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(dǎo)航及監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行安全直接關(guān)系著民航空中飛行安全。系統(tǒng)設(shè)備電源的安全可靠是保障設(shè)備安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。隨著空管事業(yè)的迅猛發(fā)展，新技術(shù)、新設(shè)備的廣泛應(yīng)用，空管設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目與改造任務(wù)也越來越重?？展茉O(shè)備電源單母線供電，維護(hù)保障難度大，可靠性低，存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)，已經(jīng)無法滿足當(dāng)前運(yùn)行形勢的發(fā)展，因此必須實(shí)現(xiàn)雙母線供電模式。著力保障動(dòng)力設(shè)備安全運(yùn)行，不斷提升空管設(shè)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(dòng)力保障部門積極研究探索的方向。本文結(jié)合日常運(yùn)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(jié)的經(jīng)驗(yàn)，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(jī)冗余系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)房雙母線供電模式，保障空管設(shè)備運(yùn)行。但是多數(shù)空管設(shè)備為單電源設(shè)備，需更合理、更科學(xué)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(cuò)能力。本文結(jié)合空管站實(shí)際配置及運(yùn)行情況提出了以下兩個(gè)原則。

第一，電源配置接入原則?？展茉O(shè)施設(shè)備中已具備雙電源的設(shè)備，應(yīng)分別接入A、B路UPS電源；單電源設(shè)備且有主備關(guān)系，根據(jù)設(shè)備承載信息的相互替代關(guān)系進(jìn)行選擇，實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)冗余配置引接A、B路UPS電源，避免交叉混合導(dǎo)致各子系統(tǒng)設(shè)備同時(shí)失效；單電源無備份設(shè)備、傳輸中心節(jié)點(diǎn)設(shè)備、重點(diǎn)保障區(qū)域的關(guān)鍵核心負(fù)載及末端子系統(tǒng)設(shè)備，考慮加裝STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換裝置。STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換裝置應(yīng)選擇自投自復(fù)式，并且?guī)в惺謩?dòng)切換功能，一旦發(fā)生STS轉(zhuǎn)換失效，可隨時(shí)啟動(dòng)手動(dòng)切換。

第二，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了A、B路UPS電源雙母線供電模式下的臺(tái)站，其區(qū)域內(nèi)已經(jīng)提升了設(shè)備電源備份冗余的保障手段，不應(yīng)將過多的負(fù)載隨意加載在STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換裝置上。如果加裝了STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換裝置，當(dāng)兩路UPS總線電源處于正常運(yùn)行時(shí)，反而多了一級(jí)故障節(jié)點(diǎn)。因此，應(yīng)遵循統(tǒng)一規(guī)范的配置接入原則。

1 進(jìn)近管制室現(xiàn)狀

進(jìn)近管制室目前規(guī)劃設(shè)計(jì)了5個(gè)管制席位，1個(gè)主任席位，每個(gè)管制席位分為2個(gè)單元，分別對應(yīng)指揮席和監(jiān)控席、協(xié)調(diào)席，每個(gè)席位的末端設(shè)備電源配置方案均保持一致，根據(jù)席位功能劃分特點(diǎn)和設(shè)備供電保障的特殊性，按照合理設(shè)計(jì)、優(yōu)化冗余的原則制定配置方案。

1.1 席位設(shè)備基本配置情況

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

第二，單元2。監(jiān)控席配備子系統(tǒng)設(shè)備，主要包括：（1）自動(dòng)化主用和備用系統(tǒng)設(shè)備，為單電源設(shè)備，互為備份關(guān)系，顯示器共享，單電源設(shè)備；（2）飛行計(jì)劃處理主用和應(yīng)急系統(tǒng)設(shè)備，為單電源設(shè)備，互為備份關(guān)系，顯示器共享，單電源設(shè)備；（3）內(nèi)話主用和備用終端設(shè)備，為單電源設(shè)備；（4）8和1應(yīng)急遙控盒，為單電源設(shè)備，無備份。協(xié)調(diào)席設(shè)置在單元2與監(jiān)控席共用設(shè)備。

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

1.2 席位末端設(shè)備電源優(yōu)化配置

管制席中系統(tǒng)設(shè)備配置種類及數(shù)量基本一致的兩個(gè)單元，其在管制運(yùn)行中的功能作用是不可相互替代關(guān)系，因此可以分別加裝一臺(tái)STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)，解決席位末端子系統(tǒng)設(shè)備多為單電源、單系統(tǒng)核心負(fù)載的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)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(yán)重后果。

（1）進(jìn)近管制室內(nèi)已配備了A/B路末端工藝配電箱，實(shí)現(xiàn)了雙母線供電。從兩個(gè)工藝配電箱內(nèi)分別選取一路獨(dú)立控制開關(guān)，對應(yīng)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(shè)置主用優(yōu)先源（暨單元1設(shè)A路為主選源，單元2設(shè)B路為主選源），以規(guī)避一路電源故障中斷時(shí)兩臺(tái)STS同時(shí)切換失效的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（3）STS輸出端引接四條帶空開保護(hù)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(jī)等電源就近接入均衡調(diào)配，盡量保持每條PDU上負(fù)載量小于1 kVA。

（4）末端STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)一般選用單相16 A，設(shè)計(jì)輸出總?cè)萘坎怀^3 kVA為宜，PDU選用220 V/10 A帶空開保護(hù)功能的國標(biāo)三扁或國標(biāo)五孔PDU分布安裝。通過逐級(jí)整定實(shí)現(xiàn)局部短路過載保護(hù)，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(cuò)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(yùn)行。由于交叉選優(yōu)的設(shè)置方式，只有其中某一單元的STS啟動(dòng)了無縫切換，正常情況下指揮席、監(jiān)控席及協(xié)調(diào)席設(shè)備無瞬斷，席位功能保持不變。

（2）某單元STS開關(guān)本體切換失效或內(nèi)部故障輸出中斷，導(dǎo)致該單元席位功能全部失效，但不會(huì)造成整個(gè)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(wù)，技保人員啟動(dòng)A類設(shè)備等級(jí)故障應(yīng)急處置流程，準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)，及時(shí)更換備件恢復(fù)正常供電。

（3）某單元STS輸出端下游負(fù)載短路、過載，導(dǎo)致該條PDU空開保護(hù)跳閘。該P(yáng)DU接入設(shè)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(wù)，技保人員可以快速鎖定故障點(diǎn)，組織搶修盡快恢復(fù)系統(tǒng)功能，且其他PDU上接入設(shè)備將不受影響。

（4）STS輸出端與PDU之間連接導(dǎo)線短路故障時(shí)，STS自帶保護(hù)開關(guān)分?jǐn)?，并且監(jiān)測到下游故障啟動(dòng)禁止轉(zhuǎn)換功能，保護(hù)上游電源不受故障電流轉(zhuǎn)移而造成的干擾。此時(shí)，該STS輸出端全部供電中斷，同時(shí)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(yīng)深入理解STS的結(jié)構(gòu)特性，精準(zhǔn)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(zhuǎn)換裝置，都大大提高了設(shè)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(zhuǎn)換裝置尤為重要。選型時(shí)應(yīng)充分應(yīng)考慮STS的功能實(shí)現(xiàn)和技術(shù)指標(biāo)，確認(rèn)是否符合實(shí)際需求。應(yīng)配備通信端口，以便隨時(shí)接入遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)了解掌握運(yùn)行信息，并通過數(shù)據(jù)分析研判，提高技防措施。加強(qiáng)定期維護(hù)測試工作，使STS保持良好地運(yùn)行狀態(tài)。

3 UPS（1+1）并機(jī)冗余系統(tǒng)+STS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1為故障容錯(cuò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖1 故障容錯(cuò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4 STS靜態(tài)裝換裝置的選型與技術(shù)指標(biāo)

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

4.1 STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換裝置選型應(yīng)具備的主要功能與特性

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

（2）具備電源優(yōu)先源選擇設(shè)置功能。

（3）兼容自動(dòng)和手動(dòng)轉(zhuǎn)換功能，轉(zhuǎn)換無電流交迭。

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

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

（6）反復(fù)轉(zhuǎn)換閉鎖功能。

對于自動(dòng)轉(zhuǎn)換，當(dāng)優(yōu)先源上的故障被察覺時(shí)，會(huì)自動(dòng)觸發(fā)自動(dòng)瞬間轉(zhuǎn)換功能，將負(fù)載轉(zhuǎn)移到另一路電源上，且不干擾對負(fù)載的供電。為了避免兩路切換發(fā)生重疊沖突，自動(dòng)轉(zhuǎn)換采用“先斷后合”的原則。

對于手動(dòng)控制，手動(dòng)控制可允許操作人員安全地將負(fù)載在兩路電源間切換，以便進(jìn)行維護(hù)測試操作。

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

對于分散負(fù)載，STS裝置的輸出電流控制，禁止在下游供電設(shè)備故障時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。該功能避免了故障電流被轉(zhuǎn)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(biāo)

電壓為220 V/230 V/240 V單相。輸入電壓范圍可調(diào)，范圍不小于±10%。頻率為50～60 Hz，可調(diào)，允許范圍不小于±5%。轉(zhuǎn)換開關(guān)為兩級(jí)開關(guān)（相/零）切換，火線和零線同時(shí)切換，兩路輸入電源可以是不同電力系統(tǒng)；單級(jí)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(zhuǎn)換模式為同步/異步（先斷后合）。零線系統(tǒng)應(yīng)兼容所有接地系統(tǒng)。維護(hù)旁路，熱插拔式機(jī)架型的應(yīng)帶有安全操作的聯(lián)鎖開關(guān)（一般用于大功率STS）。自動(dòng)轉(zhuǎn)換間斷時(shí)間最大值應(yīng)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(shí)可供電30 min，150%時(shí)可供電2 min。

效率達(dá)到95%以上。防護(hù)等級(jí)滿足IP21以上。運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)機(jī)架式固定方式，便于固定擺放在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜或席位內(nèi)部。選用熱插拔機(jī)架式必須配備維護(hù)旁路，便于維護(hù)檢修。

末端設(shè)備電源配置負(fù)載量較小，通常選用額定電流16～32 A的單相STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換裝置；應(yīng)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(hù)功能的PDU進(jìn)行負(fù)載量整定，縮小負(fù)載故障影響的范圍，且所有負(fù)載量之和不應(yīng)超過STS額定容量的80%為宜；STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換裝置PE線應(yīng)共用接地，并且就近連接等電位接地母排。

5 結(jié) 論

實(shí)證表明優(yōu)化利用好雙母線供電資源，提高空管末端設(shè)備電源的安全冗余度，關(guān)鍵難點(diǎn)在于解決單電源系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。雖然加裝STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換裝置不是解決風(fēng)險(xiǎn)的唯一途徑，但是統(tǒng)籌兼顧、合理利用STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換裝置，可以有效緩解風(fēng)險(xiǎn)。

（1）正確把握好STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換裝置的選型與接入原則，不管是重點(diǎn)區(qū)域關(guān)鍵核心負(fù)載的單電源有主備關(guān)系設(shè)備，還是單電源無主備關(guān)系設(shè)備，加裝STS前都應(yīng)根據(jù)用戶需求進(jìn)行設(shè)備電源故障容錯(cuò)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(zhuǎn)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(shí)，應(yīng)注意接入設(shè)備負(fù)載量適當(dāng)，避免單點(diǎn)故障運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)；在臨近席位或具有相互接管及備份作用的席位中，應(yīng)考慮STS主選源交叉優(yōu)選的設(shè)置方式，實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)冗余的最佳配置方案。（3）盡量采購雙電源設(shè)備，不能盲目依托于STS的功效，而不顧單點(diǎn)故障帶來的衍生風(fēng)險(xiǎn)。

提高空管設(shè)備電源的安全性和可靠性，保障供電設(shè)備的持續(xù)安全運(yùn)行，是動(dòng)力保障部門的首要任務(wù)。只有不斷強(qiáng)化運(yùn)行管理，探索先進(jìn)的科學(xué)理念，制定相應(yīng)的維護(hù)維修規(guī)程，堅(jiān)持求真務(wù)實(shí)的態(tài)度，發(fā)揚(yáng)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。