空管設(shè)備不間斷供電關(guān)鍵技術(shù)分析

徐原

【摘 要】為了給民航事業(yè)安全發(fā)展提供強有力的保障，目前我國空管設(shè)備大量采用國內(nèi)外先進設(shè)施設(shè)備，且配置多種備份和冗余措置。空管設(shè)備的穩(wěn)定運行存在一個不可或缺的前提——不間斷的電力供應(yīng)。本文將探討切換電時，空管設(shè)備不間斷供電的關(guān)鍵技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】空管供電；不間斷切換；STS；UPS

0 引言

空管系統(tǒng)是空中交通管制的基石，若相關(guān)設(shè)備發(fā)生供電中斷，將會給國家造成深重的災(zāi)難。對于這些一級負荷，要求市電系統(tǒng)發(fā)生線路故障或停電時，仍保證其不間斷供電。為增加供電的可靠性和冗余度，線路中必須加設(shè)STS和UPS。STS的切換發(fā)生在主用輸入斷電或電壓波動過大的情況下。UPS內(nèi)部存在多條電力通路，當市電中斷或UPS內(nèi)部模塊故障時，電力在不同通路之間切換。這些切換過程必須滿足一定的條件，才能不對后級空管設(shè)備的運行產(chǎn)生影響[1-4]。

1 STS

STS可以實現(xiàn)兩路電源的自動選擇。正常情況下，主用電源的電壓波形、頻率、幅值在合理的范圍內(nèi)，后級設(shè)備一直連接在STS主用側(cè)。當主用電源發(fā)生故障，STS首先檢測備用電源的情況。若后備電源滿足要求，STS將為后級設(shè)備選擇另外一條內(nèi)部通路，即切換至備用側(cè)。若主用電源恢復(fù)正常，負載將再次切換至主用側(cè)。由于采用先斷后通的切換方式，STS能夠?qū)崿F(xiàn)不同輸入電源之間的不間斷切換，保障了后級單電源設(shè)備獲得雙母線形式的供電。

由CBEMA/ITIC curve 及IEC 62040/IEEE 446標準可知，小于10ms的電力供應(yīng)間斷，電子信息設(shè)備是完全可以接受的。STS主要由高速可控硅、智能控制板和斷路器組成。空管保障系統(tǒng)中所選用的STS，均滿足≤8ms的標準切換時間，切換過程不會導(dǎo)致后級設(shè)備的斷電。

2 UPS內(nèi)部通路

UPS不能將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能，因此并不是傳統(tǒng)意義上的電源。它接在市電、柴油發(fā)電機組和電池組的后級，將輸入的直流電和交流電轉(zhuǎn)換為滿足設(shè)備要求的交流電。由此可以將UPS視為一臺提供兩路電源不間斷切換的設(shè)備。

首先，不間斷切換體現(xiàn)在市電中斷，整流器輸出立即變?yōu)榱悖孀兤鬓D(zhuǎn)由電池組提供電能。由電池的化學(xué)特性可知，其電壓不會發(fā)生突變。故逆變器的輸入不發(fā)生瞬斷，同時UPS內(nèi)部的控制電路也不受影響，UPS的輸出能保持穩(wěn)定。電池組的化學(xué)能源源不斷地轉(zhuǎn)化為負載所需的電能。

其次，不間斷切換還體現(xiàn)在逆變器故障，UPS輸出由逆變器轉(zhuǎn)為靜態(tài)旁路（靜態(tài)開關(guān)）的過程。UPS內(nèi)部的靜態(tài)開關(guān)是一套完整的電路，能夠為負載提供一條完整的電氣通路，保證逆變器輸出與靜態(tài)旁路之間的順利切換。該電路中的主要組成元件是無機械動作且無觸點的電子開關(guān)，而正反向并聯(lián)的可控硅SCR構(gòu)成了主要的功率器件。必須滿足電壓幅值、波形、相位和頻率均一致的條件，逆變器輸出與靜態(tài)旁路之間的切換才能不發(fā)生間斷。

靜態(tài)旁路的電源即市電，受上級供電設(shè)備、線路或并聯(lián)的負載影響，其電壓波形、相位、頻率和幅值時刻發(fā)生著變化。為了保證在任意時刻，逆變器與靜態(tài)旁路均能順利切換，逆變器輸出的電壓波形必須與旁路市電時刻同步。若旁路市電的電源質(zhì)量波動過大，逆變器的輸出無法精確跟蹤旁路市電，切換過程中后級設(shè)備將承受較高的電壓沖擊或發(fā)生斷電。由此，需要定義可以被后級負載所接受的旁路電源波動范圍：

1）相 位 差——±3°。

2）電壓幅值——±10%額定電壓（380V/400V/415V）；

3）頻率幅度——±0.5%～±4%額定頻率（50Hz或60Hz）；

若旁路市電電源同時滿足上訴條件，逆變器與靜態(tài)旁路之間將實現(xiàn)不間斷切換。若不滿足任意一條，則切換將不被允許，或者切換過程將導(dǎo)致電力瞬斷。由此，將上訴三個條件稱為“切換條件”。

3 結(jié)束語

空管事業(yè)的持續(xù)發(fā)展離不開穩(wěn)定的電力供應(yīng)，本文針對空管設(shè)備不間斷供電問題做了詳細的探討，分析STS及UPS內(nèi)部不間斷切換的實現(xiàn)原理。只有合理選擇供配電設(shè)備，并設(shè)計完備的方案，才能滿足空管設(shè)備對供電的嚴格要求。

【參考文獻】

[1]中國工程建設(shè)標準化協(xié)會信息通信專業(yè)委員會數(shù)據(jù)中心工作組.《數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)技術(shù)白皮書》[Z].2011.

[2]GB50052-95.《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》[S].機械工業(yè)出版社（1995），2-3.

[3]賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護原理[M].北京：中國電力出版社，2010.10-15.

[4]王兆安，黃俊.《電力電子技術(shù)》（第四版）[M].機械工業(yè)出版社（2002），18-19.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]