空管VHF遙控系統供電方案研究與應用

一、引言

民航甚高頻地空話音通信地面系統包括甚高頻收發信機、信號傳輸部分、終端部分和監控部分，設備多采用技術成熟、性能可靠的進口或者國產設備，故障率并不高。反而是很多臺站地理位置偏僻，基礎設施建設滯后，自然災害頻發，經常出現VHF遙控系統因傳輸中斷和設備掉電導致的VHF遙控系統故障或降級保障。

傳輸中斷多是由于運營商線路中斷導致，本文不做探討。設備供電原因導致的地空通信中斷雖然發生概率不高，但是一旦出現往往帶來比較嚴重的后果，甚至導致臺站失效。因此合理配置VHF遙控系統的供電部分就顯得尤為重要。本文就VHF遙控系統設備功耗、UPS和電池組設計、供電配置現狀與改進方案和設備供電接口等幾個方面展開分析。

二、VHF遙控系統功耗分析

VHF遙控系統設備類型比較多樣，本文以典型設備搭建實驗平臺，使用數字鉗形表，對VHF設備電源線的火線進行測試，得到設備工作電流;使用萬用表對設備供電電壓進行測試，據功率計算公式P=UI，得到設備功耗，具體結果如表1所示。

另外，東進比選器SCV-200系列設備，AC輸入時其標稱功耗是80W，但其實際功耗與比選板數量有關;Cisco 交換機標稱功耗30W。

根據表1的測試結果，我們很容易算出一個四信道共用系統電臺的功耗：

VHF設備8臺電臺全部待機：

P0=76.3×8=610.4W

4個信道全部在發射狀態，以高調制度的調制信號計算：

P1=76.3×4+344.44×4=1682.96W

考慮四個信道同時發射的極限狀態，四信道VHF遙控臺的VHF設備和配套網絡傳輸設備總的功率消耗是：

P2=1682.96+30+45.78+100.28=1859.02W

考慮到不同的設備型號、配套附屬設備、設備配置不同板卡、環境溫度變化和運營商光端機接入等眾多因素的影響，本文中將4信道VHF遙控臺（不含KU衛星站）的供電需求按照2kW（峰值功率）計算。

三、VHF遙控臺UPS和電池組配置分析

（一）UPS配置

VHF遙控臺站多采用UPS輸出接配電柜或者PDU的方式，如圖1所示。

根據上節中計算結果，4信道VHF遙控臺設備功耗約為2kW，假設UPS的標稱視在功率是S（KVA），功率因數取80%，則至少需要UPS的功率至少為3KVA，即：

P3=S×cos=3×0.8=2.4kW>2kW

如果是六信道VHF臺站，共用系統六個信道全部發射的功率是：

P4=344.44×6+76.3×6=2524.44kW>2.4kW

說明3KVA的UPS不能滿足六信道共用系統同時發射的用電需求。應配置更大功率的UPS才能滿足需求。

（二）電池組配置

以上計算UPS帶載能力時使用的是負載功率極大值，即可以滿足四個信道同時發射的要求，但是VHF遙控臺的實際功耗和該臺站的話務量有關：

A=C×t

其中，A：話務量，單位愛爾蘭;C：呼叫次數，單位次;t：每次呼叫占用時間，單位小時。

通俗地講，四個信道每小時電臺發射的累積時長就是該共用系統的話務量。因為電臺接收時候的功耗較低，可以近似認為和待機功率一樣，我們在計算功耗時主要考慮電臺發射即可。假設四信道頻率配置是某個扇區的主頻、備頻、軍民航協調頻率130MHz、國際應急頻率121.5MHz。在管制指揮的繁忙時段，連續測算一個小時，電臺發射的話務量A=1。

則四信道電臺在這一個小時的功率是：

P5=344.44×1+76.3×7=878.54W

臺站設備功率之和是：

P6=P5+30+45.78+100.28=1054.6W

根據現行民航標準要求，要求市電斷電后，蓄電池至少保持4小時的供電能力，假設臺站配置16塊12V的鉛酸蓄電池。下面計算需要配置多少AH的蓄電池可以滿足市電斷電后，設備繼續工作4小時的續航要求。

電池的實際放電電流：

A=（S×0.8）/（η×E臨界）

電池容量：

AH=A/C

其中，A：放電電流;S：UPS電源標稱輸出功率KVA;cosф：UPS電源輸出功率因數;η：UPS電源逆變器的效率（本文取0.95）;C：放電速率;E臨界：蓄電池組的臨界電壓=10.5V×電池組中電池數量（在下圖中根據具體放電時間查得）。

由于蓄電池在最初放電時端電壓為13.5V～13.8V，而臨界電壓取10.5V，因此通過上述公式有：

A=1054.6/0.95×10.5×16=6.61A

通過查閱圖2中蓄電池放電曲線，可以得知放電率C=0.2，則代入電池容量公式有：

AH=6.61/0.2=3.04AH

因為蓄電池的容量是不連續的，所以可以就近選擇AH數量稍大的蓄電池，艾默生有38AH的電池可供配置，可以滿足連續放電四個小時的要求。如果考慮設備擴容的需要，應該配置更大容量的蓄電池，比如65AH，100AH等規格。

如果UPS蓄電池組采用其他型號的電池組，應當具體分析其電池容量和放電曲線，再做出分析和計算。

四、VHF遙控系統供電現狀和改造方案

圖1中供電方案在UPS供電系統的輸出端與負載間還有配電柜、斷路器開關、保險絲和電力傳輸電纜。如果UPS、配電柜出現問題或者斷路器跳閘時，負載就會掉電。

如果是簡單的通過配置兩臺UPS來給設備供電，主機-從機型熱備份方案僅具有容錯功能，并可將總UPS供電系統的平均無故障工作時間（MTBF）提高到單機的2倍左右。直接并機冗余式配置方案同時具有容錯功能和擴容雙重調控功能。然而這些方案都僅僅解決了降低UPS供電系統故障率的作用，并沒有完美解決供電系統的可維護性問題。

如圖3所示，建立多冗余供電系統，分別給雙電源負載、單電源冗余負載供電，通過STS為單電源負載的兩路輸入做切換，沒有安裝條件的臺站也可以用逆變器逆變一路交流電出來給設備供電。此方案采用獨立雙母線，部分設備甚至做到了三母線設計。不但極大限度地降低了設備掉電的可能性，也對設備維護帶來了極大的便利。

許多VHF遙控臺安裝在運營商基站內，市電引入多為農電，可靠性差。機房內運營商設備采用-48V直流供電，容量大，且穩定可靠，運營商將其作為設備主用電源設計。建議在臺站現場原有UPS設備的基礎上，增加直流供電設備，可作為VHF遙控臺設備的備用電源使用，如圖4所示。

臺站VHF設備采用直流供電，除了提高系統可靠性之外，還能提高設備的用電效率。有相關資料表明，同一臺設備在交流供電時，受到電源模塊性能的影響，其效率約在50%-80%左右。而設備直接采用直流供電，其效率可以提高到90%以上，相應的設備的直流功耗也會低于交流功耗。

五、VHF遙控系統設備供電接口分析

在實際工作中，我們設計和分析設備供電時，多對圖3中綠色區塊進行冗余設計，對黃色和紅色區塊的分析較少。紅色區塊卻是VHF遙控系統供電中最為重要的一環。VHF遙控系統的設備廠家眾多，現以在用的VHF遙控系統設備供電接入情況為例進行分析，設備供電接口如表2所示。

表2中，電臺、傳輸設備和比選器設備均有兩路以上的供電輸入接口，但是內話的終端設備和應急遙控盒作為VHF通信的終端設備，卻只支持一路。

遙控盒是內話設備的重要備份，在供電接入時應和內話分開，引接獨立電源。建議配置直流蓄電池或者高可靠性直流供電系統，保證緊急情況下遙控盒的正常可用。

六、結束語

本文系統分析了VHF遙控系統的供電配置，在VHF遙控系統的設計施工和日常維護過程中可以參考此文，以期合理配置供電設備，科學設計拓撲結構，有效提升供電安全，保證VHF地空通信的安全暢通。建議各空管保障單位在排查供電隱患時能與運營商溝通協調，保證安裝在設備現場的運營商設備也有穩定可靠的供電配置。目前，VHF遙控系統中的許多設備都具有遠程監控和操作維護的功能，許多供電設備也陸續開發出了此類功能，如何利用現有傳輸網絡引接并建立起一套完整的供電設備監控網絡是今后應當解決的問題。

當前形勢下，空管設備國產化是VHF設備發展的重要趨勢。在國產化的過程中，設備廠家可以根據系統運行現狀進行針對性的開發和設計，特別是在供電接口的設計上應該考慮雙路或者多路的供電接口設計。

作者單位：朱永振? ? 民航甘肅空管分局綜合業務部

參? 考? 文? 獻

[1]《甚高頻地空通信地面系統第1部分：話音通信系統技術規范》MH/T4001.1-2006.

[2]《UPS用戶培訓手冊》，EMERSON公司出版.

[3]曹雪虹編著.信息論與編碼[M].清華大學出版社，

[4]華成英，童詩白編著.模擬電子技術基礎[M].高等教育出版社，