空管系統航管小區設備冗余供電設計

李自義

（民航云南空管分局，云南 昆明 650200）

0 引 言

近年來，空管系統的航管樓和通信導航監視臺站的供電環境異常事件時有發生。空管系統對供電系統的重視程度不斷加強，全系統分別開展了供電設備隱患自查和供配電專項應急實戰演練，以檢驗供電應急手段的可靠性，確保極端情況下空管服務的連續有效性。通過分析供電異常事件相關案例，發現供電設備的單點故障是導致重大供電異常事件的主要因素。供電設備的冗余設計能克服供電設備單點故障對管制運行的影響，與后期供電設備的安全運行密切相關，是空管供電體系建設的關鍵環節。

1 航管小區供配電設備

航管小區供配電系統包括高壓供電系統和低壓供電系統。通常情況下，高壓供電系統由高壓配線、調壓變壓器以及其他相關元件組成。低壓供電系統由低壓開關柜、配電柜、柴油發電機組、自動轉換開關（Automatic Transfer Switch，ATS）、不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）、靜態轉換開關（Static Transfer Switch，STS）以及直流供電系統等組成[1]。它們共同構成一個完整的電力網絡，為航管小區提供穩定可靠的供電服務。

1.1 高壓供電系統

航管小區承載著空管系統最重要的業務，重要程度較高。為確保空管核心設備機房的安全穩定運行，應按照A 級機房的標準進行建設。市電供電需要2路市電進線，每路市電容量均需滿足航管小區所有負載的用電需求。

1.2 柴油發電機組

柴油發電機組是一種機電一體化設備，一般只為涉及的生產設備供電[1]。在2 路市電中斷時，柴油發電機組通過市電檢測裝置自動啟動，提供應急供電，切換時間一般不大于15 s。

1.3 ATS

ATS 可以實現2 路交流輸入電源的自動切換。當在用的一路輸入電源中斷時，ATS 會自動切換至另一路輸入電源，切換時間一般大于100 ms，切換過程中可能會造成負載斷電。

1.4 UPS

UPS 是航管小區供電的核心設備。航管小區UPS一般采用雙總線設計，即4 臺UPS 組成2 套并機的UPS 系統實現2 路輸出，形成A、B 路雙總線供電。

1.5 STS

STS 通常由智能控制板、高速可控硅以及斷路器組成，是一種實現2 路交流電源之間快速自動切換的供電設備。與ATS 不同，STS 切換時間一般不大于8 ms，切換過程中不會導致設備斷電。

1.6 直流供電系統

直流供電系統一般由整流模塊、監控模塊、蓄電池組等部分組成。當交流電源中斷時，由蓄電池為設備供電，以保證設備供電不間斷[2]。

2 航管小區冗余的供電設計

航管小區是空管系統的重要部分，主要包括中心機房和管制大廳。航管設備主要位于中心機房，管制大廳主要包含顯示設備和終端設備。為確保供電的可靠性，針對每條線路和每個設備可能出現的故障情況，航管小區供電系統采用多重冗余設計。

2.1 雙市電雙油機供電

在電源輸入方面，航管小區供電采用雙市電加雙油機的雙冗余供電模式。航管小區引接了2 路10 kV 高壓市電。這2 路10 kV 高壓市電之間由高壓母聯柜相連。2 路高壓市電通過變壓器后轉換成380 V低壓市電后，分別為2 套并機的UPS 供電。航管小區配置2 臺1 000 kVA 柴油發電機組，其輸出連接油機母線，為2 臺并機UPS 供電。

當一路市電（以高壓Ⅰ回路為例）中斷時，斷開高壓Ⅰ回路高壓輸入開關，閉合高壓母聯開關，用高壓Ⅱ回路市電為高壓Ⅰ回路母線供電，確保2 路市電母線供電正常。

當2 路高壓市電中斷時，油機啟動檢測裝置檢測到2 路高壓市電中斷后啟動主用柴油發電機，并在電源輸出穩定后通過ATS 切換至油機，為UPS 和消防空調設備供電。

2.2 UPS 并機雙路供電

交流UPS 是航管小區的核心供電設備。航管小區共配置4 臺160 kVA 的UPS，采用UPS 并機的雙路輸出模式。UPS A-1 和UPS A-2 并機使用，輸出至UPS A 母線。UPSB-1 和UPSB-2 并機使用，輸出至UPS B 母線。UPS A 母線和UPS B 母線為航管小區中心機房和管制大廳供電。

當一套UPS 并機系統（以UPS A-1 和UPS A-2為例）中2 臺UPS 均故障時，UPS A 母線輸入中斷，單獨接到UPS A 母線的設備會斷電，而引接STS 電源和單獨引接UPS B 母線的設備不受影響。如果嚴格按照單電源設備引接STS 供電、雙電源設備引接UPS A 母線和UPS B 母線供電的原則進行供電，此種情況也不會對航管設備造成影響。

2.3 分布式STS 供電

在末端設備供電方面，航管小區采用分布式STS供電方式。中心機房每個機柜均配置1 臺STS，在管制大廳每個席位配置2 臺STS。末端設備按照單電源設備引接STS 供電，雙電源設備引接雙路UPS 母線供電。當一路UPS母線中斷時，末端設備不會造成斷電。分布式STS 供電設計使供電風險分散，安全性比集中式STS 更高。單個STS 設備故障只會影響單個機柜、單個席位單電源設備的供電，影響范圍小。

2.4 直流應急供電

在雙UPS 母線均不能正常供電的極端情況下，為保障空管最基本的管制語音指揮服務不中斷，航管小區甚高頻地空通信信號全鏈條設備均需配置直流電源[3]。

3 航管末端設備供電設計

3.1 供電設計原則

航管末端設備供電設計可確保單路UPS 母線中斷或單個STS 故障時，設備的功能不受影響，單個管制席位的空中交通服務不中斷。根據設備原理結構和管制方式，合理設計各設備的位置布局和供電引接，最大限度提升供電的可靠性[4]。

航管末端設備供電的原則包括2個方面。一方面，雙電源設備應分別接入A、B 路UPS 電源，單電源設備接入STS 電源，確保單路UPS 電源中斷時對系統運行不產生影響；另一方面，系統相同功能的服務器和冗余的網絡核心交換機放置在不同的機柜，確保單機柜電源全部故障對系統功能無影響。

3.2 航管小區中心機房的航管設備供電設計

以空中交通管制自動化系統為例，系統服務器均采用冗余結構，系統網絡采用A、B、C 三網結構[5]。系統主要包含智能數據分配器（Line Distribution Ware，LDW）、雷達數據前置處理機（Radar Data Front Processor，RFP）、雷達數據處理機（Radar Data Processor，RDP）、直通雷達數據處理機（Direct Access Radar Data Processor，DARD）、數據通信處理機（Data Communication Processor，DCP）、飛行數據處理機（Flight Data Processor，FDP）、飛行數據記錄儀（Flight Data Recorder，FDR）、監視數據顯示器（Surveillance Data Display，SDD）、飛行數據顯示器（Flight Data Display，FDD）以及核心交換機。設備布局與供電情況如表1 所示。

空管自動化設備多為雙電源設備，分別引接A、B 雙路UPS 母線。網絡核心交換機為單電源設備，需要引接STS 電源。這樣單路UPS 電源中斷時不會對系統運行產生影響，同時單機柜電源全部故障對系統功能也無影響。

3.3 管制大廳的末端設備供電

管制大廳以單個管制席位作為基本供電單元，每個管制席均采用A、B 雙路UPS 輸入，并配置2 臺STS。一個管制席位包含對空指揮席和監控協調席，其中的席位設備主要分為4 類。一是自動化主用和備用系統設備，包含SDD、FDD、視頻延長器、進程單打印機；二是主用內話和備用內話終端設備，包含4臺席位處理器和席位觸摸屏；三是VHF 應急遙控盒；四是SIPDS 席位設備。這些設備均為單電源設備，需要引接STS 電源。

席位設備供電設計的原則是：在單路UPS 電源中斷時，對管制指揮不產生任何影響；在單臺STS 故障時，管制席位的基本功能正常，可為更換席位爭取時間，確保管制服務不中斷。

因此，使用STS1 設備為SDD 顯示器、SDD 延長器、主用內話對空席位處理器和觸摸屏、備用內話協調席位處理器和觸摸屏、進程單打印機。同時，使用STS2 設備為FDD 顯示器、FDD 延長器、主用內話協調席位處理器和觸摸屏、備用內話對空席位處理器和觸摸屏、甚高頻（Very High Frequency，VHF）應急遙控盒、綜合信息處理與顯示系統（Synthetical Information Process and Display System，SIPDS）主機以及顯示器供電。

當單個STS（以STS1 為例）故障時，對空指揮管制員可以通過FDD 顯示器查看空中飛機飛行動態，使用備用內話對空席位指揮飛機，確保管制服務不會中斷。

4 結 論

供電系統是空管設備的核心，提升供電設備的可靠性對于確保空管系統的正常運行至關重要[6]。通過開展空管系統內供配電系統運行風險梳理排查和供配電專項應急實戰演練等，不斷深化對供電設備的認識，積累供電設備運維經驗，從而增強供電綜合保障能力。