機(jī)場(chǎng)弱電系統(tǒng)UPS電源應(yīng)用分析

北京中航弱電系統(tǒng)工程有限公司 尚 明

機(jī)場(chǎng)是人們出行的主要區(qū)域，弱電控制系統(tǒng)在城市中起到了重要的作用。弱電管理系統(tǒng)的應(yīng)用，豐富了機(jī)場(chǎng)的多種服務(wù)功能并提高了機(jī)場(chǎng)服務(wù)水平。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的弱電設(shè)備與計(jì)算機(jī)技術(shù)集成在一起，這些弱電設(shè)備對(duì)弱電質(zhì)量提出了更高的要求，機(jī)場(chǎng)弱電設(shè)備的供電要求為一類負(fù)載。不過(guò)，無(wú)論雙向用電切換或者啟動(dòng)備用的特殊發(fā)電機(jī)組，都需要一些時(shí)間。在此期間，要想實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)計(jì)算機(jī)和弱電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，高質(zhì)量的UPS電源不能缺少，只有高質(zhì)量的UPS電源保護(hù)機(jī)場(chǎng)弱電系統(tǒng)，才能確保機(jī)場(chǎng)的日常使用。

1 機(jī)場(chǎng)弱電系統(tǒng)的組成及供電要求

1.1 機(jī)場(chǎng)弱電系統(tǒng)的組成

機(jī)場(chǎng)弱電系統(tǒng)，用專業(yè)的話來(lái)講就是航站樓的弱電系統(tǒng)，它由多個(gè)系統(tǒng)構(gòu)建組成，有綜合布線系統(tǒng)、信息集成系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、航班信息顯示系統(tǒng)、離港系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)、內(nèi)部信息調(diào)度系統(tǒng)、有線電視系統(tǒng)等不同的系統(tǒng)構(gòu)建而成，可以說(shuō)缺少任何一個(gè)系統(tǒng)，機(jī)場(chǎng)就會(huì)失去運(yùn)營(yíng)能力[1]。

信息集成系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)主要包括對(duì)信息集成的不同子系統(tǒng)軟件的結(jié)合，有核心小型機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)、新建成航站樓的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、信息集成調(diào)度PC工作站，這是機(jī)場(chǎng)弱電系統(tǒng)的核心組成，也是機(jī)場(chǎng)弱電系統(tǒng)的核心系統(tǒng)[2]。

離港系統(tǒng)，這是乘客完成值機(jī)，并被配載到不同航班，讓航空公司可以實(shí)現(xiàn)有效控制的主要系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)包括服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、離港軟件和PC工作站這四個(gè)部分組成，對(duì)旅客而言，一般登機(jī)牌和行李牌的打印，以及登機(jī)口的掃描，都離不開(kāi)離港系統(tǒng)的作用。

航班信息顯示系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)包含服務(wù)器、信息發(fā)布軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)等不同內(nèi)容的系統(tǒng)。一般對(duì)旅客的實(shí)際作用，主要是對(duì)旅客進(jìn)行航班信息的獲取、登機(jī)信息的獲取以及有關(guān)于航班的一切信息，都可以在航班信息顯示系統(tǒng)都能獲取到[3]。旅客可以從機(jī)場(chǎng)大屏幕中獲得航班的數(shù)據(jù)信息。

廣播系統(tǒng)，主要由語(yǔ)音庫(kù)、揚(yáng)聲器和廣播主機(jī)組成。廣播系統(tǒng)的作用可以為旅客及時(shí)提供當(dāng)日航班信息、登機(jī)廣播通知以及所有航班的即時(shí)狀態(tài)的廣播。旅客可以從廣播系統(tǒng)的揚(yáng)聲器中聽(tīng)到應(yīng)急廣播、業(yè)務(wù)廣播和服務(wù)性的廣播。

其他機(jī)場(chǎng)弱電系統(tǒng)，例如，安防監(jiān)控系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)等不同系統(tǒng)都有著自己的特殊作用，為旅客的安全出行提供便利。這些弱電系統(tǒng)在機(jī)場(chǎng)建設(shè)中有不同的側(cè)重點(diǎn)，所以機(jī)場(chǎng)弱電核心系統(tǒng)有不同的差異，不管有什么差異都主要體現(xiàn)在設(shè)備的選型和媒體的介質(zhì)有區(qū)別，后臺(tái)系統(tǒng)的組成架構(gòu)沒(méi)有大的區(qū)別。

1.2 機(jī)場(chǎng)弱電系統(tǒng)供電要求

機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)業(yè)務(wù)使用的服務(wù)器、存儲(chǔ)、交換機(jī)等核心設(shè)備是關(guān)鍵或特別關(guān)鍵的重要負(fù)載，因此UPS電源需要非?？煽康暮髠潆娫矗员ＷC供電的質(zhì)量和連續(xù)性。機(jī)場(chǎng)所有弱電系統(tǒng)，主要是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、電信設(shè)施等所構(gòu)成的相容性負(fù)載，UPS系統(tǒng)最適宜供電。但鑒于機(jī)場(chǎng)工作環(huán)境和設(shè)施的特點(diǎn)，電源供電的UPS系統(tǒng)通常需要同時(shí)符合下列條件，需要保證UPS電源工作穩(wěn)定安全，適合于機(jī)場(chǎng)內(nèi)外的工作環(huán)境[4]。機(jī)場(chǎng)弱電系統(tǒng)在設(shè)備操作上具有很強(qiáng)的安全性，技術(shù)人員要設(shè)計(jì)安全性能進(jìn)行全方位的防護(hù)，這樣最大程度避免人為造成的故障，減少可能引起的安全事故，盡量使用本地遠(yuǎn)程管理，利用標(biāo)準(zhǔn)的通信模式，來(lái)減少機(jī)場(chǎng)弱電系統(tǒng)的損耗，同時(shí)避免網(wǎng)絡(luò)資源的擁堵，這樣可以留有足夠的空間來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)弱電系統(tǒng)的最佳配置效果。

2 UPS電源設(shè)備分類及組成

2.1 UPS電源分類

UPS按工作原理，一般可以分成三種，后備式、在線互動(dòng)式和在線雙轉(zhuǎn)換式。這三類UPS的工作方式都有所不同，適合于不同的工作場(chǎng)所。

后備UPS電源在機(jī)場(chǎng)供電系統(tǒng)正常工作時(shí)將機(jī)場(chǎng)供電系統(tǒng)垂直向負(fù)荷電源，在機(jī)場(chǎng)供電系統(tǒng)超過(guò)常規(guī)工作或斷電時(shí)，通過(guò)雙電源自動(dòng)開(kāi)關(guān)切換為單電池或逆變電源[5]。這種供電系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)為構(gòu)造簡(jiǎn)單、尺寸較小、成本低，且輸入電流范圍較窄、輸出電流平穩(wěn)、精度低、開(kāi)關(guān)時(shí)間較特定長(zhǎng)。該種類型的UPS適合于對(duì)電源品質(zhì)要求不高，且能夠承受短時(shí)斷電的情形，例如家用電腦常配置就是這種類型的UPS電源。

在線互助式UPS電源最大的功效，就是為機(jī)場(chǎng)弱電系統(tǒng)的正常負(fù)荷電力提供穩(wěn)定電源，機(jī)場(chǎng)電源出現(xiàn)低于穩(wěn)定電壓的情況下，經(jīng)過(guò)UPS電源的配置進(jìn)行電路輸出。當(dāng)出現(xiàn)異?；螂娫垂?yīng)不夠的情形下，將切換至轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)進(jìn)行電池的逆變供電。其優(yōu)點(diǎn)是輸入電流范圍較廣、噪音低、體積小等特點(diǎn)，但切換過(guò)程需要一定時(shí)間完成[6]。

在線雙轉(zhuǎn)換UPS在機(jī)場(chǎng)電能順利工作時(shí)，對(duì)機(jī)場(chǎng)電源完成整流提供，并提升直流電壓供逆變器順利工作，然后逆變器再向機(jī)場(chǎng)負(fù)荷供應(yīng)交換電。提供能量的電池轉(zhuǎn)換器一直保持運(yùn)行狀態(tài)，以確保不間斷輸出。在線雙轉(zhuǎn)換式優(yōu)點(diǎn)，輸入電流范圍很廣，沒(méi)有開(kāi)關(guān)時(shí)間，輸出電流平穩(wěn)和精確，尤其適用于大功率要求，但生產(chǎn)成本較高。目前，在線雙轉(zhuǎn)換式UPS電源已經(jīng)在國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)有了廣泛應(yīng)用。

2.2 在線雙轉(zhuǎn)換式UPS電源組成及功能

在線雙變頻UPS開(kāi)關(guān)電源主要由整流電壓模組（或整流器）、逆變器、靜態(tài)開(kāi)關(guān)、旁路開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)模組等構(gòu)成，當(dāng)外接交換開(kāi)關(guān)電源工作順利運(yùn)行時(shí)，UPS電源可視其為穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源。電池組經(jīng)過(guò)補(bǔ)充為逆變器開(kāi)關(guān)電源，由逆變器提供穩(wěn)定的交流電。在斷電的情形下，電池組再經(jīng)過(guò)逆變器直接給負(fù)載用電。

3 UPS電源在機(jī)場(chǎng)弱電系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用

以青島膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)為例，青島膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓，其建筑面積已經(jīng)達(dá)到了140萬(wàn)多平方米，主要有四層，每一層都屬于特殊的設(shè)備，地下一層是專用的設(shè)備管溝，青島膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓屬于一類高層建筑，防火分類是一級(jí)防火，青島膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程是航站樓的配套工程，涵蓋著最重要的弱電系統(tǒng)，包括離港控制系統(tǒng)、安檢信息管理系統(tǒng)、UPS弱電配電系統(tǒng)和機(jī)房工程，這幾組系統(tǒng)在實(shí)際弱電系統(tǒng)中的應(yīng)用非常普遍。

3.1 機(jī)場(chǎng)弱電系統(tǒng)UPS電源供電方式

UPS電源的供電方案一般可以分成UPS集中供電方案和UPS分布式電源方案兩類，集中式供電系統(tǒng)一般是指由一個(gè)大功率UPS或兩個(gè)并聯(lián)的大中功率UPS，為電站整個(gè)弱電系統(tǒng)負(fù)荷范圍供應(yīng)優(yōu)質(zhì)電力，分布式供電系統(tǒng)也是當(dāng)今最廣泛使用的一種配置方式。它針對(duì)每個(gè)系統(tǒng)中的主要電氣設(shè)備而定，并配置了適當(dāng)?shù)闹行」β蔝PS。我國(guó)國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)修建初期，由于所有弱電部分系統(tǒng)都是相對(duì)單獨(dú)的，而當(dāng)時(shí)使用成熟的大功率UPS電源裝置極少，于是引入了分布式供電系統(tǒng)。

青島膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓，UPS電源過(guò)載、過(guò)溫、逆變器等故障時(shí)可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)自由切換到安全路徑，一般可以抵抗超過(guò)6kV的高壓沖擊，還能實(shí)現(xiàn)一定的開(kāi)關(guān)保護(hù)和限制電流的功能，UPS電源全程是智能化操作，還能實(shí)現(xiàn)在線診斷和報(bào)警，并且可以進(jìn)行24小時(shí)的監(jiān)視控制作用，最重要的是有對(duì)電池實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和電池放電維護(hù)的重要功能。

3.2 機(jī)場(chǎng)弱電系統(tǒng)供電方式的選擇

3.2.1 機(jī)場(chǎng)單機(jī)集中供電

這種供電方式主要是單臺(tái)UPS來(lái)完成，對(duì)所有機(jī)場(chǎng)的負(fù)載進(jìn)行供電，這套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，占地面積比較小，不需要花太多的錢(qián)就能完成采購(gòu)，但是此方案對(duì)UPS電源設(shè)備有著極高的要求，需要有安全可靠性，如果UPS電源出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)場(chǎng)弱點(diǎn)系統(tǒng)失去電力，最終導(dǎo)致整個(gè)弱點(diǎn)系統(tǒng)癱瘓，給機(jī)場(chǎng)帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.2 機(jī)場(chǎng)雙機(jī)并聯(lián)集中供電

機(jī)場(chǎng)使用這種供電方式一般主要是兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的UPS向機(jī)場(chǎng)所有系統(tǒng)負(fù)載進(jìn)行供電，兩臺(tái)UPS是均分負(fù)載，這種供電方式的可靠性，明顯優(yōu)于單機(jī)集中供電，但對(duì)這個(gè)系統(tǒng)的資金投入較大。

3.2.3 機(jī)場(chǎng)雙機(jī)雙總線集中供電

機(jī)場(chǎng)使用，這種供電方式一般是兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的UPS完成，對(duì)機(jī)場(chǎng)所有負(fù)載完成供電操作，兩臺(tái)UPS平分負(fù)載。這兩臺(tái)UPS的輸出端口一般都是由STS進(jìn)行控制完成供電負(fù)載，同時(shí)雙機(jī)工作需要獨(dú)立性，可以減少產(chǎn)生故障對(duì)彼此的影響，這種供電方式的安全可靠性極強(qiáng)，但需要的投資費(fèi)用不小。

3.3 機(jī)場(chǎng)弱電系統(tǒng)分散供電方式的實(shí)際應(yīng)用

3.3.1 單機(jī)分散供電的應(yīng)用

在這種供電模式下，每個(gè)系統(tǒng)都由單個(gè)UPS向負(fù)載供電。這意味著機(jī)場(chǎng)上的每個(gè)弱電系統(tǒng)都配備了獨(dú)立的監(jiān)控系統(tǒng)和帶有獨(dú)立電池的獨(dú)立電源UPS。在這種供電方式下，UPS電源相互獨(dú)立，互不影響。一臺(tái)設(shè)備的故障只會(huì)影響它所在的系統(tǒng)，這種方法涉及大量的UPS電源和運(yùn)營(yíng)后期大量維護(hù)和檢查工作。

3.3.2 雙機(jī)分散供電的應(yīng)用

在這種配電方案下，每個(gè)系統(tǒng)都由兩個(gè)與負(fù)載并聯(lián)工作的UPS配電，兩個(gè)UPS均分負(fù)荷并互為備用。該種方法要求大規(guī)模的UPS供電裝置，設(shè)備購(gòu)買(mǎi)成本高昂。與獨(dú)立分布式電源模式相比，可靠性大大提高?，F(xiàn)在，我國(guó)城市機(jī)場(chǎng)中也有不少的機(jī)場(chǎng)都選擇了這種供電方式。

4 機(jī)場(chǎng)UPS電源系統(tǒng)的原則和考慮因素

規(guī)范的UPS電源，應(yīng)該符合下列條件，即使機(jī)場(chǎng)用電中斷時(shí)，仍能為最大負(fù)荷電源，并確保為關(guān)鍵負(fù)荷不間斷電源，同時(shí)保持電流方向和頻率，以保障最大負(fù)荷不受外部影響。當(dāng)UPS系統(tǒng)選為電源時(shí)，輸入電流范圍、輸出電流精度、暫態(tài)電流穩(wěn)定性、輸入輸出頻率的范圍及準(zhǔn)確度、功率因數(shù)、波峰因數(shù)、限流功能、超載功能、平均開(kāi)機(jī)時(shí)限、平均故障時(shí)限、電池組保護(hù)、電腦數(shù)據(jù)處理能力、并行度、諧波傳動(dòng)控制能力、抗干擾能力等，都必須兼顧應(yīng)用環(huán)境條件、性價(jià)比、售后服務(wù)能力等因素。在實(shí)際使用中，使用者都應(yīng)當(dāng)熟悉UPS電源的工作情況和有關(guān)信息。可由UPS電源控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)處理器操控，并利用系統(tǒng)菜單調(diào)出有關(guān)信息，包括UPS電源的工作狀況、負(fù)荷能力、電池殘余放電時(shí)間、電池電壓、報(bào)警內(nèi)容等各種信息。數(shù)據(jù)處理和運(yùn)行記錄及系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)給機(jī)場(chǎng)平時(shí)運(yùn)行和保養(yǎng)弱電設(shè)備帶來(lái)了方便。

5 機(jī)場(chǎng)弱電系統(tǒng)UPS電源容量的選取

實(shí)際負(fù)載情況：p=∑pi/f即實(shí)際所有負(fù)載的總和∑pi，再除以功率因數(shù)f，f=0.6～0.8，即可得到實(shí)際負(fù)載容量p。

預(yù)留擴(kuò)容：考慮到業(yè)務(wù)發(fā)展的可能，在不追加大量投資情況下，增加UPS輸出容量。

輸出電壓：UPS輸出電壓是指市電經(jīng)過(guò)UPS整形、濾波、穩(wěn)壓等一系列措施后輸出的供等負(fù)載設(shè)備使用的電壓。這種電壓一般都比市電電壓干凈，沒(méi)有雜質(zhì)訊號(hào)。通常UPS的輸出交流電壓應(yīng)該穩(wěn)定在220V，不能有過(guò)多偏差。

輸出電壓頻率：一般電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)頻率是50Hz或者60Hz，UPS允許市電頻率有一定的變化范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)，UPS同步跟蹤市電頻率，超出則以本機(jī)頻率輸出。這個(gè)實(shí)際輸出的頻率就是輸出電壓頻率。

下面舉例說(shuō)明：以3000VA UPS，功率因數(shù)0.8，逆變效率0.9，延時(shí)4小時(shí)為例，計(jì)算步驟如下：

每一步：查UPS參數(shù)，得UPS逆變器啟動(dòng)電壓（電池組電壓）：U=96V，選用電池額定電壓：U1=12V，得出每組電池?cái)?shù)量：N=U÷U1=96V÷12V=8節(jié)/組；

第二步：套用公式，電池安時(shí)數(shù)（AH）=3000VA×0.8×4h÷96V÷0.9=111AH；

第三步：選用合適的電池，以上結(jié)果得出需要111AH的蓄電池才能滿足4小時(shí)的供電，但是常規(guī)蓄電池一般沒(méi)有容量為111AH的，且需要8節(jié)/1組，我們可以選擇2組（16節(jié)）65AH的蓄電池并聯(lián)進(jìn)行配置，根據(jù)上面公式其延時(shí)時(shí)間為：65AH×2÷3000VA÷0.8×96V×0.9=4.68小時(shí)。

最終，通過(guò)工程技術(shù)人員的不懈努力，實(shí)現(xiàn)了機(jī)場(chǎng)航站樓供電系統(tǒng)（UPS電源）的布線和安裝工作順利完成，投入實(shí)際的使用過(guò)程中。UPS電源在機(jī)場(chǎng)弱電系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用主要針對(duì)不同航站樓的核心機(jī)房，完成這些機(jī)房的供電任務(wù)，這樣才能保障航站樓的弱電系統(tǒng)可以正常運(yùn)用，UPS電源系統(tǒng)可以在緊急情況，一般是出現(xiàn)電壓不穩(wěn)或者突發(fā)停電的情況下，實(shí)現(xiàn)核心機(jī)房的正常供電，確保日常航站樓的系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。在未來(lái)運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)場(chǎng)可以考慮將一些有用的核心設(shè)備接入到UPS系統(tǒng)中，這樣更完美實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)UPS電源系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)弱電系統(tǒng)的最佳服務(wù)狀態(tài)。

綜上，伴隨著我國(guó)信息化社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展對(duì)機(jī)場(chǎng)有著較大的發(fā)展影響，機(jī)場(chǎng)不同的建筑及弱電系統(tǒng)都朝著智能化方向轉(zhuǎn)變，機(jī)場(chǎng)會(huì)使用UPS的情況逐漸增多，需要在滿足旅客出行的基本前提下，要保障不同系統(tǒng)安全運(yùn)行，設(shè)計(jì)中需要推廣使用最新的UPS系統(tǒng)，這樣可以提升弱電系統(tǒng)的安全性，對(duì)機(jī)場(chǎng)運(yùn)行效率有顯著的提升。