空管系統(tǒng)航管小區(qū)設(shè)備冗余供電設(shè)計(jì)

李自義

（民航云南空管分局，云南 昆明 650200）

0 引 言

近年來，空管系統(tǒng)的航管樓和通信導(dǎo)航監(jiān)視臺(tái)站的供電環(huán)境異常事件時(shí)有發(fā)生。空管系統(tǒng)對供電系統(tǒng)的重視程度不斷加強(qiáng)，全系統(tǒng)分別開展了供電設(shè)備隱患自查和供配電專項(xiàng)應(yīng)急實(shí)戰(zhàn)演練，以檢驗(yàn)供電應(yīng)急手段的可靠性，確保極端情況下空管服務(wù)的連續(xù)有效性。通過分析供電異常事件相關(guān)案例，發(fā)現(xiàn)供電設(shè)備的單點(diǎn)故障是導(dǎo)致重大供電異常事件的主要因素。供電設(shè)備的冗余設(shè)計(jì)能克服供電設(shè)備單點(diǎn)故障對管制運(yùn)行的影響，與后期供電設(shè)備的安全運(yùn)行密切相關(guān)，是空管供電體系建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1 航管小區(qū)供配電設(shè)備

航管小區(qū)供配電系統(tǒng)包括高壓供電系統(tǒng)和低壓供電系統(tǒng)。通常情況下，高壓供電系統(tǒng)由高壓配線、調(diào)壓變壓器以及其他相關(guān)元件組成。低壓供電系統(tǒng)由低壓開關(guān)柜、配電柜、柴油發(fā)電機(jī)組、自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)（Automatic Transfer Switch，ATS）、不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）、靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)（Static Transfer Switch，STS）以及直流供電系統(tǒng)等組成[1]。它們共同構(gòu)成一個(gè)完整的電力網(wǎng)絡(luò)，為航管小區(qū)提供穩(wěn)定可靠的供電服務(wù)。

1.1 高壓供電系統(tǒng)

航管小區(qū)承載著空管系統(tǒng)最重要的業(yè)務(wù)，重要程度較高。為確?？展芎诵脑O(shè)備機(jī)房的安全穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)按照A 級機(jī)房的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)。市電供電需要2路市電進(jìn)線，每路市電容量均需滿足航管小區(qū)所有負(fù)載的用電需求。

1.2 柴油發(fā)電機(jī)組

柴油發(fā)電機(jī)組是一種機(jī)電一體化設(shè)備，一般只為涉及的生產(chǎn)設(shè)備供電[1]。在2 路市電中斷時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)組通過市電檢測裝置自動(dòng)啟動(dòng)，提供應(yīng)急供電，切換時(shí)間一般不大于15 s。

1.3 ATS

ATS 可以實(shí)現(xiàn)2 路交流輸入電源的自動(dòng)切換。當(dāng)在用的一路輸入電源中斷時(shí)，ATS 會(huì)自動(dòng)切換至另一路輸入電源，切換時(shí)間一般大于100 ms，切換過程中可能會(huì)造成負(fù)載斷電。

1.4 UPS

UPS 是航管小區(qū)供電的核心設(shè)備。航管小區(qū)UPS一般采用雙總線設(shè)計(jì)，即4 臺(tái)UPS 組成2 套并機(jī)的UPS 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)2 路輸出，形成A、B 路雙總線供電。

1.5 STS

STS 通常由智能控制板、高速可控硅以及斷路器組成，是一種實(shí)現(xiàn)2 路交流電源之間快速自動(dòng)切換的供電設(shè)備。與ATS 不同，STS 切換時(shí)間一般不大于8 ms，切換過程中不會(huì)導(dǎo)致設(shè)備斷電。

1.6 直流供電系統(tǒng)

直流供電系統(tǒng)一般由整流模塊、監(jiān)控模塊、蓄電池組等部分組成。當(dāng)交流電源中斷時(shí)，由蓄電池為設(shè)備供電，以保證設(shè)備供電不間斷[2]。

2 航管小區(qū)冗余的供電設(shè)計(jì)

航管小區(qū)是空管系統(tǒng)的重要部分，主要包括中心機(jī)房和管制大廳。航管設(shè)備主要位于中心機(jī)房，管制大廳主要包含顯示設(shè)備和終端設(shè)備。為確保供電的可靠性，針對每條線路和每個(gè)設(shè)備可能出現(xiàn)的故障情況，航管小區(qū)供電系統(tǒng)采用多重冗余設(shè)計(jì)。

2.1 雙市電雙油機(jī)供電

在電源輸入方面，航管小區(qū)供電采用雙市電加雙油機(jī)的雙冗余供電模式。航管小區(qū)引接了2 路10 kV 高壓市電。這2 路10 kV 高壓市電之間由高壓母聯(lián)柜相連。2 路高壓市電通過變壓器后轉(zhuǎn)換成380 V低壓市電后，分別為2 套并機(jī)的UPS 供電。航管小區(qū)配置2 臺(tái)1 000 kVA 柴油發(fā)電機(jī)組，其輸出連接油機(jī)母線，為2 臺(tái)并機(jī)UPS 供電。

當(dāng)一路市電（以高壓Ⅰ回路為例）中斷時(shí)，斷開高壓Ⅰ回路高壓輸入開關(guān)，閉合高壓母聯(lián)開關(guān)，用高壓Ⅱ回路市電為高壓Ⅰ回路母線供電，確保2 路市電母線供電正常。

當(dāng)2 路高壓市電中斷時(shí)，油機(jī)啟動(dòng)檢測裝置檢測到2 路高壓市電中斷后啟動(dòng)主用柴油發(fā)電機(jī)，并在電源輸出穩(wěn)定后通過ATS 切換至油機(jī)，為UPS 和消防空調(diào)設(shè)備供電。

2.2 UPS 并機(jī)雙路供電

交流UPS 是航管小區(qū)的核心供電設(shè)備。航管小區(qū)共配置4 臺(tái)160 kVA 的UPS，采用UPS 并機(jī)的雙路輸出模式。UPS A-1 和UPS A-2 并機(jī)使用，輸出至UPS A 母線。UPSB-1 和UPSB-2 并機(jī)使用，輸出至UPS B 母線。UPS A 母線和UPS B 母線為航管小區(qū)中心機(jī)房和管制大廳供電。

當(dāng)一套UPS 并機(jī)系統(tǒng)（以UPS A-1 和UPS A-2為例）中2 臺(tái)UPS 均故障時(shí)，UPS A 母線輸入中斷，單獨(dú)接到UPS A 母線的設(shè)備會(huì)斷電，而引接STS 電源和單獨(dú)引接UPS B 母線的設(shè)備不受影響。如果嚴(yán)格按照單電源設(shè)備引接STS 供電、雙電源設(shè)備引接UPS A 母線和UPS B 母線供電的原則進(jìn)行供電，此種情況也不會(huì)對航管設(shè)備造成影響。

2.3 分布式STS 供電

在末端設(shè)備供電方面，航管小區(qū)采用分布式STS供電方式。中心機(jī)房每個(gè)機(jī)柜均配置1 臺(tái)STS，在管制大廳每個(gè)席位配置2 臺(tái)STS。末端設(shè)備按照單電源設(shè)備引接STS 供電，雙電源設(shè)備引接雙路UPS 母線供電。當(dāng)一路UPS母線中斷時(shí)，末端設(shè)備不會(huì)造成斷電。分布式STS 供電設(shè)計(jì)使供電風(fēng)險(xiǎn)分散，安全性比集中式STS 更高。單個(gè)STS 設(shè)備故障只會(huì)影響單個(gè)機(jī)柜、單個(gè)席位單電源設(shè)備的供電，影響范圍小。

2.4 直流應(yīng)急供電

在雙UPS 母線均不能正常供電的極端情況下，為保障空管最基本的管制語音指揮服務(wù)不中斷，航管小區(qū)甚高頻地空通信信號全鏈條設(shè)備均需配置直流電源[3]。

3 航管末端設(shè)備供電設(shè)計(jì)

3.1 供電設(shè)計(jì)原則

航管末端設(shè)備供電設(shè)計(jì)可確保單路UPS 母線中斷或單個(gè)STS 故障時(shí)，設(shè)備的功能不受影響，單個(gè)管制席位的空中交通服務(wù)不中斷。根據(jù)設(shè)備原理結(jié)構(gòu)和管制方式，合理設(shè)計(jì)各設(shè)備的位置布局和供電引接，最大限度提升供電的可靠性[4]。

航管末端設(shè)備供電的原則包括2個(gè)方面。一方面，雙電源設(shè)備應(yīng)分別接入A、B 路UPS 電源，單電源設(shè)備接入STS 電源，確保單路UPS 電源中斷時(shí)對系統(tǒng)運(yùn)行不產(chǎn)生影響；另一方面，系統(tǒng)相同功能的服務(wù)器和冗余的網(wǎng)絡(luò)核心交換機(jī)放置在不同的機(jī)柜，確保單機(jī)柜電源全部故障對系統(tǒng)功能無影響。

3.2 航管小區(qū)中心機(jī)房的航管設(shè)備供電設(shè)計(jì)

以空中交通管制自動(dòng)化系統(tǒng)為例，系統(tǒng)服務(wù)器均采用冗余結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用A、B、C 三網(wǎng)結(jié)構(gòu)[5]。系統(tǒng)主要包含智能數(shù)據(jù)分配器（Line Distribution Ware，LDW）、雷達(dá)數(shù)據(jù)前置處理機(jī)（Radar Data Front Processor，RFP）、雷達(dá)數(shù)據(jù)處理機(jī)（Radar Data Processor，RDP）、直通雷達(dá)數(shù)據(jù)處理機(jī)（Direct Access Radar Data Processor，DARD）、數(shù)據(jù)通信處理機(jī)（Data Communication Processor，DCP）、飛行數(shù)據(jù)處理機(jī)（Flight Data Processor，F(xiàn)DP）、飛行數(shù)據(jù)記錄儀（Flight Data Recorder，F(xiàn)DR）、監(jiān)視數(shù)據(jù)顯示器（Surveillance Data Display，SDD）、飛行數(shù)據(jù)顯示器（Flight Data Display，F(xiàn)DD）以及核心交換機(jī)。設(shè)備布局與供電情況如表1 所示。

空管自動(dòng)化設(shè)備多為雙電源設(shè)備，分別引接A、B 雙路UPS 母線。網(wǎng)絡(luò)核心交換機(jī)為單電源設(shè)備，需要引接STS 電源。這樣單路UPS 電源中斷時(shí)不會(huì)對系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生影響，同時(shí)單機(jī)柜電源全部故障對系統(tǒng)功能也無影響。

3.3 管制大廳的末端設(shè)備供電

管制大廳以單個(gè)管制席位作為基本供電單元，每個(gè)管制席均采用A、B 雙路UPS 輸入，并配置2 臺(tái)STS。一個(gè)管制席位包含對空指揮席和監(jiān)控協(xié)調(diào)席，其中的席位設(shè)備主要分為4 類。一是自動(dòng)化主用和備用系統(tǒng)設(shè)備，包含SDD、FDD、視頻延長器、進(jìn)程單打印機(jī)；二是主用內(nèi)話和備用內(nèi)話終端設(shè)備，包含4臺(tái)席位處理器和席位觸摸屏；三是VHF 應(yīng)急遙控盒；四是SIPDS 席位設(shè)備。這些設(shè)備均為單電源設(shè)備，需要引接STS 電源。

席位設(shè)備供電設(shè)計(jì)的原則是：在單路UPS 電源中斷時(shí)，對管制指揮不產(chǎn)生任何影響；在單臺(tái)STS 故障時(shí)，管制席位的基本功能正常，可為更換席位爭取時(shí)間，確保管制服務(wù)不中斷。

因此，使用STS1 設(shè)備為SDD 顯示器、SDD 延長器、主用內(nèi)話對空席位處理器和觸摸屏、備用內(nèi)話協(xié)調(diào)席位處理器和觸摸屏、進(jìn)程單打印機(jī)。同時(shí)，使用STS2 設(shè)備為FDD 顯示器、FDD 延長器、主用內(nèi)話協(xié)調(diào)席位處理器和觸摸屏、備用內(nèi)話對空席位處理器和觸摸屏、甚高頻（Very High Frequency，VHF）應(yīng)急遙控盒、綜合信息處理與顯示系統(tǒng)（Synthetical Information Process and Display System，SIPDS）主機(jī)以及顯示器供電。

當(dāng)單個(gè)STS（以STS1 為例）故障時(shí)，對空指揮管制員可以通過FDD 顯示器查看空中飛機(jī)飛行動(dòng)態(tài)，使用備用內(nèi)話對空席位指揮飛機(jī)，確保管制服務(wù)不會(huì)中斷。

4 結(jié) 論

供電系統(tǒng)是空管設(shè)備的核心，提升供電設(shè)備的可靠性對于確?？展芟到y(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要[6]。通過開展空管系統(tǒng)內(nèi)供配電系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)梳理排查和供配電專項(xiàng)應(yīng)急實(shí)戰(zhàn)演練等，不斷深化對供電設(shè)備的認(rèn)識(shí)，積累供電設(shè)備運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，從而增強(qiáng)供電綜合保障能力。