王 偉

（中國民航空中交通管理局華東地區管理局 山東空管分局，山東 濟南 100021）

0 引 言

為滿足人們日益增長的出行需求，各民航企業也對自身航班數量做出了科學調整。在此發展背景下，優化民航空管系統應用、提升空管設備應用質量已成為民航企業長遠發展的必要條件。但我國現階段空管系統管理過程中，設備機房內有大量職能責任重、應用要求高且組成結構復雜的通導、氣象設備，航班運輸過程中相關設備需向管制員提供準確的雷達、傳輸與氣象數據信息，以便管制員對航班航行全過程實施嚴格化管理。實際上，相關設備應用過程中可瞬間供電中斷時間不足20 ms。只有在這些設備中積極應用靜態切換開關進行管理，才能對空管供電系統進行供電控制優化，進一步提高空管設備運行效率，避免出現單電源設備供電問題。

1 靜態轉換開關應用原理分析

靜態轉換開關（Static Transfer Switch，STS）的主要作用是對兩路電源供電系統進行電源供電切換，該設備應用主要為電源二選一的自動切換模式（如圖1所示），無法實現雙電路的共同應用。靜態轉換開關還具有一定的檢測功能，能對兩路交流電源構成的雙總線供電系統進行初步檢測，確保系統運行狀態正常后再進行供電電源切換。當空管供電系統處于正常運作狀態時，主電源一般會維持在標準電壓范圍內。而負載與主電源直接連接，具有高度緊密性，在靜態轉換開關應用中也扮演著相當重要的角色。一旦主電源部分出現應用問題，負載就會在聯系作用下實現自動切換，借助靜態轉換開關完成備用電源的切換工作。當主電源故障解決后，負載也可憑借聯系分析出主電源應用的正常狀態，再借助靜態轉換開關的幫助切換回原有主電源。

圖1 靜態轉換開關

我國現階段所應用的靜態轉換開關中，電源切換工作普遍控制在8 ms以內，而且電源切換過程不會發生較大電力供應的波動導致發生IT類負載斷電事故。但在空管供電系統中難免會出現一些較為極端的問題，例如相位差高達180°時靜態開關轉換系統應用效果也會發生明顯變化。在180°相位差條件下，靜態轉換開關檢測與自動切換時間明顯縮短，既可以保證靜態供電系統的供電不受影響，也能有效避免空管供電系統管理中不同相切換引發安全問題。

靜態轉換開關普遍遵循先斷電后通電的原則，當主電源線路出現故障時，靜態轉換開關會先切斷主電源連接后再由另一路向空管供電系統應用設備供應電力。當空管供電系統中設備出現短路問題時，靜態轉換開關也會采取切斷電源的方式，避免故障問題向備用電源延伸，并在此基礎上利用設備電源向其他應用設備進行供電。基于其負載切換迅速性考慮，我國各企業也將靜態轉換開關應用到了對供電可靠性要求極高的工作環境中，例如計算機中心、互聯網數據中心等大型信息匯集點等。各民航企業也在自身空管供電系統中引進了靜態開關轉換技術，充分發揮其快速負載切換對空管供電系統故障問題的解決能力，有效防止主電源故障對空管系統整體運行造成嚴重破壞，也為相關設備的應用創造了更穩定、更優質的工作環境，實現高效交流供電[1]。

2 靜態轉換開關在空管供電系統中的應用分析

2.1 應用特點

靜態轉換開關中配置包含1個優選源與1個備選源，且兩個線路都會配置一組反并聯的可控硅，這樣能夠支持整個負載容量，是提升空管供電系統應用效果的有效方式。在將電流從優選源切換至備選源之前，靜態轉換開關會對原導通的靜態開關進行檢驗，確保其完全關斷后再進行備用通道的電力傳輸，避免因兩個電源電路并聯而影響空管供電效果。為保證靜態轉換開關應用效果，相關設備中會設置監控電路對兩路輸入源進行監控。一旦出現電壓或頻率超出最高限度范圍，監控電路會立即做出故障判斷，判定其達成靜態轉換開關切換條件后，自動開啟電路轉換。在靜態轉換開關中，也會配置機械互鎖的手動維修旁路開關，為后續靜態轉換開關的檢修與維護工作提供方便，不會對負載供電造成影響[2]。

2.2 運行機制

靜態轉換開關有兩路輸入電源，當優選電源發生故障時，可借助靜態轉換開關的作用完成優選電源電路到備選電源電路的切換。空管供電系統也會選用完全對稱的電路結構，盡可能減小優選源與備選源之間的差異，提高自動切換后電流傳輸的適應性。在靜態轉換開關兩路輸入電源電壓處于平衡同步狀態且相位間不存在差異時，能達到兼容各類電源系統輸出的效果，例如交流配電系統、不間斷電源（Uninterruptible Power System，UPS）以及柴油發電機組等，都能獲得良好的管控效果。對于我國現階段空管供電系統中應用的靜態轉換開關，其優選與備選源都會接引雙UPS輸出配電柜（如圖2示）。這類配電柜獨立性較強，能在一定程度上為靜態轉換開關應用效果的發揮提供便利。

圖2 UPS輸出配電柜

目前，我國流通的靜態轉換開關設備型號有伊頓、艾默生、施耐德等[3]。結合實際功率、安裝應用需求可劃分為兩大類，功率較大的靜態轉換開關又被稱為機柜式靜態轉換開關，相應的機架式靜態轉換開關則是指功率較小的靜態轉換開關。結合我國空管供電系統中靜態轉換開關應用情況分析，機柜式靜態轉換開關設備在大型管制中心的設備機房較為常見，而小頻率機架式靜態轉換開關多由一種單極或兩極靜態自動切換裝置組成。總的來說，機架式靜態轉換開關的應用能為重要單電源設備提供更好的保障。

2.3 配置原則

正常情況下，為保障空管供電系統的應用效果，相關企業會在大型管制中心機房配置至少一組機柜式靜態轉換開關。使用STS-A與STS-B對優選源、備選源進行劃分，一般優選源都默認為UPS1路。在靜態開關選型與配置過程中，需遵循以下原則。首先對空管供電系統輸出端的靜態轉換開關裝置進行配置時，應考慮靜態轉換開關的實際應用效果，確保性能標準與兩路電源主要參數適配性滿足需求后才能進行合理化配置。在此過程中還要保證兩路UPS輸出電源總線同步，將電源各主要參數的差異嚴格控制在靜態轉換開關要求范圍內，避免影響自動切換工作。其次為降低機柜式靜態轉換開關安裝與應用過程中的成本消耗，空管供電系統管理人員可將兩套UPS設備的旁路作為統一電源的輸入端，也不會對靜態轉換開關的最終應用效果造成破壞。最后則是合理配置機柜式靜態轉換開關輸出端的設備負載量，結合靜態轉換開關設備的特性進行合理規劃，防范單點故障引起的空管供電問題。

我國部分空管供電系統會采用雙總線UPS供電模式，但若設備機房或臺站機房內并未配置機柜式靜態轉換開關，就需用到機架式靜態轉換開關來對重要節點或干線單電源設備進行冗余供電配置。當兩路不同的UPS輸出電源經機架式靜態轉換開關輸出后，會傳輸到單電源設備機柜或對應的PDU內繼續運作。從配置角度分析，機架式靜態轉換開關與機柜式靜態轉換開關在前級兩路UPS輸入源和后級設備上并無明顯差別，不需要額外考慮差異消除。

3 靜態轉換開關應用故障分析

由于靜態轉換系統故障會給電負載帶來嚴重的負面影響，最終影響空管供電系統的正常應用，因此系統管理人員必須盡快對故障問題進行排查，精確定位故障并分析故障產生原因，采取針對性措施進行高效解決與修復[4]。

3.1 輸入電源部分的故障

靜態轉換開關運作過程中，如果出現指示燈不亮的情況，則證明兩個電源均無電流輸入，可能是輸入電源部分發生故障。空管系統管理人員需要及時檢查電壓等是否出現異常，判斷電源是否處于正常輸入狀態。此外，電壓中斷或變化頻率過高的問題則由輸入電源供電不足導致。在電源檢查階段，管理人員消除故障問題后還要合上電源與靜態轉換開關之間的開關，恢復正常運行狀態[5]。

3.2 控制板部分的故障

當靜態轉換開關應用中出現控制板故障時，靜態轉換開關的輸出回路不會出現異常，但輸出過程會出現中斷問題。一般情況下，管理人員會為空管供電系統設置備用控制板，在控制板故障時使用備用板進行門信號傳輸，保障靜態轉換開關的應用效果。

3.3 風扇部分的故障

管理人員需要定時使用熱成像儀對靜態轉換開關的溫度進行檢測，判斷是否存在風扇故障。當靜態轉換系統溫度過高時，則可能存在風扇故障導致無法散熱，這時管理人員需及時對故障風扇進行更換，避免過高的溫度影響其他元器件的應用。

4 結 論

隨著民航事業的發展，靜態轉換開關在空管供電系統的應用也越發常見，相關管理人員需要對其應用原理進行深入分析，探究故障問題發生原因并進行整改，從而提升靜態轉換開關的應用效率，提高空管供電系統的運行質量。