空管末端设备电源优化配置的分析

张晓东

（民航温州空中交通管理站，浙江 温州 325000）

0 引 言

空管系统通信、导航及监视设备的运行安全直接关系着民航空中飞行安全。系统设备电源的安全可靠是保障设备安全运行的基础。随着空管事业的迅猛发展，新技术、新设备的广泛应用，空管设施建设项目与改造任务也越来越重。空管设备电源单母线供电，维护保障难度大，可靠性低，存在一定安全风险，已经无法满足当前运行形势的发展，因此必须实现双母线供电模式。着力保障动力设备安全运行，不断提升空管设备电源的安全冗余度，合理优化与利用双母线供电资源，是动力保障部门积极研究探索的方向。本文结合日常运行管理中发现的问题与不足，根据民航温州空中交通管理站供电配置安装改造工程中总结的经验，并通过列举、对比、图示及STS选型等方法，展开系统分析与论证[1-5]。

目前，民航温州空中交通管理站航管楼已配备了A、B路两套UPS（1+1）并机冗余系统，可实现机房双母线供电模式，保障空管设备运行。但是多数空管设备为单电源设备，需更合理、更科学的优化与利用A、B路UPS电源，以提高双母线供电模式下的故障容错能力。本文结合空管站实际配置及运行情况提出了以下两个原则。

第一，电源配置接入原则。空管设施设备中已具备双电源的设备，应分别接入A、B路UPS电源；单电源设备且有主备关系，根据设备承载信息的相互替代关系进行选择，实现交错冗余配置引接A、B路UPS电源，避免交叉混合导致各子系统设备同时失效；单电源无备份设备、传输中心节点设备、重点保障区域的关键核心负载及末端子系统设备，考虑加装STS静态转换装置。STS静态转换装置应选择自投自复式，并且带有手动切换功能，一旦发生STS转换失效，可随时启动手动切换。

第二，已经实现了A、B路UPS电源双母线供电模式下的台站，其区域内已经提升了设备电源备份冗余的保障手段，不应将过多的负载随意加载在STS静态转换装置上。如果加装了STS静态转换装置，当两路UPS总线电源处于正常运行时，反而多了一级故障节点。因此，应遵循统一规范的配置接入原则。

1 进近管制室现状

进近管制室目前规划设计了5个管制席位，1个主任席位，每个管制席位分为2个单元，分别对应指挥席和监控席、协调席，每个席位的末端设备电源配置方案均保持一致，根据席位功能划分特点和设备供电保障的特殊性，按照合理设计、优化冗余的原则制定配置方案。

1.1 席位设备基本配置情况

第一，单元1。指挥席配备子系统设备，主要包括：（1）自动化主用和备用系统设备，为单电源设备，互为备份关系，显示器（单电源设备）共享；（2）飞行计划处理主用和应急系统设备，为单电源设备，互为备份关系，显示器（单电源设备）共享；（3）内话主用和备用终端设备，为单电源设备；（4）8和1应急遥控盒，为单电源设备，无备份。

第二，单元2。监控席配备子系统设备，主要包括：（1）自动化主用和备用系统设备，为单电源设备，互为备份关系，显示器共享，单电源设备；（2）飞行计划处理主用和应急系统设备，为单电源设备，互为备份关系，显示器共享，单电源设备；（3）内话主用和备用终端设备，为单电源设备；（4）8和1应急遥控盒，为单电源设备，无备份。协调席设置在单元2与监控席共用设备。

第三，主任席的设备配置与管制席大同小异，设备电源的优化配置与管制席相同。

1.2 席位末端设备电源优化配置

管制席中系统设备配置种类及数量基本一致的两个单元，其在管制运行中的功能作用是不可相互替代关系，因此可以分别加装一台STS静态转换开关，解决席位末端子系统设备多为单电源、单系统核心负载的运行风险，实现交错冗余的最佳配置方案，从而防止因电源故障而造成部分管制席位功能完全失效或大面积席位系统瘫痪的严重后果。

（1）进近管制室内已配备了A/B路末端工艺配电箱，实现了双母线供电。从两个工艺配电箱内分别选取一路独立控制开关，对应接入STS的源S1和源S2输入端。按照相序排序顺序，尽量选取同相电源，以减少STS切换过程中因波形相位差异而影响同步切换的速度与可靠性。

（2）接入电源后将单元1和单元2的STS以交叉选优的方式设置主用优先源（暨单元1设A路为主选源，单元2设B路为主选源），以规避一路电源故障中断时两台STS同时切换失效的安全风险。

（3）STS输出端引接四条带空开保护功能的专用PDU，分布排列安装在席位背面的上半部和下半部，便于桌面显示器、内话系统及主机等电源就近接入均衡调配，尽量保持每条PDU上负载量小于1 kVA。

（4）末端STS静态转换开关一般选用单相16 A，设计输出总容量不超过3 kVA为宜，PDU选用220 V/10 A带空开保护功能的国标三扁或国标五孔PDU分布安装。通过逐级整定实现局部短路过载保护，即减小了整体供电中断的可能性，也有利于故障排查与处置。

2 故障容错性分析比对

（1）A路UPS电源中断或B路UPS电源中断，均不影响管制席位运行。由于交叉选优的设置方式，只有其中某一单元的STS启动了无缝切换，正常情况下指挥席、监控席及协调席设备无瞬断，席位功能保持不变。

（2）某单元STS开关本体切换失效或内部故障输出中断，导致该单元席位功能全部失效，但不会造成整个管制席位系统瘫痪，管制员可根据管制移交程序接管所辖扇区管制服务，技保人员启动A类设备等级故障应急处置流程，准确判断故障点，及时更换备件恢复正常供电。

（3）某单元STS输出端下游负载短路、过载，导致该条PDU空开保护跳闸。该PDU接入设备供电中断，造成某单元席位局部功能失效，管制员可利用席位间相互迭代作用持续开展管制服务，技保人员可以快速锁定故障点，组织抢修尽快恢复系统功能，且其他PDU上接入设备将不受影响。

（4）STS输出端与PDU之间连接导线短路故障时，STS自带保护开关分断，并且监测到下游故障启动禁止转换功能，保护上游电源不受故障电流转移而造成的干扰。此时，该STS输出端全部供电中断，同时也造成单元席位功能全部失效。因此，技保人员在故障处置过程中，应深入理解STS的结构特性，精准定位故障信息，以提高处置效率。

无论以席位为单元，还是以系统为单元，加装STS静态转换装置，都大大提高了设备电源的保障能力，但也增加了故障种类和排查难度。因此，合理利用好STS静态转换装置尤为重要。选型时应充分应考虑STS的功能实现和技术指标，确认是否符合实际需求。应配备通信端口，以便随时接入远程监控系统，实时了解掌握运行信息，并通过数据分析研判，提高技防措施。加强定期维护测试工作，使STS保持良好地运行状态。

3 UPS（1+1）并机冗余系统+STS系统结构

图1为故障容错系统结构图。

图1 故障容错系统结构图

4 STS静态装换装置的选型与技术指标

STS静态转换装置是一种在两路电源间自动转换的系统，能确保无缝和安全可靠的电力转换。STS静态转换装置是由微控制器进行数字式控制，采用智能化控制技术和冗余技术，对负载进行瞬间转换，实现无干扰且不中断对负载的供给。选型时，主要考虑安全可靠性强、切换顺畅、品质优越及售后服务有保障的主流高端品牌产品，通过厂家提供的性能指标进行符合性选择。

4.1 STS静态转换装置选型应具备的主要功能与特性

（1）自带LCD监控显示屏，方便实时监控与操作，且配备RS485、RS232及SNMP卡等通信串口，便于远程监。

（2）具备电源优先源选择设置功能。

（3）兼容自动和手动转换功能，转换无电流交迭。

（4）可实现同步和异步转换，先断后合（接入电源时尽可能选择同步间切换，提高安全可靠性）。

（5）下游故障对转换禁止功能（选择STS本体自带两路保护开关，当下游故障未排除禁止转换，确保上游不受影响）。

（6）反复转换闭锁功能。

对于自动转换，当优先源上的故障被察觉时，会自动触发自动瞬间转换功能，将负载转移到另一路电源上，且不干扰对负载的供电。为了避免两路切换发生重叠冲突，自动转换采用“先断后合”的原则。

对于手动控制，手动控制可允许操作人员安全地将负载在两路电源间切换，以便进行维护测试操作。

对于选择优先源，操作人员可以为每台STS装置挑选一个优先源，每路电源参数和负载的供电参数应被永久监控。

对于分散负载，STS装置的输出电流控制，禁止在下游供电设备故障时进行转换。该功能避免了故障电流被转移到其他电源，从而避免干扰其他用户。

4.2 STS静态装换装置的主要性能指标

电压为220 V/230 V/240 V单相。输入电压范围可调，范围不小于±10%。频率为50～60 Hz，可调，允许范围不小于±5%。转换开关为两级开关（相/零）切换，火线和零线同时切换，两路输入电源可以是不同电力系统；单级切换，仅火线切换，零线不切换，两路输入电源为同一电力系统。

转换模式为同步/异步（先断后合）。零线系统应兼容所有接地系统。维护旁路，热插拔式机架型的应带有安全操作的联锁开关（一般用于大功率STS）。自动转换间断时间最大值应小于1/4周波，典型值小于10 ms。过载能力超载110%可供电60 min，125%时可供电30 min，150%时可供电2 min。

效率达到95%以上。防护等级满足IP21以上。运行环境中，温度0～40 ℃，相对湿度95%。

STS静态装换装置的规格尺寸可选用19标准机架式固定方式，便于固定摆放在标准机柜或席位内部。选用热插拔机架式必须配备维护旁路，便于维护检修。

末端设备电源配置负载量较小，通常选用额定电流16～32 A的单相STS静态转换装置；应注意，如果输出端引接了两条或者两条以上PDU模块，必须安装带有空开保护功能的PDU进行负载量整定，缩小负载故障影响的范围，且所有负载量之和不应超过STS额定容量的80%为宜；STS静态转换装置PE线应共用接地，并且就近连接等电位接地母排。

5 结 论

实证表明优化利用好双母线供电资源，提高空管末端设备电源的安全冗余度，关键难点在于解决单电源系统设备的运行风险。虽然加装STS静态转换装置不是解决风险的唯一途径，但是统筹兼顾、合理利用STS静态转换装置，可以有效缓解风险。

（1）正确把握好STS静态转换装置的选型与接入原则，不管是重点区域关键核心负载的单电源有主备关系设备，还是单电源无主备关系设备，加装STS前都应根据用户需求进行设备电源故障容错能力的分析比对，只有在利大于弊的情况下，才能加装STS静态转换装置。（2）建议以小单元配置安装为宜，缩小影响的范围；配置STS时，应注意接入设备负载量适当，避免单点故障运行风险；在临近席位或具有相互接管及备份作用的席位中，应考虑STS主选源交叉优选的设置方式，实现交错冗余的最佳配置方案。（3）尽量采购双电源设备，不能盲目依托于STS的功效，而不顾单点故障带来的衍生风险。

提高空管设备电源的安全性和可靠性，保障供电设备的持续安全运行，是动力保障部门的首要任务。只有不断强化运行管理，探索先进的科学理念，制定相应的维护维修规程，坚持求真务实的态度，发扬开拓创新的精神，才能真正保障空管事业的安全发展。