淺談中大型機(jī)場(chǎng)弱電信息系統(tǒng)UPS供電方案的選擇

【關(guān)鍵詞】機(jī)場(chǎng)；弱電信息系統(tǒng)；UPS；供電；安全生產(chǎn)

引言

隨著我國(guó)民航業(yè)的迅速發(fā)展，飛機(jī)逐漸成為大家出行必不可少的交通工具。民航業(yè)的發(fā)展進(jìn)一步促進(jìn)了機(jī)場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，機(jī)場(chǎng)弱電信息系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行在機(jī)場(chǎng)安全生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中起著越來(lái)越重要的作用，而UPS供電系統(tǒng)則為弱電信息系統(tǒng)提供了持續(xù)、穩(wěn)定、不間斷的電源供應(yīng)。因此，如何根據(jù)弱電信息系統(tǒng)的分類選擇合適的UPS供電系統(tǒng)進(jìn)而使其平穩(wěn)運(yùn)行，成為機(jī)場(chǎng)弱電信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維人員主要考慮的問(wèn)題及工作重點(diǎn)。

一、UPS供電系統(tǒng)

（一）UPS供電系統(tǒng)的功能及分類

不間斷電源，簡(jiǎn)稱為UPS，是一種外部供電設(shè)備，其內(nèi)部裝有儲(chǔ)能裝置，如電池，以確保電力的穩(wěn)定供應(yīng)。當(dāng)市電出現(xiàn)電涌、頻率漂移、電壓過(guò)高或過(guò)低、閃斷，甚至是中斷等用電異常時(shí)，UPS能夠保證負(fù)載用電的持續(xù)性、穩(wěn)定性，其核心電路及部件主要包括逆變器、整流器、電池充電器等。一般來(lái)說(shuō)，UPS可分為后備式UPS、在線互動(dòng)式UPS、在線式UPS。其工作原理及對(duì)比如圖1所示。

（二）UPS供電系統(tǒng)的工作方式

1.單機(jī)供電

單機(jī)供電方式，顧名思義，由獨(dú)立的UPS設(shè)備為負(fù)載進(jìn)行供電，該方式系統(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、成本較低、UPS設(shè)備工作效率較高，后期擴(kuò)容較簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn)。但該方式可靠性低，若設(shè)備某一模塊出現(xiàn)故障，則負(fù)載將通過(guò)旁路方式進(jìn)行供電；對(duì)設(shè)備進(jìn)行排故檢修時(shí)，負(fù)載將會(huì)斷電；該方式UPS不具備容錯(cuò)能力。

2.串聯(lián)冗余供電

串聯(lián)冗余供電方式要求負(fù)載由一臺(tái)UPS設(shè)備（通常被稱為主UPS）供電，另一臺(tái)UPS設(shè)備（通常被稱為串聯(lián)UPS）則為主UPS設(shè)備中的靜態(tài)旁路進(jìn)行供電。為了實(shí)現(xiàn)這種供電方式，主UPS設(shè)備必須具備獨(dú)立的輸入電路。通常情況下，負(fù)載是由主UPS設(shè)備提供電力的。然而，如果主UPS設(shè)備發(fā)生故障切換到旁路模式，那么負(fù)載將由串聯(lián)UPS設(shè)備提供電力。[1]

該方式主UPS設(shè)備具有容錯(cuò)能力，搭建方式較為靈活簡(jiǎn)單，可選用型號(hào)、品牌不同的主UPS與串聯(lián)UPS。但該方式對(duì)串聯(lián)UPS性能要求較高，其必須具備主UPS故障后承擔(dān)負(fù)載供電的能力；運(yùn)維、管理成本較高；整機(jī)進(jìn)行維護(hù)時(shí)，仍需切換至維修旁路對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電。

3.并聯(lián)冗余供電

并聯(lián)冗余供電是最常用的UPS冗余供電方式。正常情況下，負(fù)載由并聯(lián)系統(tǒng)中所有UPS設(shè)備進(jìn)行平均分擔(dān)，某一（或多個(gè)）個(gè)UPS設(shè)備故障時(shí)，剩余UPS仍可以繼續(xù)承擔(dān)負(fù)載供應(yīng)。該方式可靠性高，任意并聯(lián)系統(tǒng)中UPS設(shè)備出現(xiàn)故障，負(fù)載仍可以由系統(tǒng)中其他UPS設(shè)備進(jìn)行供應(yīng)；UPS設(shè)備負(fù)載率較低，負(fù)載由系統(tǒng)中所有UPS進(jìn)行承擔(dān)；擴(kuò)展方便，可隨時(shí)根據(jù)需求及負(fù)載變化進(jìn)行擴(kuò)容。但該方式系統(tǒng)建設(shè)要求高，系統(tǒng)中UPS設(shè)備的品牌、型號(hào)、規(guī)格、容量必須相同；整體系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)時(shí)，仍需切換至維修旁路對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電。

4.雙系統(tǒng)冗余供電

雙系統(tǒng)冗余供電中兩個(gè)UPS系統(tǒng)分別通過(guò)自己的總線向負(fù)載進(jìn)行供電，每個(gè)UPS系統(tǒng)可以為單機(jī)系統(tǒng)，也可以為“N+1”系統(tǒng)。因其通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的供電總線向負(fù)載進(jìn)行供電，所以該方式可靠性極高，且不存在單故障點(diǎn)；維護(hù)人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)時(shí)，也無(wú)需將系統(tǒng)切至維修旁路。但該方式建設(shè)成本高，每套UPS系統(tǒng)需要獨(dú)立的供電線路及組件，且UPS工作效率較低。

二、弱電信息系統(tǒng)機(jī)房

（一）電子信息系統(tǒng)機(jī)房分類標(biāo)準(zhǔn)

在進(jìn)行數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)時(shí)，需要參考《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50174-2017中的相關(guān)內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)，以確定數(shù)據(jù)中心的級(jí)別，該級(jí)別應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)中心的使用性質(zhì)以及數(shù)據(jù)丟失或網(wǎng)絡(luò)中斷對(duì)經(jīng)濟(jì)或社會(huì)造成的損失或影響程度來(lái)確定。[2]數(shù)據(jù)中心應(yīng)被分為A、B、C三個(gè)等級(jí)。

（二）機(jī)場(chǎng)弱電信息系統(tǒng)機(jī)房等級(jí)劃分

通常情況下，小型機(jī)場(chǎng)采用二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，而弱電機(jī)房通常分為核心層機(jī)房和接入層機(jī)房；對(duì)于中大型機(jī)場(chǎng)來(lái)說(shuō)，一般采用三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其中弱電機(jī)房被劃分為核心層機(jī)房、匯聚級(jí)機(jī)房和接入層機(jī)房。在核心層機(jī)房中，通常會(huì)安裝一系列設(shè)備，包括服務(wù)器、核心交換機(jī)、匯聚交換機(jī)、磁盤陣列以及邊界防火墻等，這些設(shè)備都會(huì)采用雙電源供電方式運(yùn)行。匯聚層機(jī)房會(huì)配備匯聚交換機(jī)等設(shè)備，并且這些設(shè)備通常都采用雙電源運(yùn)行。通常情況下，接入層機(jī)房會(huì)安裝接入交換機(jī)、光端機(jī)和放大器等設(shè)備，并且它們大多數(shù)是單電源供電的。根據(jù)GB50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》，機(jī)場(chǎng)核心層機(jī)房、匯聚層機(jī)房、接入層機(jī)房可以按照A、B、C三個(gè)級(jí)別進(jìn)行劃分。

三、機(jī)場(chǎng)弱電信息系統(tǒng)

（一）機(jī)場(chǎng)弱電信息系統(tǒng)整體概述

機(jī)場(chǎng)的弱電信息系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，機(jī)場(chǎng)協(xié)同決策系統(tǒng)為核心，實(shí)現(xiàn)了各弱電系統(tǒng)的互聯(lián)，并在統(tǒng)一的航班信息下自動(dòng)運(yùn)作。同時(shí)，它還對(duì)機(jī)場(chǎng)各生產(chǎn)保障部門進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度與管理，實(shí)現(xiàn)了智能化、高效化的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)和設(shè)備運(yùn)行，為機(jī)場(chǎng)的安全高效生產(chǎn)管理提供了自動(dòng)化手段。[3]此外，機(jī)場(chǎng)弱電信息系統(tǒng)還能夠?yàn)槁每秃秃娇展咎峁┘皶r(shí)、準(zhǔn)確、全面、完整的信息服務(wù)，以滿足信息統(tǒng)一、共享、調(diào)度、管理先進(jìn)和服務(wù)優(yōu)質(zhì)的需求。

（二）機(jī)場(chǎng)弱電信息系統(tǒng)分級(jí)建議

為了更好地對(duì)弱電信息系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和管理，可以根據(jù)信息系統(tǒng)的重要程度和復(fù)雜程度對(duì)各信息系統(tǒng)進(jìn)行定級(jí)，可將信息系統(tǒng)分為重要信息系統(tǒng)、較重要信息系統(tǒng)和一般信息系統(tǒng)等，分別簡(jiǎn)稱為Ⅰ級(jí)信息系統(tǒng)、Ⅱ級(jí)信息系統(tǒng)、Ⅲ級(jí)信息系統(tǒng)。

以筆者所在的呼和浩特市白塔國(guó)際機(jī)場(chǎng)為例，按照生產(chǎn)優(yōu)先原則、故障影響原則、復(fù)雜度原則等，各弱電信息系統(tǒng)分級(jí)如下（各級(jí)分類中只列出部分系統(tǒng)以供舉例）：

Ⅰ級(jí)信息系統(tǒng)：A-CDM（機(jī)場(chǎng)協(xié)同決策）系統(tǒng)、報(bào)文系統(tǒng)、手持機(jī)系統(tǒng)、貨運(yùn)信息系統(tǒng)、無(wú)線集群對(duì)講系統(tǒng)、生產(chǎn)核心網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控核心網(wǎng)絡(luò)、離港核心網(wǎng)絡(luò)、辦公核心網(wǎng)絡(luò)、安防監(jiān)控系統(tǒng)、圍界監(jiān)控系統(tǒng)、航顯系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)等。

Ⅱ級(jí)信息系統(tǒng)：內(nèi)部通訊系統(tǒng)、空管自動(dòng)化系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、跑道管理系統(tǒng)、旅客服務(wù)平臺(tái)、數(shù)據(jù)共享傳輸、門禁系統(tǒng)、行李跟蹤系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)、應(yīng)用數(shù)據(jù)交互平臺(tái)、智慧運(yùn)維平臺(tái)等。

Ⅲ級(jí)信息系統(tǒng)：非航網(wǎng)絡(luò)、WIFI網(wǎng)絡(luò)、OA系統(tǒng)、動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)等。

四、機(jī)場(chǎng)弱電信息系統(tǒng)UPS供電方案及建議

（一）核心層機(jī)房

機(jī)場(chǎng)弱電信息系統(tǒng)的運(yùn)行將受到核心層機(jī)房的供電可靠性和安全性的直接影響，因?yàn)楹诵膶訖C(jī)房是最為重要的機(jī)房?？紤]到核心層機(jī)房的特點(diǎn)和各弱電設(shè)備對(duì)電力的需求，建議采用并聯(lián)冗余的UPS供電方式，以滿足核心機(jī)房?jī)?nèi)重要雙電源負(fù)載需要兩路獨(dú)立UPS電源的要求[4]。在并聯(lián)系統(tǒng)中，每條總線都可以配備單機(jī)UPS，這樣不僅可以增加UPS設(shè)備的利用率，還能有效地降低成本。

（二）匯聚層機(jī)房

匯聚層機(jī)房作為接入層機(jī)房及核心層機(jī)房的“橋梁”，主要承擔(dān)著機(jī)場(chǎng)具體區(qū)域的業(yè)務(wù)，其供電可靠性對(duì)機(jī)場(chǎng)各弱電信息系統(tǒng)的運(yùn)行有著重大影響。因此，UPS供電方式可以選擇“1+1”并聯(lián)系統(tǒng)供電。

（三）接入層機(jī)房

對(duì)于接入層機(jī)房，UPS供電方式可以選擇較為簡(jiǎn)單的單機(jī)供電方式，由于接入層機(jī)房數(shù)量一般較多，此種方式下UPS運(yùn)行及維護(hù)數(shù)量較多，會(huì)增加后期運(yùn)行維護(hù)工作量。因此，可以采用集中供電的方式，根據(jù)地理位置及每個(gè)機(jī)房負(fù)載情況，將4～5個(gè)機(jī)房劃為一組，統(tǒng)一由單臺(tái)UPS設(shè)備集中供電，這樣不僅可以減少UPS設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的數(shù)量，還可以提高UPS設(shè)備的負(fù)載率。

（四）弱電信息系統(tǒng)終端UPS供電方案及建議

除了對(duì)以上各級(jí)機(jī)房的UPS供電方案的選擇及建議，根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)于關(guān)鍵信息系統(tǒng)的弱電終端，也需要考慮配置UPS設(shè)備提高其供電可靠性。下面以機(jī)場(chǎng)中較為常見(jiàn)的部分弱電信息系統(tǒng)終端為例，簡(jiǎn)要介紹其部署UPS的必要性及其方案建議。

1.航顯系統(tǒng)終端

航顯系統(tǒng)是一種重要的通信工具，其主要功能是通過(guò)各種主流的顯示設(shè)備來(lái)向公眾發(fā)布航班信息、公告信息和服務(wù)信息等。它是機(jī)場(chǎng)與旅客之間進(jìn)行溝通的重要途徑和窗口，因此，機(jī)場(chǎng)的航顯系統(tǒng)終端必須具備穩(wěn)定性、可靠性和長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的能力。航顯系統(tǒng)終端一般按區(qū)域可分為值機(jī)島航顯、登機(jī)口航顯以及樓內(nèi)組合屏航顯。其一般由工控機(jī)、電子顯示屏組成，通過(guò)雙絞線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

為避免航站樓內(nèi)市電出現(xiàn)波動(dòng)或閃斷對(duì)航顯終端功能產(chǎn)生影響以及防止航顯終端設(shè)備因以上等原因損壞，建議對(duì)航顯系統(tǒng)終端采用UPS供電的方式。

對(duì)于值機(jī)島區(qū)域的航顯終端，由于其分布較為緊湊，為了減少后期運(yùn)行維護(hù)的工作量以及節(jié)約成本，所以可以考慮按照值機(jī)柜臺(tái)順序或可辦理航空公司范圍，按照7-8個(gè)柜臺(tái)的數(shù)量采用集中供電，UPS供電方式可以選擇較為簡(jiǎn)單的單機(jī)供電方式，若條件允許，也可以采用“1+1”并聯(lián)系統(tǒng)對(duì)其供電，進(jìn)一步提高供電可靠性。

由于各登機(jī)口航顯終端分布較遠(yuǎn)且負(fù)載較小，建議對(duì)其采用UPS單機(jī)供電的方式；組合屏航顯終端可按照每個(gè)組合屏為單位，采用UPS單機(jī)供電的方式。

2.離港系統(tǒng)終端

離港系統(tǒng)終端主要分布在值機(jī)島各值機(jī)柜臺(tái)以及各登機(jī)口柜臺(tái)。其一般包括主機(jī)、顯示器、打印機(jī)、掃描槍等設(shè)備。為避免航站樓內(nèi)市電出現(xiàn)波動(dòng)或閃斷對(duì)離港系統(tǒng)終端功能產(chǎn)生影響進(jìn)而造成旅客誤機(jī)或航班延誤，建議對(duì)離港系統(tǒng)終端采用UPS供電。

對(duì)于值機(jī)島區(qū)域離港系統(tǒng)終端，可與值機(jī)島區(qū)域的航顯終端采用相同的UPS供電方式，若UPS容量較大，則可以與航顯終端使用同一UPS設(shè)備進(jìn)行供電。

對(duì)于登機(jī)口區(qū)域離港系統(tǒng)終端，建議對(duì)其采用UPS單機(jī)供電的方式。此外，登機(jī)口其他弱電終端，例如內(nèi)通系統(tǒng)終端、廣播系統(tǒng)終端等，都可以與離港系統(tǒng)終端使用同一UPS設(shè)備進(jìn)行供電。

結(jié)束語(yǔ)

UPS供電系統(tǒng)是機(jī)場(chǎng)弱電信息系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，機(jī)場(chǎng)運(yùn)維人員應(yīng)充分考慮各弱電信息系統(tǒng)的可靠性要求、運(yùn)行等級(jí)、風(fēng)險(xiǎn)承受能力、應(yīng)急恢復(fù)能力，并結(jié)合機(jī)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況、財(cái)務(wù)情況等，為不同級(jí)別機(jī)房、系統(tǒng)、終端選擇最優(yōu)的UPS供電方案。