淺談中大型機場弱電信息系統UPS供電方案的選擇

【關鍵詞】機場；弱電信息系統；UPS；供電；安全生產

引言

隨著我國民航業的迅速發展，飛機逐漸成為大家出行必不可少的交通工具。民航業的發展進一步促進了機場規模的擴大，機場弱電信息系統的穩定運行在機場安全生產運營中起著越來越重要的作用，而UPS供電系統則為弱電信息系統提供了持續、穩定、不間斷的電源供應。因此，如何根據弱電信息系統的分類選擇合適的UPS供電系統進而使其平穩運行，成為機場弱電信息系統設計、建設、運維人員主要考慮的問題及工作重點。

一、UPS供電系統

（一）UPS供電系統的功能及分類

不間斷電源，簡稱為UPS，是一種外部供電設備，其內部裝有儲能裝置，如電池，以確保電力的穩定供應。當市電出現電涌、頻率漂移、電壓過高或過低、閃斷，甚至是中斷等用電異常時，UPS能夠保證負載用電的持續性、穩定性，其核心電路及部件主要包括逆變器、整流器、電池充電器等。一般來說，UPS可分為后備式UPS、在線互動式UPS、在線式UPS。其工作原理及對比如圖1所示。

（二）UPS供電系統的工作方式

1.單機供電

單機供電方式，顧名思義，由獨立的UPS設備為負載進行供電，該方式系統架構簡單、容易實現、成本較低、UPS設備工作效率較高，后期擴容較簡單且容易實現。但該方式可靠性低，若設備某一模塊出現故障，則負載將通過旁路方式進行供電；對設備進行排故檢修時，負載將會斷電；該方式UPS不具備容錯能力。

2.串聯冗余供電

串聯冗余供電方式要求負載由一臺UPS設備（通常被稱為主UPS）供電，另一臺UPS設備（通常被稱為串聯UPS）則為主UPS設備中的靜態旁路進行供電。為了實現這種供電方式，主UPS設備必須具備獨立的輸入電路。通常情況下，負載是由主UPS設備提供電力的。然而，如果主UPS設備發生故障切換到旁路模式，那么負載將由串聯UPS設備提供電力。[1]

該方式主UPS設備具有容錯能力，搭建方式較為靈活簡單，可選用型號、品牌不同的主UPS與串聯UPS。但該方式對串聯UPS性能要求較高，其必須具備主UPS故障后承擔負載供電的能力；運維、管理成本較高；整機進行維護時，仍需切換至維修旁路對負載進行供電。

3.并聯冗余供電

并聯冗余供電是最常用的UPS冗余供電方式。正常情況下，負載由并聯系統中所有UPS設備進行平均分擔，某一（或多個）個UPS設備故障時，剩余UPS仍可以繼續承擔負載供應。該方式可靠性高，任意并聯系統中UPS設備出現故障，負載仍可以由系統中其他UPS設備進行供應；UPS設備負載率較低，負載由系統中所有UPS進行承擔；擴展方便，可隨時根據需求及負載變化進行擴容。但該方式系統建設要求高，系統中UPS設備的品牌、型號、規格、容量必須相同；整體系統進行維護時，仍需切換至維修旁路對負載進行供電。

4.雙系統冗余供電

雙系統冗余供電中兩個UPS系統分別通過自己的總線向負載進行供電，每個UPS系統可以為單機系統，也可以為“N+1”系統。因其通過兩個獨立的供電總線向負載進行供電，所以該方式可靠性極高，且不存在單故障點；維護人員對系統進行維護時，也無需將系統切至維修旁路。但該方式建設成本高，每套UPS系統需要獨立的供電線路及組件，且UPS工作效率較低。

二、弱電信息系統機房

（一）電子信息系統機房分類標準

在進行數據中心設計時，需要參考《數據中心設計規范》GB50174-2017中的相關內容和標準，以確定數據中心的級別，該級別應根據數據中心的使用性質以及數據丟失或網絡中斷對經濟或社會造成的損失或影響程度來確定。[2]數據中心應被分為A、B、C三個等級。

（二）機場弱電信息系統機房等級劃分

通常情況下，小型機場采用二層網絡架構，而弱電機房通常分為核心層機房和接入層機房；對于中大型機場來說，一般采用三層網絡架構，其中弱電機房被劃分為核心層機房、匯聚級機房和接入層機房。在核心層機房中，通常會安裝一系列設備，包括服務器、核心交換機、匯聚交換機、磁盤陣列以及邊界防火墻等，這些設備都會采用雙電源供電方式運行。匯聚層機房會配備匯聚交換機等設備，并且這些設備通常都采用雙電源運行。通常情況下，接入層機房會安裝接入交換機、光端機和放大器等設備，并且它們大多數是單電源供電的。根據GB50174-2017《數據中心設計規范》，機場核心層機房、匯聚層機房、接入層機房可以按照A、B、C三個級別進行劃分。

三、機場弱電信息系統

（一）機場弱電信息系統整體概述

機場的弱電信息系統是以計算機網絡系統為基礎，機場協同決策系統為核心，實現了各弱電系統的互聯，并在統一的航班信息下自動運作。同時，它還對機場各生產保障部門進行統一的調度與管理，實現了智能化、高效化的生產運營和設備運行，為機場的安全高效生產管理提供了自動化手段。[3]此外，機場弱電信息系統還能夠為旅客和航空公司提供及時、準確、全面、完整的信息服務，以滿足信息統一、共享、調度、管理先進和服務優質的需求。

（二）機場弱電信息系統分級建議

為了更好地對弱電信息系統進行維護和管理，可以根據信息系統的重要程度和復雜程度對各信息系統進行定級，可將信息系統分為重要信息系統、較重要信息系統和一般信息系統等，分別簡稱為Ⅰ級信息系統、Ⅱ級信息系統、Ⅲ級信息系統。

以筆者所在的呼和浩特市白塔國際機場為例，按照生產優先原則、故障影響原則、復雜度原則等，各弱電信息系統分級如下（各級分類中只列出部分系統以供舉例）：

Ⅰ級信息系統：A-CDM（機場協同決策）系統、報文系統、手持機系統、貨運信息系統、無線集群對講系統、生產核心網絡、監控核心網絡、離港核心網絡、辦公核心網絡、安防監控系統、圍界監控系統、航顯系統、廣播系統等。

Ⅱ級信息系統：內部通訊系統、空管自動化系統、地理信息系統、跑道管理系統、旅客服務平臺、數據共享傳輸、門禁系統、行李跟蹤系統、時鐘系統、應用數據交互平臺、智慧運維平臺等。

Ⅲ級信息系統：非航網絡、WIFI網絡、OA系統、動環監控系統等。

四、機場弱電信息系統UPS供電方案及建議

（一）核心層機房

機場弱電信息系統的運行將受到核心層機房的供電可靠性和安全性的直接影響，因為核心層機房是最為重要的機房。考慮到核心層機房的特點和各弱電設備對電力的需求，建議采用并聯冗余的UPS供電方式，以滿足核心機房內重要雙電源負載需要兩路獨立UPS電源的要求[4]。在并聯系統中，每條總線都可以配備單機UPS，這樣不僅可以增加UPS設備的利用率，還能有效地降低成本。

（二）匯聚層機房

匯聚層機房作為接入層機房及核心層機房的“橋梁”，主要承擔著機場具體區域的業務，其供電可靠性對機場各弱電信息系統的運行有著重大影響。因此，UPS供電方式可以選擇“1+1”并聯系統供電。

（三）接入層機房

對于接入層機房，UPS供電方式可以選擇較為簡單的單機供電方式，由于接入層機房數量一般較多，此種方式下UPS運行及維護數量較多，會增加后期運行維護工作量。因此，可以采用集中供電的方式，根據地理位置及每個機房負載情況，將4～5個機房劃為一組，統一由單臺UPS設備集中供電，這樣不僅可以減少UPS設備運行維護的數量，還可以提高UPS設備的負載率。

（四）弱電信息系統終端UPS供電方案及建議

除了對以上各級機房的UPS供電方案的選擇及建議，根據實際情況，對于關鍵信息系統的弱電終端，也需要考慮配置UPS設備提高其供電可靠性。下面以機場中較為常見的部分弱電信息系統終端為例，簡要介紹其部署UPS的必要性及其方案建議。

1.航顯系統終端

航顯系統是一種重要的通信工具，其主要功能是通過各種主流的顯示設備來向公眾發布航班信息、公告信息和服務信息等。它是機場與旅客之間進行溝通的重要途徑和窗口，因此，機場的航顯系統終端必須具備穩定性、可靠性和長時間運行的能力。航顯系統終端一般按區域可分為值機島航顯、登機口航顯以及樓內組合屏航顯。其一般由工控機、電子顯示屏組成，通過雙絞線進行數據傳輸。

為避免航站樓內市電出現波動或閃斷對航顯終端功能產生影響以及防止航顯終端設備因以上等原因損壞，建議對航顯系統終端采用UPS供電的方式。

對于值機島區域的航顯終端，由于其分布較為緊湊，為了減少后期運行維護的工作量以及節約成本，所以可以考慮按照值機柜臺順序或可辦理航空公司范圍，按照7-8個柜臺的數量采用集中供電，UPS供電方式可以選擇較為簡單的單機供電方式，若條件允許，也可以采用“1+1”并聯系統對其供電，進一步提高供電可靠性。

由于各登機口航顯終端分布較遠且負載較小，建議對其采用UPS單機供電的方式；組合屏航顯終端可按照每個組合屏為單位，采用UPS單機供電的方式。

2.離港系統終端

離港系統終端主要分布在值機島各值機柜臺以及各登機口柜臺。其一般包括主機、顯示器、打印機、掃描槍等設備。為避免航站樓內市電出現波動或閃斷對離港系統終端功能產生影響進而造成旅客誤機或航班延誤，建議對離港系統終端采用UPS供電。

對于值機島區域離港系統終端，可與值機島區域的航顯終端采用相同的UPS供電方式，若UPS容量較大，則可以與航顯終端使用同一UPS設備進行供電。

對于登機口區域離港系統終端，建議對其采用UPS單機供電的方式。此外，登機口其他弱電終端，例如內通系統終端、廣播系統終端等，都可以與離港系統終端使用同一UPS設備進行供電。

結束語

UPS供電系統是機場弱電信息系統穩定運行的基礎，機場運維人員應充分考慮各弱電信息系統的可靠性要求、運行等級、風險承受能力、應急恢復能力，并結合機場實際運行情況、財務情況等，為不同級別機房、系統、終端選擇最優的UPS供電方案。