民航区域管制中心供电系统安全性研究

王士鹏

(中国民航工程咨询公司 咨询评审部, 北京 100621)

民航区域管制中心供电系统安全性研究

王士鹏

(中国民航工程咨询公司 咨询评审部, 北京 100621)

为了保障区管中心供配电系统的安全、可靠，结合民航区域管制中心供电系统工程实践，按系统性思维针对电源质量保证、系统结构安全、设备功能适应、系统电磁安全、系统消防安全和系统运行安全六个方面展开分析、研究，针对其中关键参数、方案与措施给出探讨与建议，以期为落实当前民航安全能力建设提供咨询服务。

区管中心；供电；安全

0 引言

我国地处亚洲东部，是连接欧亚两洲重要的空中通道，空中交通服务的水平直接影响到国际、国内航空业的运作和发展。为使空中交通管制适应民航飞行量的迅猛增长，必须建立高度可靠的空管基础设施，改善飞行管制手段，从而改变因空中交通管制原因制约飞行量增加、造成航班延误的局面。我国北京、上海、广州、成都、西安、沈阳、乌鲁木齐七大民航区域管制中心的相继规划、建设，就是“十五”以来进一步深化我国空管体制改革和响应当前“一路一带”政策需求的重大举措，是使我国民航空中交通管理上水平、上规模的重要条件。这些区域管制中心(以下简称“区管中心”)，不论已建成的还是即将开工的，都会促进空域结构的优化，重新调整管制责任，减少现有管制区数量，充分利用自动化系统提高空管保障能力和工作效率，保障空中交通安全，落实民航安全能力建设。

区管中心的建设是一项复杂的系统工程，除现代化的管制大楼外，还包括引进具有国际先进水平的空中交通管制自动化系统和相应的先进通信系统，以及电力保障系统等。而我国目前对这些系统的功能需求、系统组成、建设规模和标准、规范等仍处于探索和小结阶段。正因如此，一直作为民航运输的永恒主题、空管工作的最高原则——安全，在此类工程建设中就应更显突出。区管中心所有系统、设备安全可靠地运行均应建立在具有更安全可靠的供配电系统基础之上。故从电气工程设计角度讲，如何使建设的区管中心供配电系统安全可靠是首要问题。笔者结合自己参与过的区管中心实际工程及类似工程中的研究和探索，初步认为应着重解决以下六方面：电源质量保证，系统结构安全，设备功能适应，系统电磁安全，系统消防安全和系统运行安全。希望同行们批评指正，期望本文有助于我国民航此类工程建设。

1 电源质量保证

1.1 用电负荷组成及性质

为了实现区管中心的功能需求，工程建设的核心问题在于建立空管自动化系统，而该系统本质上是利用计算机及其网络对飞行和管制的相关信息不断地进行采集、分析、处理和分发[1]。可见，最重要的用电负荷主要是由计算机为主组成的民航专业设备。 除此之外，整个区管中心还有与民航专业设备配套的动力和照明负荷等。

1.2 用电负荷等级划分

根据国家规范，区管中心为一级供电用户，其中一级负荷和一级负荷中特别重要的负荷占较大比例。

民航专业设备根据区管中心用电负荷的组成及性质，将区管中心各用电负荷结合其允许中断供电时间再行细划等级更有利于供配电的安全和经济。笔者建议分为以下四类：

第一类负荷：特一级负荷，主要包括民航专业设备机房和管制大厅内计算机类的民航专业设备，以及这些场所的应急照明等；

第二类负荷：一级负荷中的重要负荷，主要包括民航专业设备用房、管制大厅以及维修民航专业设备软、硬件场所的动力、照明、消防和保安监控等负荷；

第三类负荷：一级负荷，主要包括公用专业技术用房的照明和动力等负荷；

第四类负荷：上述以外的其它负荷，主要包括区管中心生活、卫生用房的照明和动力等负荷。

1.3 用电负荷对电源方式及质量的要求

第一类负荷：由于民航专业设备是由计算机性质设备组成，而据有关资料表明[2-3]：对于连续使用的计算机都装有高速欠压保护电路，当计算机电源输入端欠压时计算机依靠贮存在滤波器电容中的能量维持工作约10ms(工频的半个周波)，也即断电时间小于10ms时计算机存储器中的数据不会丢失。据此，区管中心的供电电源质量按A级保障[4]应是没有问题的，尤其对于小于5ms电源中断时间的要求已很严格，其实就是为第一类负荷建立不停电电源系统。此类负荷对应的电源方式建议采用“两路独立市电+柴油发电机组+不间断电源(UPS)”方案。

第二类负荷：根据《供配电系统设计规范》(以下简称《供电规范》)对供电电源质量的要求即可，允许中断供电时间要求不超过15s，对应的电源方式建议采用“两路独立市电+柴油发电机组”方案。

第三类负荷：根据《供电规范》对供电电源质量的要求即可，对应的电源方式建议采用“两路独立市电”方案。

第四类负荷：根据《供电规范》对供电电源质量的要求即可，对应的电源方式建议采用“两路市电切换后单回电缆线路配电”方案。

2 系统结构安全

2.1 电源方案

2.1.1 供电电源组成

区管中心整个电源系统可分为主电源系统与应急电源系统，应急电源系统由柴油发电机组和UPS组成。

2.1.2 主电源系统

指两路独立市电通过电源外线到达区管中心变电站后，利用高压侧单母分段断路器实现自动切换，互为100%热备份。

2.1.3 应急电源系统

若是柴油发电机组：建议采用一主一备联机模式。

启动条件：两路市电均失电并延时后，两套机组同时快速自启动。

带载条件：任一套机组达到额定值后就先投入供电状态，另一套机组启动成功后暂时热机等待；

先投入的机组考虑到油机与UPS兼容性应分两步带负荷，利用ATS首先向第二类用电负荷(感性负荷)供电，然后再向第一类负荷(带民航专业设备的UPS内的输入滤波器呈高容性)供电；确保此机组带载全部成功后，热机等待的另一套机组才可停机。

若是UPS：采用“双输入双输出100%热冗余+公共旁路”的联机模式对第一类负荷供电，具体为：设置2组UPS装置，每组UPS均由2台同容量的UPS按功率均分方式并联运行。运行方式：正常运行时每组UPS带一半负荷，两组并联运行，互为100%热备份；每组UPS中的每台UPS容量相同，两台并联运行，互为100%热备份。任一组UPS故障时自动切换至另一组UPS供电，任一组UPS中的一台故障时自动切换至另一台供电；当2组UPS均故障时自动将所有负荷切换至公共旁路直接由市电供电。

2.1.4 电源系统间的备用切换和输出输入关系

第一种：两独立市电通过母联开关自动切换，市电与油机电源通过双电源自动切换开关(ATS)自动切换。

第二种：市电与油机电源的每对配电出线经ATS自动切换后的输出，有的作为给第一类负荷供电的UPS组输入，有的作为给第二类负荷供电的常规低压配电柜输入。

第三种：UPS输入来自上级ATS的输出，UPS输出是下级静态转换开关(STS)的输入。

2.2 配电方案

2.2.1 第一类负荷

采用STS和精密低压配电柜(PPC)间上下级配合实现。

2.2.2 第二类负荷

市电与油机经ATS后到常规低压配电柜回路配出。

2.2.3 第三类负荷

分别引自单母分段中一段母线的市电利用终端ATS切换后配出即可。

2.2.4 第四类负荷

引自单母分段中任一段母线的一回路配出电缆即可。

3 设备功能适应

3.1 设备选型应满足需求

3.1.1 一般原则

安全可靠，技术先进，造价合理，节能环保。

3.1.2 重点设备

除按常规功能和高品质选型外，还必须具有以下功能：

柴油发电机：能在15s之内快速自启动。

UPS：之所以选UPS作为不停电电源是因其适合带电容性和电阻性负载[5]，如计算机类设备。

每台UPS要具有维修旁路，每组UPS要设计有公共交流旁路，两组UPS；两组UPS通过旁路柜(MSS)由负载母线同步跟踪器(LBS)控制，保证两组输出的电压幅值、相位、频率同步。每台UPS满载工作时间不应小于15min。

ATS：要求为双路输入、单路输出，带旁路中性点重叠转换功能，具有抽出式旁路隔离开关。

STS：要求其内装有维修旁路开关，具有不间断自动检测、告警功能，转换时间小于1/4周期(5ms)[6]。

PPC：要求内置双屏蔽隔离变压器，具有回路识别和监测功能，开关能热拔插。

3.2 设备容量应科学配置

供电系统中每台设备容量，除按规定的计算方法计算并考虑安全系数外，还应特别注意上、下级设备间容量的匹配问题。例如，区管中心电源系统的油机容量与其所带的UPS容量之间，据有关资料研究一般应按油机容量为UPS容量2倍以上的富余度考虑[7]。理由是，UPS采用的整流器功率较大，整流器可控硅的触发和导通将影响油机电压、电流波形，进而影响UPS输入电压，同时再考虑电池充电功率，故应适当放大油机容量。否则，当UPS启动或负载变化都将使油机速度降低，输出电压和频率也会过低，当油机电压降到额定电压85%时，UPS将跳机。可见，设备容量是否科学配置直接影响到系统的供电安全。

4 系统电磁安全

只是供电系统自身安全并不能算安全，还应要求该系统与其它系统之间在安全方面互不影响才算真正的安全。雷电、浪涌、静电和电磁干扰给区管中心带来了电磁安全问题，而对于它们的防范应是工程建设各专业统筹全面考虑的系统工程。防雷电、防浪涌和防静电措施一般均按规范有考虑，本文重点强调在工程设计时就应事先主动加强防电磁干扰措施，以免供配电系统及其设备产生的电磁干扰对民航专业设备及其运行产生危害。

电磁干扰会降低区管中心内大量电子设备的工作性能，甚至破环这类设备，故应从电磁干扰三要素(干扰源、干扰传播途径和敏感设备)入手进行工程电磁兼容设计。而电磁兼容工程是一项系统工程，必须在工程设计中主动预防、整体规划。电磁兼容控制策略和技术措施虽有很多，但针对区管中心，工程电气设计时从屏蔽、接地、搭接、合理布线、电气隔离以及设备选型等方面考虑是很有效的工程做法。比如，对于区管中心缆线选型时均要求为电磁屏蔽线，要求防电磁干扰的场所选用白炽灯照明，给民航专业设备配电的低压配电柜选用带双屏蔽电气隔离的PPC，机房配线时尽量不作环形配线等。

5 系统消防安全

整个区管中心消防措施相关专业按规范设计即可，本文不再赘述。在此只就从供电专业角度对其进行主动消防设计作以强调。

在电气设备选型、方案设计时就应考虑防止电气火灾的主动措施。电气设备选型时应无油化，缆线应为耐火阻燃型和铜芯缆线；母线分段柜、不同电源进线柜下的电缆沟内、电缆室内外接口处应采取防火分隔等。

另外，变电站自备油机的油箱、蓄电池，UPS蓄电池，EPS蓄电池，电容器柜中均含有或产生易燃、易爆物质，故还应按相关规范设置变电站火灾自动报警系统，并应与整个区管中心火灾自动报警系统联网。

6 系统运行安全

区管中心供配电系统的安全运行，在系统投入运行后运行管理部门应该制定相关组织、技术和急救措施等以保障，但在工程供电设计时就应主动围绕运行安全在技术措施、装备上给予先天保障。

至于技术措施，以上2～6节其实已作阐述；对于现代化区管中心，应把变电站综合自动化系统作为变电站的基本技术装备，以便能对变电站运行进行实时自动监视、测量、控制和协调，为变电站提供设备实时工况，以利及时发现设备缺陷、维护电气设备，提高设备运行的安全性。

7 结语

综上所述，对于我国民航首批建设现代化区管中心的供配电系统，其运行的安全性首先应保证从工程建设的源头——设计做起，只有把该系统的安全性考虑科学、全面、合理了，才能谈及区管中心运行的安全性，才能保证区管中心发挥其现代化的作用。

[1] 高爱国.现代化区域管制中心电源系统方案探讨[J].空中交通管理，2004(2):20-21.

[2] 巫长年.不停电供电技术-UPS[M].北京：机械工业出版社，1986:72-76.

[3] 关中，刘世雄.计算机机房的建设与管理[M].西安：陕西科学技术出版社，1993：17-20.

[4] 住房和城乡建设部.《电子信息系统机房设计规范》(GB 50174-2008)[S].中国计划出版社，2008.

[5] 林琅.现代建筑电气技术资质考试复习问答[M].北京：中国电力出版社，2002：2.

[6] 王其英，何春华.UPS供电系统综合解决方[M].北京：电子工业出版社，2007：45.

[7] 信息产业部.《通信用不间断电源(UPS)》(YD/T1095-2008)[S].中国计划出版社,2008.

[责任编辑、校对：张朋毅]

Research on the Safety of Power Supply System of Civil Aviation Area Control Center

WANGShi-peng

(Consultation & Evaluation Department, Civil Aviation Engineering Consulting Company of China, Beijing 100621, China)

To ensure the safety and reliability of power supply and distribution system of civil aviation area control center, the paper carries out the analysis and study from the six aspects of power quality guarantee, system structure safety, equipment function adaptability, system electromagnetic safety, system fire safety, and system operating safety in the light of systematic thinking, discussing about key parameters, schemes, and measures in an effort to offer consultation service to the current civil aviation safety capability construction.

civil aviation area control center; power supply; safety

2015-04-02

王士鹏(1971-)，男，陕西榆林人，注册电气工程师、注册监理工程师、高级工程师，从事民航建设项目评估、咨询工作。

V351

A

1008-9233(2015)03-0030-04