空管臺站傳輸和接入設備供電配置探討

　　摘 要：民航空管近臺一般有自建的傳輸接入網絡設備，用于承載臺站上的甚高頻、雷達信號到本場的傳輸，且臺站傳輸接入設備多使用直流屏和一次電源設備供電，若兩套直流屏可以實現并接供電，可以有效提高設備供電的可靠性，文章通過分析直流屏和一次電源設備供電原理，確認了兩者并接供電的可行性，同時針對空管臺站傳輸接入設備的直流電源接入方案提出一些優化建議。

　　關鍵詞：直流屏;一次電源;整流器并聯;傳輸設備

　　引 言

　　隨著民航業務的迅猛發展、航班量持續增加，空中交通管理部門運行壓力大幅增加，雷達、VHF等重要設備十幾秒鐘的中斷就可能對管制業務產生重大的影響。特別是在邊遠臺站，雷達、VHF等設備都需要接入傳輸設備再通過其傳輸至機場航管樓，傳輸設備一旦停止工作將直接導致雷達、VHF等設備的信號中斷;加之邊遠臺站由于其特殊的地理位置市電可靠性較差，為減少市電中斷所造成的損失和影響，保障設備持續供電，臺站傳輸和接入設備都配置有直流屏或UPS作為二次電源。以貴州空管分局龍洞堡雷達站為例，臺站-48 V直流電源有一次電源模塊和艾默生直流屏，若能使這2種電源相互組合構成冗余系統配置，將提高設備的供電保障能力。本文以民航貴州空管分局龍洞堡雷達站為例分析直流屏與一次電源模塊并聯的可行性。并提出相關優化建議。

　　1 龍洞堡雷達站傳輸接入設備供電情況簡介

　　龍洞堡雷達站傳輸接入設備供電示意圖如圖1所示。

　　龍洞堡雷達站有主備FA16兩套接入設備，分別接入雷達和甚高頻電臺，龍洞堡雷達站至航管樓的傳輸分別有一套地面SDH光纖環網和一套空中的SDH微波環網，OSN1500光端機用于光纖環網的2M業務上下，Metro1000光端機用于微波環網的2M業務上下，兩臺光端機均為雙電源接入，其余為單電源接入。

　　如圖1所示(艾默生直流屏帶有4節電池，一次電源模塊不帶電池)，當艾默生直流屏或者一次電源模塊供電中斷時，龍洞堡雷達站至航管樓業務均不會產生中斷，但是主用FA16傳輸的甚高頻信號接入斯密德內話1，而備用FA16傳輸的甚高頻信號接入斯密德內話2，管制員一般使用斯密德1內話，當主用FA16設備供電中斷時，若管制員使用的為龍洞堡雷達站電臺，將使管制對話暫時中斷(要使用龍洞堡電臺需切換至斯密德2)，可能會對管制工作產生一定影響。對于邊遠臺站，一般接入FA16均為單套設備，若設備突然斷電可能對管制工作產生更大的影響。因此，若能將艾默生直流屏與一次電源模塊并聯或將艾默生直流屏市電交流輸入改為UPS交流輸入，將提高傳輸接入設備運行的安全性和可靠性。

　　2 艾默生直流屏與一次電源模塊并聯可行性分析

　　2.1 艾默生直流屏和一次電源模塊并聯的風險分析

　　艾默生直流屏和一次電源模塊并聯的風險主要有：

　　(1)兩個直流供電設備提供的電壓不可能完全一樣，任一直流供電設備電壓發生較大變化，若兩者并聯時可能會被反向充電，造成兩臺設備或直流屏電池的損壞。

　　(2)負載側發生短路故障時，可能會同時影響兩套設備的供電。

　　(3)直流屏電池是否會受到影響。

　　(4)兩臺直流電源并聯接入時是否均流，若不均流會有怎樣影響。

　　2.2 艾默生直流屏和一次電源模塊供電原理簡要分析

　　2.2.1 直流屏系統結構分析

　　為了分析兩臺設備能否并聯，是否存在上述風險，應先對兩臺直流供電設備的系統結構和高頻整流模塊工作原理進行分析。艾默生直流屏硬件圖如圖2所示。

　　市電經交流配電分路進入各個整流模塊，再經各整流模塊整流得到-48V直流電，然后經過均流設施通過匯接進入直流配電，最后分多路提供給通信設備使用。正常情況下，系統運行在并聯浮充狀態，即整流模塊、負載、蓄電池并聯工作;整流模塊除了給通信設備供電外，還為蓄電池提供浮充電流。當市電斷電時，整流模塊停止工作，由蓄電池給通信設備供電，維持通信設備的正常工作;市電恢復后，整流模塊重新給通信設備供電，并對蓄電池進行充電，補充消耗的電量。

　　直流母排上接有負載熔斷器和電池熔斷器，以防止負載短路或電流過大時對電池系統造成毀壞，即在負載短路時因有熔斷器的保護，不會對艾默生系統和電池造成毀壞。

　　貴州空管安裝的艾默生直流屏，其過壓告警設置為58.5 V，低壓告警設置為45 V。

　　整流模塊工作示意簡圖如圖3所示。

　　主電路：交流輸入電壓經電網濾波、整流濾波得到220 V直流電壓，通過高頻振蕩器和開關管將直流電壓變換成高頻方波電壓，再經高頻變壓器隔離變換，輸出所需振幅的高頻電壓，最后經過輸出整流濾波電路，將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需要的直流電壓。

　　控制電路：從輸出端采樣，經與設定標準(基準電源的電壓)進行比較，然后去控制逆變器，改變其脈寬或頻率，從而控制濾波電容的充放電時間，最終達到輸出穩定的目的。

　　從圖2中可以看出在輸出整流電路中存在著單通二極管，當外界給接艾默生直流屏的負載并接一個-60 V左右直流電壓時，因單通二極管的存在，不會對整流模塊造成傷害。另外貴州空管安裝的艾默生直流屏PS48120/1800一般安裝有4塊整流模塊，四個整流模塊并聯輸入接入交流電，輸出直流電，若整流模塊沒有電壓單通保護，當一塊整流模塊因異常導致輸出電壓過大時，將導致其他3塊整流模塊逆向充電而損壞，由整流模塊的工作示意簡圖和四個整流模塊實際同時并聯安裝接入分析，在-48 V艾默生直流屏負載上并聯一個-60 V左右的直流電源時不會對艾默生整流模塊形成反向沖擊造成損害。

　　因艾默生整流模塊和蓄電池、負載并聯，當在負載上并聯一個直流電源(小于60 V)，且該直流電源輸出電壓大于艾默生直流電源輸出電壓時，由該直流電源對負載供電，并且對電池進行充電。

　　2.2.2 一次電源模塊分析

　　一次電源模塊背板視圖如圖4所示。

　　使用內置電源模塊時，局方220 V輸入母板的交流接線座插座，母板內部連線至4810-1電源模塊，電源模塊將220 V轉換成-48 V輸出至監控模塊PSM-8，PSM-8輸出至母板JT/JU/JB1/JB2。JB1與JB2用于連接電池，在一次電源不帶電池時可以連接負載。

　　一次電源PSM-8監控模塊功能：

　　(1)輸入過壓保護：交流輸入過壓至305±3 VAC時，模塊告警并關機保護;當電壓降至295 ±3 VAC以下時，模塊可自動恢復工作。

　　(2)輸入欠壓保護：交流輸入欠壓至145±3 VAC時，模塊告警并關機保護;當電壓升至160 ±3 VAC以上時，模塊可自動恢復工作。

　　(3)輸出過壓保護：直流輸出過壓至59.5±0.5 V時，模塊告警并關機保護、鎖死，以便保護用電設備。故障排除后重新啟動。

　　(4)短路保護：整流模塊有限流回縮或短路保護。當整流模塊的輸出端發生短路時，回縮電流≤4.0 A(為了防止短路損壞器件，輸出電源加有過電流保護，發生短路時，輸出電流回縮到一個很小的值)可自動恢復工作。4個負載接線柱分別對應有4個熔斷保險，在發生短路時短路保護可以有效地保護一次電源模塊。

　　單相交流進入一次電源模塊時，首先經過EMI濾波電路，以防止交流輸入線路中由于其他相關設備(如晶閘管整流設備)及閃電等造成的尖峰對整流模塊造成危害。同時阻止模塊開關調制過程中產生的高頻干擾反灌給電網，交流輸入回路中設有浪涌電流抑制電路，減小電源對電網的沖擊，此外還有防雷措施可以大大提高電源的可靠性。整流模塊采用了先進的低差自主均流技術，多個HD4810整流模塊并機工作時，具有非常理想的均流性能，而且作為主模塊的整流模塊是通過比較任意產生的。當主模塊因某種原因退出工作后，系統將自動再比較一個輸出電流最大的模塊作為主模塊，重新調整輸出電流，達到新的平衡。這樣就避免了因為某個模塊出現故障時造成系統崩潰。

　　一次電源模塊的整流模塊同艾默生直流屏整流模塊一樣均為高頻開關電源設計，所以若在一次電源模塊負載上并聯一個-60 V左右直流電源，因單向導通設計10 V左右的壓差不會造成對整流模塊的反沖。

　　3 結 論

　　本文通過對艾默生直流屏和一次電源模塊供電原理的分析可以得出以下結論：

　　(1)艾默生-48 V直流屏和華為一次電源模塊均有輸出過壓和欠壓保護，輸出電壓變化范圍為(45 V～60 V)，正常情況下兩者輸出的直流電壓均為-53 V左右，所以兩者的直流輸出壓差不會超過10 V，該壓差不會導致單通二極管的反向擊穿。

　　(2)艾默生-48 V直流屏和華為一次電源模塊均有相應的短路保護設施。

　　(3)兩者整流模塊均為高頻開關電源，分析其AC-DC基本原理圖，兩者整流模塊的-48 V直流輸出均有防反沖功能，同時可以結合兩者的整流模塊在實際應用時均能并聯接入來推測。

　　(4)艾默生整流模塊、負載、艾默生電池、一次電源模塊并聯接入，當艾默生整流模塊輸出電壓高于一次電源模塊時，艾默生直流屏給負載供電，同時給電池浮沖，否則由一次電源模塊給負載供電，給電池浮沖。正常空管配置的直流屏和一次電源模塊的負載功率均能分別單獨滿足負載。若單獨添加均流設備，因市場少有好的均流設備，若均流設備故障將可能導致整個傳輸接入網斷電，風險過大不建議使用。

　　(5)艾默生-48 V直流屏和華為一次電源模塊輸出電壓頻繁小幅變化時可能導致電池頻繁的小幅充放電而影響電池壽命，平常需做好電池維護。

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