偏遠燈塔能源配布方案研究

陳家齊 梁勇明

摘 要：現今隨著國際政治、軍事局勢的快速變化，一帶一路的建設，隨之而來的是對航路的助航設施建設的快速推動。燈塔是為船舶航行安全提供助航的重要設施，在偏遠的地理位置的燈塔更為重要，但存在能源系統的傳統壁壘，本文提出針對偏遠燈塔能源配布方案進行研究。經過試驗，取得了良好的效果。但尚存在些許不足，如：環境影響因素導致及具體動態調整檢測數據等方面尚需加強和強化，為后期智能、遠程控制提供有力的經驗積累和技術保障。

關鍵詞：燈塔 能源配布方案 雙UPS

1.前言

現今隨著國際政治、軍事局勢的快速變化、一帶一路的建設，隨之而來的是對航路的助航設施建設的快速推動。燈塔是為船舶航行安全提供助航的重要設施，在遠離大陸的地理位置的燈塔更為重要，但存在能源系統的傳統壁壘，本文提出針對偏遠燈塔能源配布方案進行研究。經過試驗，取得了良好的效果。但尚存在些許不足，如：環境影響因素導致及具體動態調整檢測數據等方面尚需加強和強化，為后期智能、遠程控制提供有力的經驗積累和技術保障。

2.總體目標

偏遠燈塔地理位置特殊，維護保養條件苛刻，考慮到受到各種自然條件的限制，為了使燈塔能夠穩定的發光，建設一套功能完善、性能穩定的能源系統，保障在極端情況下依舊可以最大程度的工作。因此，我們處于以上方面的考慮進行對偏遠燈塔能源配布方案進行系統性研究與實踐。明確需要能夠實現燈器24小時不間斷供電，保障燈器在夜晚正常發光，實現全天候助航目標；可以通過北斗系統進行數據的傳輸與應用，實現無地面網絡的情況下實時或定時的了解燈器的運行信息；利用全數字化智能工頻 UPS電源，保障燈器設備的正常運行，避免斷電或突發事件造成燈器無法供電；雙直流電源轉換器及全自動切換器避免系統末級故障引起供電中斷；利用LTS純物理結構的交流轉換系統實現雙系統自動切換；利用溫差原理降低蓄電池的環境溫度，延長蓄電池的使用壽命，降低線路壓降減少電路損耗。從以上幾方面進行整合和優化，達到免維護、長周期、低成本、高可靠的遠離中國大陸架的燈塔能源配布方案的實現。

3.燈塔能源系統配布方案現狀及存在的問題

現存燈塔在能源系統中存在諸多不足和亟待解決的問題，諸如：當市電出現斷電時，充電機停止工作，蓄電池為燈器繼續供電，蓄電池沒有放電控制，當蓄電池連續工作若干小時后就會出現過放現象，蓄電池出現過放后壽命會急劇縮短或導致損壞。又如：蓄電池長期處于高溫環境，不符合蓄電池的安全運行標準，此種情況下會加劇電池的老化速度。再如：蓄電池與燈器距離過遠，導致直流傳輸線壓降太大，造成線損嚴重。如果蓄電池長期處于浮充狀態，設備不能夠自動定期維護蓄電池，使蓄電池的壽命急劇縮短。蓄電池放置位置于塔頂，重量和體積都增加了更換維護的難度，產生高昂的搬運費。因此，對遠海燈塔的能源配布方案進行研究和試驗，迫在眉睫，因此，提出對偏遠燈塔能源配布方案進行研究。

4.電源配布系統方案

4.1對電池位置調整

調整蓄電池安放位置到塔底室內，必要時安裝空調或循環風扇保障蓄電池在常溫狀態下運行，有效的延長蓄電池的使用壽命的同時減輕一線人員的勞動強度，使更換蓄電池的時候更容易操作。

4.2增加雙UPS電源

為了增加系統供電的可靠性，利用兩路獨立的UPS供電單元，結合LTS自動切換的方式實現在線式供電結構。當運行過程中出現一路因UPS或的蓄電池故障等原因造成的供電故障，不會影響另一路UPS繼續工作，保證了前端系統的可靠性。

UPS電源不同于普通充電器和逆變器的組合，它利用常用供電與儲能供電切換的原理實現不間斷供電轉換，默認在線式工作方式，內置的充電器對蓄電池充電，浮充結束后充電機停止工作；當市電（如存在市電）斷開后UPS啟動內部DC-AC至輸出端，當蓄電池電壓下降到過放值時，UPS停止工作；當市電恢復工作時一方面輸出供電，一方面啟動蓄電池充電器為蓄電池充電。完善的保護電路防止蓄電池過充及過放，更加防止蓄電池長期處于浮充狀態導致的電池老化。UPS電源是全新智能工頻不間斷電源，系統集高性能全數字化控制，雙變換在線式結構，具有輸入功因校正，先進的DSP控制技術，完善的保護措施，超強的網絡管理，合理的人機對話界面等一系列精密成熟的設計，集可靠性、安全性、可維護性等更好性能新一代工頻不間斷電源。

兩路獨立的在線式UPS分別工作在靜默狀態，當市電斷開，優選的UPS啟動工作，當優選的UPS的蓄電池電量用盡時停止工作，LES檢測到優選源供電異常，啟動備用UPS開始供電，LTS切換到備選源繼續工作。

4.3增加LTS負載轉換器

LTS 是一種單極自動切換裝置。LTS 在兩路交流電源構成的雙總線供電系統中承擔著檢測、切換的核心任務，應用于要求極高供電可靠性的高端不間斷供電領域，如計算機中心、互聯網數據中心、電信、金融數據中心及工業過程控制中心等，給設備提供穩定的、高質量的交流電源。

LTS 原理簡圖如下圖所示，其中輸入 1 為優選源，輸入 2 為備選源，電子開關連接輸入 1 部分為常閉，連接輸入 2 部分為常開。

LTS功能操作：（1）手動切換是以變更優選源的方式進行的。按下前面板上 Transfer 按鈕后，原先的優選源被變更為備選源，而原先的備選源則變更為優選源。此時，如果系統檢測到新的優選源正常，并且兩路源之間的相位差在同步窗口范圍內，則系統切換到新的優選源供電；如果新的優選源異常，或兩路源的相位差不在設定的同步窗口范圍內，則 LTS會自動延遲直至滿足切換條件時才執行切換。（2）自動切換優選源供電時，如果優選源發生異常，而備選源正常，并且兩路源之間的相位差在設定的同步窗口范圍內，則LTS 自動切換到備選源供電。這種切換方式稱為自動切換。LTS 自動切換到備選源供電后，如果優選源又恢復正常并持續一定時間，且兩路源之間的相位差在設定的同步窗口范圍內，LTS 會再次回切到優選源供電，稱為自動回切。如果兩路源的相位差不在設定的同步窗口范圍內，則 LTS 會自動延遲至兩路源的相位差進入同步窗口范圍時才執行自動回切。

4.4LTS供電模式

LTS 供電模式分為優選源供電模式和備選源供電模式。優選源供電模式，LTS通過電子開關將優選源提供給負載的供電模式，稱為優選源供電模式。備選源供電模式 ，LTS 通過電子開關將備選源提供給負載的供電模式，稱為備選源供電模式。

4.5雙電源直流供電系統

雙電源直流供電箱簡稱AC / DDC，是直流雙電源自動轉換單元，內置兩路獨立的AC/DC轉換器，利用獨立的轉換單元使兩臺轉換器接替工作，有效保障了系統末端的運行可靠性。

5.基于北斗衛星系統的通信協議輔助系統

北斗通信系統，由北斗通信天線和北斗通信主機組成，設備具有獨立的通信端口，系統利用北斗收發天線實現定位與數據上傳，實現燈器的遠程數據傳輸；系統不借助地面通信信號，利用北斗用戶機與指揮機的點對點傳輸模式進行數據傳輸，增強了數據的安全性與可靠性。

6.結論

燈塔是重要的助航設施，是否能夠持續正常的發光，對于國家海上航行安全和國家經濟貿易、海洋國防等諸多方面存在更為重要的意義；要保證燈塔正常穩定的發光，非常有必要對燈塔進行能源及能源結構等系統性的深度改造，通過在偏遠燈塔進行上述改造和試驗，取得了較為理想的效果、積累了大量的經驗和數據，參考上述試驗成果，可以指導未來海上燈塔能源系統配布方案積累經驗。可以為延長養護周期、降低運行成本、提高航標設施可用性各類指標提供參考和借鑒意義。

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