基于并機(jī)冗余式UPS的雙總線供電系統(tǒng)分析和應(yīng)用

邱偉杰

摘 要：空管五類關(guān)鍵設(shè)備要求極高的設(shè)備完好率和正常率，供電設(shè)備更是被列入一類保障，負(fù)載要求UPS供電輸出必須做到萬無一失。采用雙總線的UPS并機(jī)冗余系統(tǒng)供電后，航管中心的各類設(shè)備均處于穩(wěn)定供電網(wǎng)絡(luò)的后級或末端，雙總線結(jié)構(gòu)下，結(jié)合空管系統(tǒng)重要設(shè)備配置應(yīng)急小型UPS的要求，即可輕易實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行高穩(wěn)定供電保障。

關(guān)鍵詞：UPS；并機(jī)；冗余；雙總線；“1+1”；STS

中圖分類號：TM727.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）11-0148-02

Abstract： The five key devices of ATC （air traffic control） require that there be very high rate of equipment integrity and normal rate. The power supply equipment is also included in the first class guarantee， whose load requires that UPS power supply output must be foolproof. With power supply by Dual bus UPS parallel machine redundancy system， various types of equipment in the ATC center are in a stable back or end of the power supply network， and with the dual bus structure， in accordance with the requirements of small UPS ATC system of important equipment emergency， high-stability power supply equipment operation can be easily achieved.

Keywords： UPS； parallel machine； redundancy； dual bus； "1+1"； STS

引言

近年來，民航空管流量的不斷上升，供電系統(tǒng)作為空管五類關(guān)鍵設(shè)備之一，其重要性逐漸凸顯出來。空管供電保障要求高，不能容忍任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)紕漏，幾秒鐘停電都可能給飛行安全帶來巨大的威脅。空管五類關(guān)鍵設(shè)備要求極高的設(shè)備完好率和正常率，供電設(shè)備更是被列入一類保障，負(fù)載要求UPS供電輸出必須做到萬無一失。使用單機(jī)供電始終存在單點(diǎn)故障風(fēng)險，幾乎無可能達(dá)到空管的供電要求，因此，并機(jī)冗余供電手段是唯一選項(xiàng)。

在空管的航管中心，單套并機(jī)冗余系統(tǒng)不足以達(dá)到高效、穩(wěn)態(tài)的電能要求。并機(jī)冗余系統(tǒng)退網(wǎng)維修，蓄電池更新，廠家巡檢等情況需要下線退網(wǎng)，供電輸出中斷，業(yè)務(wù)只能通過備用或應(yīng)急電源進(jìn)行保障，而分散式供電會使運(yùn)行保障質(zhì)量下降，打破空管主備應(yīng)急供電三層保障措施，設(shè)備保障高穩(wěn)定性要求無法達(dá)到。因此，為航管中心配置高冗余高容錯雙總線的UPS并機(jī)冗余供電系統(tǒng)就非常必要，在單套并機(jī)冗余系統(tǒng)退網(wǎng)下線還是偶發(fā)故障時，航管中心供電系統(tǒng)依然確保運(yùn)行在主備應(yīng)急的高可靠運(yùn)行的供電模式，方能是整個航管中心設(shè)備高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 UPS并機(jī)冗余供電

空管在用并機(jī)冗余方式供電一般由兩臺完全一致的UPS并接至輸出并機(jī)柜，負(fù)載均分的同步供電方式。并機(jī)冗余系統(tǒng)單臺UPS故障時，其自動退網(wǎng)下線，負(fù)載自動轉(zhuǎn)移到另外一臺運(yùn)行正常的UPS上，并機(jī)系統(tǒng)供電輸出不中斷。故障UPS恢復(fù)正常后，系統(tǒng)無需停機(jī)，可單機(jī)直接并入冗余系統(tǒng)，恢復(fù)負(fù)載共承狀態(tài)。

目前，空管在用的UPS并機(jī)冗余不間斷電源供電一般由逆變支路、靜態(tài)旁路、維修旁路、電池組、控制電路等組成，其并機(jī)冗余系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)相對單機(jī)UPS穩(wěn)定性和可靠性已經(jīng)明顯提升，單臺UPS下線維護(hù)也比較方便。

系統(tǒng)仍然存在功能性缺陷，航管中心多套UPS并機(jī)系統(tǒng)并用。當(dāng)老舊UPS并機(jī)系統(tǒng)退網(wǎng)檢修或升級改造時，要實(shí)現(xiàn)新舊系統(tǒng)的無縫割接，負(fù)載全部“搬移”至新系統(tǒng)上就非常困難。如何實(shí)現(xiàn)負(fù)載供電無縫對接以及供電同步都是難題，出現(xiàn)操作失誤，都可能出現(xiàn)輸出供電中斷，給管制指揮造成重大影響。

因此，多套并機(jī)冗余UPS系統(tǒng)并行的情況是潛在供電隱患的，負(fù)載不關(guān)機(jī)下線，就無法進(jìn)行后級供電優(yōu)化。基于航管中心的重要性，應(yīng)采用能實(shí)現(xiàn)多套新老UPS并機(jī)冗余系統(tǒng)供電協(xié)同并行的供電方式，目前一種有效可靠的方案就是配置基于UPS并機(jī)冗余的雙總線供配電系統(tǒng)。

2 UPS并機(jī)冗余雙總線供電

雙總線結(jié)構(gòu)的UPS并機(jī)冗余系統(tǒng)，由以下組成：兩套并機(jī)冗余式UPS系統(tǒng)，高壓變電輸入柜，母聯(lián)柜，同步跟蹤控制LBS，自動切換開關(guān)ATS，靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)STS，低壓配電輸入柜，配電箱，發(fā)電機(jī)組等。如圖2所示。無論UPS-A或是UPS-B故障還是退網(wǎng)維修，總能無縫地由另一套并機(jī)冗余系統(tǒng)完全承載負(fù)載供電。在STS和LBS聯(lián)動控制下，兩套系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行，并線輸出，協(xié)調(diào)同步，供電穩(wěn)定性、可靠性和容錯性均非常高。

該系統(tǒng)解決了單套或多套UPS并機(jī)冗余系統(tǒng)存在的問題。首先，兩套并機(jī)冗余系統(tǒng)不僅形成了差錯互補(bǔ)、并行協(xié)同的供電方式，也消除了單套系統(tǒng)存在的單點(diǎn)故障問題，單套并機(jī)系統(tǒng)可完全退網(wǎng)檢修，電池更新等工作變得非常簡單，易實(shí)現(xiàn)。

其次，雙總線提供了一種擴(kuò)容、電源更新升級的新思路。在當(dāng)前空管設(shè)備不斷新增擴(kuò)容的背景下，新增一套或者多套并機(jī)冗余系統(tǒng)非常方便，只需獨(dú)立安裝好單套系統(tǒng)后，直接接入總線結(jié)構(gòu)即可，為后期航管中心發(fā)展壯大提供良好的條件。

3 并機(jī)冗余雙總線結(jié)構(gòu)供電的應(yīng)用

筆者所在空管中心已建設(shè)了基于UPS并機(jī)冗余的雙總線供電系統(tǒng)，由獨(dú)立的并機(jī)冗余UPS“1+1”組成，運(yùn)行穩(wěn)定。其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

當(dāng)任何其中一套UPS并機(jī)冗余系統(tǒng)發(fā)生供電中斷時，仍有另一套并機(jī)冗余系統(tǒng)可以正常工作，不會對空管業(yè)務(wù)造成影響；一些不重要的負(fù)載，采用小型STS。從圖3可以看出，雙總線UPS并機(jī)冗余系統(tǒng)供電后，航管中心的各類設(shè)備均處于穩(wěn)定供電網(wǎng)絡(luò)的后級或末端，雙總線結(jié)構(gòu)下，結(jié)合空管系統(tǒng)重要設(shè)備配置應(yīng)急小型UPS的要求，即可輕易實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行高穩(wěn)定供電保障。

同時，采用此種供電結(jié)構(gòu)，其實(shí)際應(yīng)用的投資成本并不是幾何成倍增加。據(jù)實(shí)際核算，即使是電源的負(fù)載達(dá)到了100%的程度，也僅僅是增加了25%左右的投資成本，而增加不到三成的設(shè)備投入，就能取得負(fù)載100%的運(yùn)行保障，對于空管基礎(chǔ)設(shè)備建設(shè)來說是相當(dāng)劃算的。此種供電模式在筆者所在的中南空管局所屬分局站已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，取得良好的效果。

4 結(jié)束語

通過分析我們得出以下結(jié)論：基于UPS并機(jī)冗余式的雙總線供電系統(tǒng)是一種可靠性高、擴(kuò)容性強(qiáng)、容錯功能好的供配電方案，完全滿足空管系統(tǒng)安全第一，穩(wěn)定高效的設(shè)備運(yùn)行保障要求。本供配電方案可為計(jì)劃開展供配電改造的類似單位提供參考，并進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

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