偏遠燈塔能源配布方案研究

陳家齊 梁勇明

摘 要：現(xiàn)今隨著國際政治、軍事局勢的快速變化，一帶一路的建設(shè)，隨之而來的是對航路的助航設(shè)施建設(shè)的快速推動。燈塔是為船舶航行安全提供助航的重要設(shè)施，在偏遠的地理位置的燈塔更為重要，但存在能源系統(tǒng)的傳統(tǒng)壁壘，本文提出針對偏遠燈塔能源配布方案進行研究。經(jīng)過試驗，取得了良好的效果。但尚存在些許不足，如：環(huán)境影響因素導(dǎo)致及具體動態(tài)調(diào)整檢測數(shù)據(jù)等方面尚需加強和強化，為后期智能、遠程控制提供有力的經(jīng)驗積累和技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：燈塔 能源配布方案 雙UPS

1.前言

現(xiàn)今隨著國際政治、軍事局勢的快速變化、一帶一路的建設(shè)，隨之而來的是對航路的助航設(shè)施建設(shè)的快速推動。燈塔是為船舶航行安全提供助航的重要設(shè)施，在遠離大陸的地理位置的燈塔更為重要，但存在能源系統(tǒng)的傳統(tǒng)壁壘，本文提出針對偏遠燈塔能源配布方案進行研究。經(jīng)過試驗，取得了良好的效果。但尚存在些許不足，如：環(huán)境影響因素導(dǎo)致及具體動態(tài)調(diào)整檢測數(shù)據(jù)等方面尚需加強和強化，為后期智能、遠程控制提供有力的經(jīng)驗積累和技術(shù)保障。

2.總體目標

偏遠燈塔地理位置特殊，維護保養(yǎng)條件苛刻，考慮到受到各種自然條件的限制，為了使燈塔能夠穩(wěn)定的發(fā)光，建設(shè)一套功能完善、性能穩(wěn)定的能源系統(tǒng)，保障在極端情況下依舊可以最大程度的工作。因此，我們處于以上方面的考慮進行對偏遠燈塔能源配布方案進行系統(tǒng)性研究與實踐。明確需要能夠?qū)崿F(xiàn)燈器24小時不間斷供電，保障燈器在夜晚正常發(fā)光，實現(xiàn)全天候助航目標；可以通過北斗系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的傳輸與應(yīng)用，實現(xiàn)無地面網(wǎng)絡(luò)的情況下實時或定時的了解燈器的運行信息；利用全數(shù)字化智能工頻 UPS電源，保障燈器設(shè)備的正常運行，避免斷電或突發(fā)事件造成燈器無法供電；雙直流電源轉(zhuǎn)換器及全自動切換器避免系統(tǒng)末級故障引起供電中斷；利用LTS純物理結(jié)構(gòu)的交流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)實現(xiàn)雙系統(tǒng)自動切換；利用溫差原理降低蓄電池的環(huán)境溫度，延長蓄電池的使用壽命，降低線路壓降減少電路損耗。從以上幾方面進行整合和優(yōu)化，達到免維護、長周期、低成本、高可靠的遠離中國大陸架的燈塔能源配布方案的實現(xiàn)。

3.燈塔能源系統(tǒng)配布方案現(xiàn)狀及存在的問題

現(xiàn)存燈塔在能源系統(tǒng)中存在諸多不足和亟待解決的問題，諸如：當市電出現(xiàn)斷電時，充電機停止工作，蓄電池為燈器繼續(xù)供電，蓄電池沒有放電控制，當蓄電池連續(xù)工作若干小時后就會出現(xiàn)過放現(xiàn)象，蓄電池出現(xiàn)過放后壽命會急劇縮短或?qū)е聯(lián)p壞。又如：蓄電池長期處于高溫環(huán)境，不符合蓄電池的安全運行標準，此種情況下會加劇電池的老化速度。再如：蓄電池與燈器距離過遠，導(dǎo)致直流傳輸線壓降太大，造成線損嚴重。如果蓄電池長期處于浮充狀態(tài)，設(shè)備不能夠自動定期維護蓄電池，使蓄電池的壽命急劇縮短。蓄電池放置位置于塔頂，重量和體積都增加了更換維護的難度，產(chǎn)生高昂的搬運費。因此，對遠海燈塔的能源配布方案進行研究和試驗，迫在眉睫，因此，提出對偏遠燈塔能源配布方案進行研究。

4.電源配布系統(tǒng)方案

4.1對電池位置調(diào)整

調(diào)整蓄電池安放位置到塔底室內(nèi)，必要時安裝空調(diào)或循環(huán)風(fēng)扇保障蓄電池在常溫狀態(tài)下運行，有效的延長蓄電池的使用壽命的同時減輕一線人員的勞動強度，使更換蓄電池的時候更容易操作。

4.2增加雙UPS電源

為了增加系統(tǒng)供電的可靠性，利用兩路獨立的UPS供電單元，結(jié)合LTS自動切換的方式實現(xiàn)在線式供電結(jié)構(gòu)。當運行過程中出現(xiàn)一路因UPS或的蓄電池故障等原因造成的供電故障，不會影響另一路UPS繼續(xù)工作，保證了前端系統(tǒng)的可靠性。

UPS電源不同于普通充電器和逆變器的組合，它利用常用供電與儲能供電切換的原理實現(xiàn)不間斷供電轉(zhuǎn)換，默認在線式工作方式，內(nèi)置的充電器對蓄電池充電，浮充結(jié)束后充電機停止工作；當市電（如存在市電）斷開后UPS啟動內(nèi)部DC-AC至輸出端，當蓄電池電壓下降到過放值時，UPS停止工作；當市電恢復(fù)工作時一方面輸出供電，一方面啟動蓄電池充電器為蓄電池充電。完善的保護電路防止蓄電池過充及過放，更加防止蓄電池長期處于浮充狀態(tài)導(dǎo)致的電池老化。UPS電源是全新智能工頻不間斷電源，系統(tǒng)集高性能全數(shù)字化控制，雙變換在線式結(jié)構(gòu)，具有輸入功因校正，先進的DSP控制技術(shù)，完善的保護措施，超強的網(wǎng)絡(luò)管理，合理的人機對話界面等一系列精密成熟的設(shè)計，集可靠性、安全性、可維護性等更好性能新一代工頻不間斷電源。

兩路獨立的在線式UPS分別工作在靜默狀態(tài)，當市電斷開，優(yōu)選的UPS啟動工作，當優(yōu)選的UPS的蓄電池電量用盡時停止工作，LES檢測到優(yōu)選源供電異常，啟動備用UPS開始供電，LTS切換到備選源繼續(xù)工作。

4.3增加LTS負載轉(zhuǎn)換器

LTS 是一種單極自動切換裝置。LTS 在兩路交流電源構(gòu)成的雙總線供電系統(tǒng)中承擔(dān)著檢測、切換的核心任務(wù)，應(yīng)用于要求極高供電可靠性的高端不間斷供電領(lǐng)域，如計算機中心、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心、電信、金融數(shù)據(jù)中心及工業(yè)過程控制中心等，給設(shè)備提供穩(wěn)定的、高質(zhì)量的交流電源。

LTS 原理簡圖如下圖所示，其中輸入 1 為優(yōu)選源，輸入 2 為備選源，電子開關(guān)連接輸入 1 部分為常閉，連接輸入 2 部分為常開。

LTS功能操作：（1）手動切換是以變更優(yōu)選源的方式進行的。按下前面板上 Transfer 按鈕后，原先的優(yōu)選源被變更為備選源，而原先的備選源則變更為優(yōu)選源。此時，如果系統(tǒng)檢測到新的優(yōu)選源正常，并且兩路源之間的相位差在同步窗口范圍內(nèi)，則系統(tǒng)切換到新的優(yōu)選源供電；如果新的優(yōu)選源異常，或兩路源的相位差不在設(shè)定的同步窗口范圍內(nèi)，則 LTS會自動延遲直至滿足切換條件時才執(zhí)行切換。（2）自動切換優(yōu)選源供電時，如果優(yōu)選源發(fā)生異常，而備選源正常，并且兩路源之間的相位差在設(shè)定的同步窗口范圍內(nèi)，則LTS 自動切換到備選源供電。這種切換方式稱為自動切換。LTS 自動切換到備選源供電后，如果優(yōu)選源又恢復(fù)正常并持續(xù)一定時間，且兩路源之間的相位差在設(shè)定的同步窗口范圍內(nèi)，LTS 會再次回切到優(yōu)選源供電，稱為自動回切。如果兩路源的相位差不在設(shè)定的同步窗口范圍內(nèi)，則 LTS 會自動延遲至兩路源的相位差進入同步窗口范圍時才執(zhí)行自動回切。

4.4LTS供電模式

LTS 供電模式分為優(yōu)選源供電模式和備選源供電模式。優(yōu)選源供電模式，LTS通過電子開關(guān)將優(yōu)選源提供給負載的供電模式，稱為優(yōu)選源供電模式。備選源供電模式 ，LTS 通過電子開關(guān)將備選源提供給負載的供電模式，稱為備選源供電模式。

4.5雙電源直流供電系統(tǒng)

雙電源直流供電箱簡稱AC / DDC，是直流雙電源自動轉(zhuǎn)換單元，內(nèi)置兩路獨立的AC/DC轉(zhuǎn)換器，利用獨立的轉(zhuǎn)換單元使兩臺轉(zhuǎn)換器接替工作，有效保障了系統(tǒng)末端的運行可靠性。

5.基于北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的通信協(xié)議輔助系統(tǒng)

北斗通信系統(tǒng)，由北斗通信天線和北斗通信主機組成，設(shè)備具有獨立的通信端口，系統(tǒng)利用北斗收發(fā)天線實現(xiàn)定位與數(shù)據(jù)上傳，實現(xiàn)燈器的遠程數(shù)據(jù)傳輸；系統(tǒng)不借助地面通信信號，利用北斗用戶機與指揮機的點對點傳輸模式進行數(shù)據(jù)傳輸，增強了數(shù)據(jù)的安全性與可靠性。

6.結(jié)論

燈塔是重要的助航設(shè)施，是否能夠持續(xù)正常的發(fā)光，對于國家海上航行安全和國家經(jīng)濟貿(mào)易、海洋國防等諸多方面存在更為重要的意義；要保證燈塔正常穩(wěn)定的發(fā)光，非常有必要對燈塔進行能源及能源結(jié)構(gòu)等系統(tǒng)性的深度改造，通過在偏遠燈塔進行上述改造和試驗，取得了較為理想的效果、積累了大量的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，參考上述試驗成果，可以指導(dǎo)未來海上燈塔能源系統(tǒng)配布方案積累經(jīng)驗?？梢詾檠娱L養(yǎng)護周期、降低運行成本、提高航標設(shè)施可用性各類指標提供參考和借鑒意義。

參考文獻：

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