機場弱電系統UPS電源應用分析

北京中航弱電系統工程有限公司 尚 明

機場是人們出行的主要區域，弱電控制系統在城市中起到了重要的作用。弱電管理系統的應用，豐富了機場的多種服務功能并提高了機場服務水平。隨著互聯網技術的飛速發展，越來越多的弱電設備與計算機技術集成在一起，這些弱電設備對弱電質量提出了更高的要求，機場弱電設備的供電要求為一類負載。不過，無論雙向用電切換或者啟動備用的特殊發電機組，都需要一些時間。在此期間，要想實現機場計算機和弱電系統的正常運行，高質量的UPS電源不能缺少，只有高質量的UPS電源保護機場弱電系統，才能確保機場的日常使用。

1 機場弱電系統的組成及供電要求

1.1 機場弱電系統的組成

機場弱電系統，用專業的話來講就是航站樓的弱電系統，它由多個系統構建組成，有綜合布線系統、信息集成系統、廣播系統、航班信息顯示系統、離港系統、樓宇自動控制系統、安防監控系統、內部信息調度系統、有線電視系統等不同的系統構建而成，可以說缺少任何一個系統，機場就會失去運營能力[1]。

信息集成系統，這個系統主要包括對信息集成的不同子系統軟件的結合，有核心小型機、數據庫、新建成航站樓的網絡交換機、信息集成調度PC工作站，這是機場弱電系統的核心組成，也是機場弱電系統的核心系統[2]。

離港系統，這是乘客完成值機，并被配載到不同航班，讓航空公司可以實現有效控制的主要系統，這個系統包括服務器、數據庫系統、離港軟件和PC工作站這四個部分組成，對旅客而言，一般登機牌和行李牌的打印，以及登機口的掃描，都離不開離港系統的作用。

航班信息顯示系統，這個系統包含服務器、信息發布軟件和數據庫等不同內容的系統。一般對旅客的實際作用，主要是對旅客進行航班信息的獲取、登機信息的獲取以及有關于航班的一切信息，都可以在航班信息顯示系統都能獲取到[3]。旅客可以從機場大屏幕中獲得航班的數據信息。

廣播系統，主要由語音庫、揚聲器和廣播主機組成。廣播系統的作用可以為旅客及時提供當日航班信息、登機廣播通知以及所有航班的即時狀態的廣播。旅客可以從廣播系統的揚聲器中聽到應急廣播、業務廣播和服務性的廣播。

其他機場弱電系統，例如，安防監控系統、綜合布線系統、樓宇自動控制系統等不同系統都有著自己的特殊作用，為旅客的安全出行提供便利。這些弱電系統在機場建設中有不同的側重點，所以機場弱電核心系統有不同的差異，不管有什么差異都主要體現在設備的選型和媒體的介質有區別，后臺系統的組成架構沒有大的區別。

1.2 機場弱電系統供電要求

機場系統業務使用的服務器、存儲、交換機等核心設備是關鍵或特別關鍵的重要負載，因此UPS電源需要非常可靠的后備電源，以保證供電的質量和連續性。機場所有弱電系統，主要是由計算機系統、網絡設備、電信設施等所構成的相容性負載，UPS系統最適宜供電。但鑒于機場工作環境和設施的特點，電源供電的UPS系統通常需要同時符合下列條件，需要保證UPS電源工作穩定安全，適合于機場內外的工作環境[4]。機場弱電系統在設備操作上具有很強的安全性，技術人員要設計安全性能進行全方位的防護，這樣最大程度避免人為造成的故障，減少可能引起的安全事故，盡量使用本地遠程管理，利用標準的通信模式，來減少機場弱電系統的損耗，同時避免網絡資源的擁堵，這樣可以留有足夠的空間來實現機場弱電系統的最佳配置效果。

2 UPS電源設備分類及組成

2.1 UPS電源分類

UPS按工作原理，一般可以分成三種，后備式、在線互動式和在線雙轉換式。這三類UPS的工作方式都有所不同，適合于不同的工作場所。

后備UPS電源在機場供電系統正常工作時將機場供電系統垂直向負荷電源，在機場供電系統超過常規工作或斷電時，通過雙電源自動開關切換為單電池或逆變電源[5]。這種供電系統優點為構造簡單、尺寸較小、成本低，且輸入電流范圍較窄、輸出電流平穩、精度低、開關時間較特定長。該種類型的UPS適合于對電源品質要求不高，且能夠承受短時斷電的情形，例如家用電腦常配置就是這種類型的UPS電源。

在線互助式UPS電源最大的功效，就是為機場弱電系統的正常負荷電力提供穩定電源，機場電源出現低于穩定電壓的情況下，經過UPS電源的配置進行電路輸出。當出現異常或電源供應不夠的情形下，將切換至轉換開關狀態，以轉換開關進行電池的逆變供電。其優點是輸入電流范圍較廣、噪音低、體積小等特點，但切換過程需要一定時間完成[6]。

在線雙轉換UPS在機場電能順利工作時，對機場電源完成整流提供，并提升直流電壓供逆變器順利工作，然后逆變器再向機場負荷供應交換電。提供能量的電池轉換器一直保持運行狀態，以確保不間斷輸出。在線雙轉換式優點，輸入電流范圍很廣，沒有開關時間，輸出電流平穩和精確，尤其適用于大功率要求，但生產成本較高。目前，在線雙轉換式UPS電源已經在國內機場有了廣泛應用。

2.2 在線雙轉換式UPS電源組成及功能

在線雙變頻UPS開關電源主要由整流電壓模組（或整流器）、逆變器、靜態開關、旁路開關電源系統和監測模組等構成，當外接交換開關電源工作順利運行時，UPS電源可視其為穩頻穩壓電源。電池組經過補充為逆變器開關電源，由逆變器提供穩定的交流電。在斷電的情形下，電池組再經過逆變器直接給負載用電。

3 UPS電源在機場弱電系統中的實際應用

以青島膠東國際機場為例，青島膠東國際機場航站樓，其建筑面積已經達到了140萬多平方米，主要有四層，每一層都屬于特殊的設備，地下一層是專用的設備管溝，青島膠東國際機場航站樓屬于一類高層建筑，防火分類是一級防火，青島膠東國際機場擴建工程是航站樓的配套工程，涵蓋著最重要的弱電系統，包括離港控制系統、安檢信息管理系統、UPS弱電配電系統和機房工程，這幾組系統在實際弱電系統中的應用非常普遍。

3.1 機場弱電系統UPS電源供電方式

UPS電源的供電方案一般可以分成UPS集中供電方案和UPS分布式電源方案兩類，集中式供電系統一般是指由一個大功率UPS或兩個并聯的大中功率UPS，為電站整個弱電系統負荷范圍供應優質電力，分布式供電系統也是當今最廣泛使用的一種配置方式。它針對每個系統中的主要電氣設備而定，并配置了適當的中小功率UPS。我國國內機場修建初期，由于所有弱電部分系統都是相對單獨的，而當時使用成熟的大功率UPS電源裝置極少，于是引入了分布式供電系統。

青島膠東國際機場航站樓，UPS電源過載、過溫、逆變器等故障時可以自動實現自由切換到安全路徑，一般可以抵抗超過6kV的高壓沖擊，還能實現一定的開關保護和限制電流的功能，UPS電源全程是智能化操作，還能實現在線診斷和報警，并且可以進行24小時的監視控制作用，最重要的是有對電池實現檢測和電池放電維護的重要功能。

3.2 機場弱電系統供電方式的選擇

3.2.1 機場單機集中供電

這種供電方式主要是單臺UPS來完成，對所有機場的負載進行供電，這套系統結構比較簡單，占地面積比較小，不需要花太多的錢就能完成采購，但是此方案對UPS電源設備有著極高的要求，需要有安全可靠性，如果UPS電源出現故障，會導致整個機場弱點系統失去電力，最終導致整個弱點系統癱瘓，給機場帶來嚴重的經濟損失和安全風險。

3.2.2 機場雙機并聯集中供電

機場使用這種供電方式一般主要是兩臺并聯運行的UPS向機場所有系統負載進行供電，兩臺UPS是均分負載，這種供電方式的可靠性，明顯優于單機集中供電，但對這個系統的資金投入較大。

3.2.3 機場雙機雙總線集中供電

機場使用，這種供電方式一般是兩臺并聯運行的UPS完成，對機場所有負載完成供電操作，兩臺UPS平分負載。這兩臺UPS的輸出端口一般都是由STS進行控制完成供電負載，同時雙機工作需要獨立性，可以減少產生故障對彼此的影響，這種供電方式的安全可靠性極強，但需要的投資費用不小。

3.3 機場弱電系統分散供電方式的實際應用

3.3.1 單機分散供電的應用

在這種供電模式下，每個系統都由單個UPS向負載供電。這意味著機場上的每個弱電系統都配備了獨立的監控系統和帶有獨立電池的獨立電源UPS。在這種供電方式下，UPS電源相互獨立，互不影響。一臺設備的故障只會影響它所在的系統，這種方法涉及大量的UPS電源和運營后期大量維護和檢查工作。

3.3.2 雙機分散供電的應用

在這種配電方案下，每個系統都由兩個與負載并聯工作的UPS配電，兩個UPS均分負荷并互為備用。該種方法要求大規模的UPS供電裝置，設備購買成本高昂。與獨立分布式電源模式相比，可靠性大大提高。現在，我國城市機場中也有不少的機場都選擇了這種供電方式。

4 機場UPS電源系統的原則和考慮因素

規范的UPS電源，應該符合下列條件，即使機場用電中斷時，仍能為最大負荷電源，并確保為關鍵負荷不間斷電源，同時保持電流方向和頻率，以保障最大負荷不受外部影響。當UPS系統選為電源時，輸入電流范圍、輸出電流精度、暫態電流穩定性、輸入輸出頻率的范圍及準確度、功率因數、波峰因數、限流功能、超載功能、平均開機時限、平均故障時限、電池組保護、電腦數據處理能力、并行度、諧波傳動控制能力、抗干擾能力等，都必須兼顧應用環境條件、性價比、售后服務能力等因素。在實際使用中，使用者都應當熟悉UPS電源的工作情況和有關信息。可由UPS電源控制系統的計算機處理器操控，并利用系統菜單調出有關信息，包括UPS電源的工作狀況、負荷能力、電池殘余放電時間、電池電壓、報警內容等各種信息。數據處理和運行記錄及系統設定參數給機場平時運行和保養弱電設備帶來了方便。

5 機場弱電系統UPS電源容量的選取

實際負載情況：p=∑pi/f即實際所有負載的總和∑pi，再除以功率因數f，f=0.6～0.8，即可得到實際負載容量p。

預留擴容：考慮到業務發展的可能，在不追加大量投資情況下，增加UPS輸出容量。

輸出電壓：UPS輸出電壓是指市電經過UPS整形、濾波、穩壓等一系列措施后輸出的供等負載設備使用的電壓。這種電壓一般都比市電電壓干凈，沒有雜質訊號。通常UPS的輸出交流電壓應該穩定在220V，不能有過多偏差。

輸出電壓頻率：一般電網標準頻率是50Hz或者60Hz，UPS允許市電頻率有一定的變化范圍，在這個范圍內，UPS同步跟蹤市電頻率，超出則以本機頻率輸出。這個實際輸出的頻率就是輸出電壓頻率。

下面舉例說明：以3000VA UPS，功率因數0.8，逆變效率0.9，延時4小時為例，計算步驟如下：

每一步：查UPS參數，得UPS逆變器啟動電壓（電池組電壓）：U=96V，選用電池額定電壓：U1=12V，得出每組電池數量：N=U÷U1=96V÷12V=8節/組；

第二步：套用公式，電池安時數（AH）=3000VA×0.8×4h÷96V÷0.9=111AH；

第三步：選用合適的電池，以上結果得出需要111AH的蓄電池才能滿足4小時的供電，但是常規蓄電池一般沒有容量為111AH的，且需要8節/1組，我們可以選擇2組（16節）65AH的蓄電池并聯進行配置，根據上面公式其延時時間為：65AH×2÷3000VA÷0.8×96V×0.9=4.68小時。

最終，通過工程技術人員的不懈努力，實現了機場航站樓供電系統（UPS電源）的布線和安裝工作順利完成，投入實際的使用過程中。UPS電源在機場弱電系統的實際應用主要針對不同航站樓的核心機房，完成這些機房的供電任務，這樣才能保障航站樓的弱電系統可以正常運用，UPS電源系統可以在緊急情況，一般是出現電壓不穩或者突發停電的情況下，實現核心機房的正常供電，確保日常航站樓的系統穩定運行。在未來運行過程中，機場可以考慮將一些有用的核心設備接入到UPS系統中，這樣更完美實現機場UPS電源系統的實際應用，實現機場弱電系統的最佳服務狀態。

綜上，伴隨著我國信息化社會經濟高速發展，互聯網技術的發展對機場有著較大的發展影響，機場不同的建筑及弱電系統都朝著智能化方向轉變，機場會使用UPS的情況逐漸增多，需要在滿足旅客出行的基本前提下，要保障不同系統安全運行，設計中需要推廣使用最新的UPS系統，這樣可以提升弱電系統的安全性，對機場運行效率有顯著的提升。