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(qiáng)有力的保障，目前我國(guó)空管設(shè)備大量采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)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(yùn)行存在一個(gè)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(shí)，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(huì)給國(guó)家造成深重的災(zāi)難。對(duì)于這些一級(jí)負(fù)荷，要求市電系統(tǒng)發(fā)生線(xiàn)路故障或停電時(shí)，仍保證其不間斷供電。為增加供電的可靠性和冗余度，線(xiàn)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(dòng)過(guò)大的情況下。UPS內(nèi)部存在多條電力通路，當(dāng)市電中斷或UPS內(nèi)部模塊故障時(shí)，電力在不同通路之間切換。這些切換過(guò)程必須滿(mǎn)足一定的條件，才能不對(duì)后級(jí)空管設(shè)備的運(yùn)行產(chǎn)生影響[1-4]。

1 STS

STS可以實(shí)現(xiàn)兩路電源的自動(dòng)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(jí)設(shè)備一直連接在STS主用側(cè)。當(dāng)主用電源發(fā)生故障，STS首先檢測(cè)備用電源的情況。若后備電源滿(mǎn)足要求，STS將為后級(jí)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(fù)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(jí)單電源設(shè)備獲得雙母線(xiàn)形式的供電。

由CBEMA/ITIC curve 及IEC 62040/IEEE 446標(biāo)準(zhǔn)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?？展鼙Ｕ舷到y(tǒng)中所選用的STS，均滿(mǎn)足≤8ms的標(biāo)準(zhǔn)切換時(shí)間，切換過(guò)程不會(huì)導(dǎo)致后級(jí)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(jī)組和電池組的后級(jí)，將輸入的直流電和交流電轉(zhuǎn)換為滿(mǎn)足設(shè)備要求的交流電。由此可以將UPS視為一臺(tái)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?，逆變器轉(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(huì)發(fā)生突變。故逆變器的輸入不發(fā)生瞬斷，同時(shí)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(fù)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(kāi)關(guān)）的過(guò)程。UPS內(nèi)部的靜態(tài)開(kāi)關(guān)是一套完整的電路，能夠?yàn)樨?fù)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(wú)機(jī)械動(dòng)作且無(wú)觸點(diǎn)的電子開(kāi)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(mǎn)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(jí)供電設(shè)備、線(xiàn)路或并聯(lián)的負(fù)載影響，其電壓波形、相位、頻率和幅值時(shí)刻發(fā)生著變化。為了保證在任意時(shí)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(shí)刻同步。若旁路市電的電源質(zhì)量波動(dòng)過(guò)大，逆變器的輸出無(wú)法精確跟蹤旁路市電，切換過(guò)程中后級(jí)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(jí)負(fù)載所接受的旁路電源波動(dòng)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(shí)滿(mǎn)足上訴條件，逆變器與靜態(tài)旁路之間將實(shí)現(xiàn)不間斷切換。若不滿(mǎn)足任意一條，則切換將不被允許，或者切換過(guò)程將導(dǎo)致電力瞬斷。由此，將上訴三個(gè)條件稱(chēng)為“切換條件”。

3 結(jié)束語(yǔ)

空管事業(yè)的持續(xù)發(fā)展離不開(kāi)穩(wěn)定的電力供應(yīng)，本文針對(duì)空管設(shè)備不間斷供電問(wèn)題做了詳細(xì)的探討，分析STS及UPS內(nèi)部不間斷切換的實(shí)現(xiàn)原理。只有合理選擇供配電設(shè)備，并設(shè)計(jì)完備的方案，才能滿(mǎn)足空管設(shè)備對(duì)供電的嚴(yán)格要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)信息通信專(zhuān)業(yè)委員會(huì)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(shū)》[Z].2011.

[2]GB50052-95.《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》[S].機(jī)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(hù)原理[M].北京：中國(guó)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(jī)械工業(yè)出版社（2002），18-19.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]