北京中航弱電系統(tǒng)工程有限公司 尚 明

機場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)的應用，豐富了機場的多種服務功能并提高了機場服務水平。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的弱電設(shè)備與計算機技術(shù)集成在一起，這些弱電設(shè)備對弱電質(zhì)量提出了更高的要求，機場弱電設(shè)備的供電要求為一類負載。不過，無論雙向用電切換或者啟動備用的特殊發(fā)電機組，都需要一些時間。在此期間，要想實現(xiàn)機場計算機和弱電系統(tǒng)的正常運行，高質(zhì)量的UPS電源不能缺少，只有高質(zhì)量的UPS電源保護機場弱電系統(tǒng)，才能確保機場的日常使用。

1 機場弱電系統(tǒng)的組成及供電要求

1.1 機場弱電系統(tǒng)的組成

機場弱電系統(tǒng)，用專業(yè)的話來講就是航站樓的弱電系統(tǒng)，它由多個系統(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，可以說缺少任何一個系統(tǒng)，機場就會失去運營能力[1]。

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

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

航班信息顯示系統(tǒng)，這個系統(tǒng)包含服務器、信息發(fā)布軟件和數(shù)據(jù)庫等不同內(nèi)容的系統(tǒng)。一般對旅客的實際作用，主要是對旅客進行航班信息的獲取、登機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]。旅客可以從機場大屏幕中獲得航班的數(shù)據(jù)信息。

廣播系統(tǒng)，主要由語音庫、揚聲器和廣播主機組成。廣播系統(tǒng)的作用可以為旅客及時提供當日航班信息、登機廣播通知以及所有航班的即時狀態(tài)的廣播。旅客可以從廣播系統(tǒng)的揚聲器中聽到應急廣播、業(yè)務廣播和服務性的廣播。

其他機場弱電系統(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)在機場建設(shè)中有不同的側(cè)重點，所以機場弱電核心系統(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，后臺系統(tǒng)的組成架構(gòu)沒有大的區(qū)別。

1.2 機場弱電系統(tǒng)供電要求

機場系統(tǒng)業(yè)務使用的服務器、存儲、交換機等核心設(shè)備是關(guān)鍵或特別關(guān)鍵的重要負載，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。機場所有弱電系統(tǒng)，主要是由計算機系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、電信設(shè)施等所構(gòu)成的相容性負載，UPS系統(tǒng)最適宜供電。但鑒于機場工作環(huán)境和設(shè)施的特點，電源供電的UPS系統(tǒng)通常需要同時符合下列條件，需要保證UPS電源工作穩(wěn)定安全，適合于機場內(nèi)外的工作環(huán)境[4]。機場弱電系統(tǒng)在設(shè)備操作上具有很強的安全性，技術(shù)人員要設(shè)計安全性能進行全方位的防護，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，盡量使用本地遠程管理，利用標準的通信模式，來減少機場弱電系統(tǒng)的損耗，同時避免網(wǎng)絡(luò)資源的擁堵，這樣可以留有足夠的空間來實現(xiàn)機場弱電系統(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所。

后備UPS電源在機場供電系統(tǒng)正常工作時將機場供電系統(tǒng)垂直向負荷電源，在機場供電系統(tǒng)超過常規(guī)工作或斷電時，通過雙電源自動開關(guān)切換為單電池或逆變電源[5]。這種供電系統(tǒng)優(yōu)點為構(gòu)造簡單、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、開關(guān)時間較特定長。該種類型的UPS適合于對電源品質(zhì)要求不高，且能夠承受短時斷電的情形，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，就是為機場弱電系統(tǒng)的正常負荷電力提供穩(wěn)定電源，機場電源出現(xiàn)低于穩(wěn)定電壓的情況下，經(jīng)過UPS電源的配置進行電路輸出。當出現(xiàn)異常或電源供應不夠的情形下，將切換至轉(zhuǎn)換開關(guān)狀態(tài)，以轉(zhuǎn)換開關(guān)進行電池的逆變供電。其優(yōu)點是輸入電流范圍較廣、噪音低、體積小等特點，但切換過程需要一定時間完成[6]。

在線雙轉(zhuǎn)換UPS在機場電能順利工作時，對機場電源完成整流提供，并提升直流電壓供逆變器順利工作，然后逆變器再向機場負荷供應交換電。提供能量的電池轉(zhuǎn)換器一直保持運行狀態(tài)，以確保不間斷輸出。在線雙轉(zhuǎn)換式優(yōu)點，輸入電流范圍很廣，沒有開關(guān)時間，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)在國內(nèi)機場有了廣泛應用。

2.2 在線雙轉(zhuǎn)換式UPS電源組成及功能

在線雙變頻UPS開關(guān)電源主要由整流電壓模組（或整流器）、逆變器、靜態(tài)開關(guān)、旁路開關(guān)電源系統(tǒng)和監(jiān)測模組等構(gòu)成，當外接交換開關(guān)電源工作順利運行時，UPS電源可視其為穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源。電池組經(jīng)過補充為逆變器開關(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)過逆變器直接給負載用電。

3 UPS電源在機場弱電系統(tǒng)中的實際應用

以青島膠東國際機場為例，青島膠東國際機場航站樓，其建筑面積已經(jīng)達到了140萬多平方米，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，青島膠東國際機場航站樓屬于一類高層建筑，防火分類是一級防火，青島膠東國際機場擴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)和機房工程，這幾組系統(tǒng)在實際弱電系統(tǒng)中的應用非常普遍。

3.1 機場弱電系統(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)一般是指由一個大功率UPS或兩個并聯(lián)的大中功率UPS，為電站整個弱電系統(tǒng)負荷范圍供應優(yōu)質(zhì)電力，分布式供電系統(tǒng)也是當今最廣泛使用的一種配置方式。它針對每個系統(tǒng)中的主要電氣設(shè)備而定，并配置了適當?shù)闹行」β蔝PS。我國國內(nèi)機場修建初期，由于所有弱電部分系統(tǒng)都是相對單獨的，而當時使用成熟的大功率UPS電源裝置極少，于是引入了分布式供電系統(tǒng)。

青島膠東國際機場航站樓，UPS電源過載、過溫、逆變器等故障時可以自動實現(xiàn)自由切換到安全路徑，一般可以抵抗超過6kV的高壓沖擊，還能實現(xiàn)一定的開關(guān)保護和限制電流的功能，UPS電源全程是智能化操作，還能實現(xiàn)在線診斷和報警，并且可以進行24小時的監(jiān)視控制作用，最重要的是有對電池實現(xiàn)檢測和電池放電維護的重要功能。

3.2 機場弱電系統(tǒng)供電方式的選擇

3.2.1 機場單機集中供電

這種供電方式主要是單臺UPS來完成，對所有機場的負載進行供電，這套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，占地面積比較小，不需要花太多的錢就能完成采購，但是此方案對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，會導致整個機場弱點系統(tǒng)失去電力，最終導致整個弱點系統(tǒng)癱瘓，給機場帶來嚴重的經(jīng)濟損失和安全風險。

3.2.2 機場雙機并聯(lián)集中供電

機場使用這種供電方式一般主要是兩臺并聯(lián)運行的UPS向機場所有系統(tǒng)負載進行供電，兩臺UPS是均分負載，這種供電方式的可靠性，明顯優(yōu)于單機集中供電，但對這個系統(tǒng)的資金投入較大。

3.2.3 機場雙機雙總線集中供電

機場使用，這種供電方式一般是兩臺并聯(lián)運行的UPS完成，對機場所有負載完成供電操作，兩臺UPS平分負載。這兩臺UPS的輸出端口一般都是由STS進行控制完成供電負載，同時雙機工作需要獨立性，可以減少產(chǎn)生故障對彼此的影響，這種供電方式的安全可靠性極強，但需要的投資費用不小。

3.3 機場弱電系統(tǒng)分散供電方式的實際應用

3.3.1 單機分散供電的應用

在這種供電模式下，每個系統(tǒng)都由單個UPS向負載供電。這意味著機場上的每個弱電系統(tǒng)都配備了獨立的監(jiān)控系統(tǒng)和帶有獨立電池的獨立電源UPS。在這種供電方式下，UPS電源相互獨立，互不影響。一臺設(shè)備的故障只會影響它所在的系統(tǒng)，這種方法涉及大量的UPS電源和運營后期大量維護和檢查工作。

3.3.2 雙機分散供電的應用

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

4 機場UPS電源系統(tǒng)的原則和考慮因素

規(guī)范的UPS電源，應該符合下列條件，即使機場用電中斷時，仍能為最大負荷電源，并確保為關(guān)鍵負荷不間斷電源，同時保持電流方向和頻率，以保障最大負荷不受外部影響。當UPS系統(tǒng)選為電源時，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確度、功率因數(shù)、波峰因數(shù)、限流功能、超載功能、平均開機時限、平均故障時限、電池組保護、電腦數(shù)據(jù)處理能力、并行度、諧波傳動控制能力、抗干擾能力等，都必須兼顧應用環(huán)境條件、性價比、售后服務能力等因素。在實際使用中，使用者都應當熟悉UPS電源的工作情況和有關(guān)信息?？捎蒛PS電源控制系統(tǒng)的計算機處理器操控，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、負荷能力、電池殘余放電時間、電池電壓、報警內(nèi)容等各種信息。數(shù)據(jù)處理和運行記錄及系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)給機場平時運行和保養(yǎng)弱電設(shè)備帶來了方便。

5 機場弱電系統(tǒng)UPS電源容量的選取

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

預留擴容：考慮到業(yè)務發(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UPS整形、濾波、穩(wěn)壓等一系列措施后輸出的供等負載設(shè)備使用的電壓。這種電壓一般都比市電電壓干凈，沒有雜質(zhì)訊號。通常UPS的輸出交流電壓應該穩(wěn)定在220V，不能有過多偏差。

輸出電壓頻率：一般電網(wǎng)標準頻率是50Hz或者60Hz，UPS允許市電頻率有一定的變化范圍，在這個范圍內(nèi)，UPS同步跟蹤市電頻率，超出則以本機頻率輸出。這個實際輸出的頻率就是輸出電壓頻率。

下面舉例說明：以3000VA UPS，功率因數(shù)0.8，逆變效率0.9，延時4小時為例，計算步驟如下：

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

第二步：套用公式，電池安時數(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小時的供電，但是常規(guī)蓄電池一般沒有容量為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)進行配置，根據(jù)上面公式其延時時間為：65AH×2÷3000VA÷0.8×96V×0.9=4.68小時。

最終，通過工程技術(shù)人員的不懈努力，實現(xiàn)了機場航站樓供電系統(tǒng)（UPS電源）的布線和安裝工作順利完成，投入實際的使用過程中。UPS電源在機場弱電系統(tǒng)的實際應用主要針對不同航站樓的核心機房，完成這些機房的供電任務，這樣才能保障航站樓的弱電系統(tǒng)可以正常運用，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，實現(xiàn)核心機房的正常供電，確保日常航站樓的系統(tǒng)穩(wěn)定運行。在未來運行過程中，機場可以考慮將一些有用的核心設(shè)備接入到UPS系統(tǒng)中，這樣更完美實現(xiàn)機場UPS電源系統(tǒng)的實際應用，實現(xiàn)機場弱電系統(tǒng)的最佳服務狀態(tài)。

綜上，伴隨著我國信息化社會經(jīng)濟高速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展對機場有著較大的發(fā)展影響，機場不同的建筑及弱電系統(tǒng)都朝著智能化方向轉(zhuǎn)變，機場會使用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)安全運行，設(shè)計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，對機場運行效率有顯著的提升。