(xié)調席設備無瞬斷，席位功能保持不變。

（2）某單元STS開關本體切換失效或內(nèi)部故障輸出中斷，導致該單元席位功能全部失效，但不會造成整個管制席位系統(tǒng)癱瘓，管制員可根據(jù)管制移交程序接管所轄扇區(qū)管制服務，技保人員啟動A類設備等級故障應急處置流程，準確判斷故障點，及時更換備件恢復正常供電。

（3）某單元STS輸出端下游負載短路、過載，導致該條PDU空開保護跳閘。該PDU接入設備供電中斷，造成某單元席位局部功能失效，管制員可利用席位間相互迭代作用持續(xù)開展管制服務，技保人員可以快速鎖定故障點，組織搶修盡快恢復系統(tǒng)功能，且其他PDU上接入設備將不受影響。

（4）STS輸出端與PDU之間連接導線短路故障時，STS自帶保護開關分斷，并且監(jiān)測到下游故障啟動禁止轉換功能，保護上游電源不受故障電流轉移而造成的干擾。此時，該STS輸出端全部供電中斷，同時也造成單元席位功能全部失效。因此，技保人員在故障處置過程中，應深入理解STS的結構特性，精準定位故障信息，以提高處置效率。

無論以席位為單元，還是以系統(tǒng)為單元，加裝STS靜態(tài)轉換裝置，都大大提高了設備電源的保障能力，但也增加了故障種類和排查難度。因此，合理利用好STS靜態(tài)轉換裝置尤為重要。選型時應充分應考慮STS的功能實現(xiàn)和技術指標，確認是否符合實際需求。應配備通信端口，以便隨時接入遠程監(jiān)控系統(tǒng)，實時了解掌握運行信息，并通過數(shù)據(jù)分析研判，提高技防措施。加強定期維護測試工作，使STS保持良好地運行狀態(tài)。

3 UPS（1+1）并機冗余系統(tǒng)+STS系統(tǒng)結構

圖1為故障容錯系統(tǒng)結構圖。

圖1 故障容錯系統(tǒng)結構圖

4 STS靜態(tài)裝換裝置的選型與技術指標

STS靜態(tài)轉換裝置是一種在兩路電源間自動轉換的系統(tǒng)，能確保無縫和安全可靠的電力轉換。STS靜態(tài)轉換裝置是由微控制器進行數(shù)字式控制，采用智能化控制技術和冗余技術，對負載進行瞬間轉換，實現(xiàn)無干擾且不中斷對負載的供給。選型時，主要考慮安全可靠性強、切換順暢、品質優(yōu)越及售后服務有保障的主流高端品牌產(chǎn)品，通過廠家提供的性能指標進行符合性選擇。

4.1 STS靜態(tài)轉換裝置選型應具備的主要功能與特性

（1）自帶LCD監(jiān)控顯示屏，方便實時監(jiān)控與操作，且配備RS485、RS232及SNMP卡等通信串口，便于遠程監(jiān)。

（2）具備電源優(yōu)先源選擇設置功能。

（3）兼容自動和手動轉換功能，轉換無電流交迭。

（4）可實現(xiàn)同步和異步轉換，先斷后合（接入電源時盡可能選擇同步間切換，提高安全可靠性）。

（5）下游故障對轉換禁止功能（選擇STS本體自帶兩路保護開關，當下游故障未排除禁止轉換，確保上游不受影響）。

（6）反復轉換閉鎖功能。

對于自動轉換，當優(yōu)先源上的故障被察覺時，會自動觸發(fā)自動瞬間轉換功能，將負載轉移到另一路電源上，且不干擾對負載的供電。為了避免兩路切換發(fā)生重疊沖突，自動轉換采用“先斷后合”的原則。

對于手動控制，手動控制可允許操作人員安全地將負載在兩路電源間切換，以便進行維護測試操作。

對于選擇優(yōu)先源，操作人員可以為每臺STS裝置挑選一個優(yōu)先源，每路電源參數(shù)和負載的供電參數(shù)應被永久監(jiān)控。

對于分散負載，STS裝置的輸出電流控制，禁止在下游供電設備故障時進行轉換。該功能避免了故障電流被轉移到其他電源，從而避免干擾其他用戶。

4.2 STS靜態(tài)裝換裝置的主要性能指標

電壓為220 V/230 V/240 V單相。輸入電壓范圍可調，范圍不小于±10%。頻率為50～60 Hz，可調，允許范圍不小于±5%。轉換開關為兩級開關（相/零）切換，火線和零線同時切換，兩路輸入電源可以是不同電力系統(tǒng)；單級切換，僅火線切換，零線不切換，兩路輸入電源為同一電力系統(tǒng)。

轉換模式為同步/異步（先斷后合）。零線系統(tǒng)應兼容所有接地系統(tǒng)。維護旁路，熱插拔式機架型的應帶有安全操作的聯(lián)鎖開關（一般用于大功率STS）。自動轉換間斷時間最大值應小于1/4周波，典型值小于10 ms。過載能力超載110%可供電60 min，125%時可供電30 min，150%時可供電2 min。

效率達到95%以上。防護等級滿足IP21以上。運行環(huán)境中，溫度0～40 ℃，相對濕度95%。

STS靜態(tài)裝換裝置的規(guī)格尺寸可選用19標準機架式固定方式，便于固定擺放在標準機柜或席位內(nèi)部。選用熱插拔機架式必須配備維護旁路，便于維護檢修。

末端設備電源配置負載量較小，通常選用額定電流16～32 A的單相STS靜態(tài)轉換裝置；應注意，如果輸出端引接了兩條或者兩條以上PDU模塊，必須安裝帶有空開保護功能的PDU進行負載量整定，縮小負載故障影響的范圍，且所有負載量之和不應超過STS額定容量的80%為宜；STS靜態(tài)轉換裝置PE線應共用接地，并且就近連接等電位接地母排。

5 結 論

實證表明優(yōu)化利用好雙母線供電資源，提高空管末端設備電源的安全冗余度，關鍵難點在于解決單電源系統(tǒng)設備的運行風險。雖然加裝STS靜態(tài)轉換裝置不是解決風險的唯一途徑，但是統(tǒng)籌兼顧、合理利用STS靜態(tài)轉換裝置，可以有效緩解風險。

（1）正確把握好STS靜態(tài)轉換裝置的選型與接入原則，不管是重點區(qū)域關鍵核心負載的單電源有主備關系設備，還是單電源無主備關系設備，加裝STS前都應根據(jù)用戶需求進行設備電源故障容錯能力的分析比對，只有在利大于弊的情況下，才能加裝STS靜態(tài)轉換裝置。（2）建議以小單元配置安裝為宜，縮小影響的范圍；配置STS時，應注意接入設備負載量適當，避免單點故障運行風險；在臨近席位或具有相互接管及備份作用的席位中，應考慮STS主選源交叉優(yōu)選的設置方式，實現(xiàn)交錯冗余的最佳配置方案。（3）盡量采購雙電源設備，不能盲目依托于STS的功效，而不顧單點故障帶來的衍生風險。

提高空管設備電源的安全性和可靠性，保障供電設備的持續(xù)安全運行，是動力保障部門的首要任務。只有不斷強化運行管理，探索先進的科學理念，制定相應的維護維修規(guī)程，堅持求真務實的態(tài)度，發(fā)揚開拓創(chuàng)新的精神，才能真正保障空管事業(yè)的安全發(fā)展。