空管臺(tái)站傳輸和接入設(shè)備供電配置探討

　　摘 要：民航空管近臺(tái)一般有自建的傳輸接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，用于承載臺(tái)站上的甚高頻、雷達(dá)信號(hào)到本場(chǎng)的傳輸，且臺(tái)站傳輸接入設(shè)備多使用直流屏和一次電源設(shè)備供電，若兩套直流屏可以實(shí)現(xiàn)并接供電，可以有效提高設(shè)備供電的可靠性，文章通過(guò)分析直流屏和一次電源設(shè)備供電原理，確認(rèn)了兩者并接供電的可行性，同時(shí)針對(duì)空管臺(tái)站傳輸接入設(shè)備的直流電源接入方案提出一些優(yōu)化建議。

　　關(guān)鍵詞：直流屏;一次電源;整流器并聯(lián);傳輸設(shè)備

　　引 言

　　隨著民航業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展、航班量持續(xù)增加，空中交通管理部門運(yùn)行壓力大幅增加，雷達(dá)、VHF等重要設(shè)備十幾秒鐘的中斷就可能對(duì)管制業(yè)務(wù)產(chǎn)生重大的影響。特別是在邊遠(yuǎn)臺(tái)站，雷達(dá)、VHF等設(shè)備都需要接入傳輸設(shè)備再通過(guò)其傳輸至機(jī)場(chǎng)航管樓，傳輸設(shè)備一旦停止工作將直接導(dǎo)致雷達(dá)、VHF等設(shè)備的信號(hào)中斷;加之邊遠(yuǎn)臺(tái)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(shè)備持續(xù)供電，臺(tái)站傳輸和接入設(shè)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(dá)站為例，臺(tái)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(gòu)成冗余系統(tǒng)配置，將提高設(shè)備的供電保障能力。本文以民航貴州空管分局龍洞堡雷達(dá)站為例分析直流屏與一次電源模塊并聯(lián)的可行性。并提出相關(guān)優(yōu)化建議。

　　1 龍洞堡雷達(dá)站傳輸接入設(shè)備供電情況簡(jiǎn)介

　　龍洞堡雷達(dá)站傳輸接入設(shè)備供電示意圖如圖1所示。

　　龍洞堡雷達(dá)站有主備FA16兩套接入設(shè)備，分別接入雷達(dá)和甚高頻電臺(tái)，龍洞堡雷達(dá)站至航管樓的傳輸分別有一套地面SDH光纖環(huán)網(wǎng)和一套空中的SDH微波環(huán)網(wǎng)，OSN1500光端機(jī)用于光纖環(huán)網(wǎng)的2M業(yè)務(wù)上下，Metro1000光端機(jī)用于微波環(huán)網(wǎng)的2M業(yè)務(wù)上下，兩臺(tái)光端機(jī)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(jié)電池，一次電源模塊不帶電池)，當(dāng)艾默生直流屏或者一次電源模塊供電中斷時(shí)，龍洞堡雷達(dá)站至航管樓業(yè)務(wù)均不會(huì)產(chǎn)生中斷，但是主用FA16傳輸?shù)纳醺哳l信號(hào)接入斯密德內(nèi)話1，而備用FA16傳輸?shù)纳醺哳l信號(hào)接入斯密德內(nèi)話2，管制員一般使用斯密德1內(nèi)話，當(dāng)主用FA16設(shè)備供電中斷時(shí)，若管制員使用的為龍洞堡雷達(dá)站電臺(tái)，將使管制對(duì)話暫時(shí)中斷(要使用龍洞堡電臺(tái)需切換至斯密德2)，可能會(huì)對(duì)管制工作產(chǎn)生一定影響。對(duì)于邊遠(yuǎn)臺(tái)站，一般接入FA16均為單套設(shè)備，若設(shè)備突然斷電可能對(duì)管制工作產(chǎn)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(lián)或?qū)绷髌潦须娊涣鬏斎敫臑閁PS交流輸入，將提高傳輸接入設(shè)備運(yùn)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(lián)可行性分析

　　2.1 艾默生直流屏和一次電源模塊并聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)分析

　　艾默生直流屏和一次電源模塊并聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)主要有：

　　(1)兩個(gè)直流供電設(shè)備提供的電壓不可能完全一樣，任一直流供電設(shè)備電壓發(fā)生較大變化，若兩者并聯(lián)時(shí)可能會(huì)被反向充電，造成兩臺(tái)設(shè)備或直流屏電池的損壞。

　　(2)負(fù)載側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)，可能會(huì)同時(shí)影響兩套設(shè)備的供電。

　　(3)直流屏電池是否會(huì)受到影響。

　　(4)兩臺(tái)直流電源并聯(lián)接入時(shí)是否均流，若不均流會(huì)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(jiǎn)要分析

　　2.2.1 直流屏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

　　為了分析兩臺(tái)設(shè)備能否并聯(lián)，是否存在上述風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)先對(duì)兩臺(tái)直流供電設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和高頻整流模塊工作原理進(jìn)行分析。艾默生直流屏硬件圖如圖2所示。

　　市電經(jīng)交流配電分路進(jìn)入各個(gè)整流模塊，再經(jīng)各整流模塊整流得到-48V直流電，然后經(jīng)過(guò)均流設(shè)施通過(guò)匯接進(jìn)入直流配電，最后分多路提供給通信設(shè)備使用。正常情況下，系統(tǒng)運(yùn)行在并聯(lián)浮充狀態(tài)，即整流模塊、負(fù)載、蓄電池并聯(lián)工作;整流模塊除了給通信設(shè)備供電外，還為蓄電池提供浮充電流。當(dāng)市電斷電時(shí)，整流模塊停止工作，由蓄電池給通信設(shè)備供電，維持通信設(shè)備的正常工作;市電恢復(fù)后，整流模塊重新給通信設(shè)備供電，并對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，補(bǔ)充消耗的電量。

　　直流母排上接有負(fù)載熔斷器和電池熔斷器，以防止負(fù)載短路或電流過(guò)大時(shí)對(duì)電池系統(tǒng)造成毀壞，即在負(fù)載短路時(shí)因有熔斷器的保護(hù)，不會(huì)對(duì)艾默生系統(tǒng)和電池造成毀壞。

　　貴州空管安裝的艾默生直流屏，其過(guò)壓告警設(shè)置為58.5 V，低壓告警設(shè)置為45 V。

　　整流模塊工作示意簡(jiǎn)圖如圖3所示。

　　主電路：交流輸入電壓經(jīng)電網(wǎng)濾波、整流濾波得到220 V直流電壓，通過(guò)高頻振蕩器和開關(guān)管將直流電壓變換成高頻方波電壓，再經(jīng)高頻變壓器隔離變換，輸出所需振幅的高頻電壓，最后經(jīng)過(guò)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(jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)(基準(zhǔn)電源的電壓)進(jìn)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(shí)間，最終達(dá)到輸出穩(wěn)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(dāng)外界給接艾默生直流屏的負(fù)載并接一個(gè)-60 V左右直流電壓時(shí)，因單通二極管的存在，不會(huì)對(duì)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(gè)整流模塊并聯(lián)輸入接入交流電，輸出直流電，若整流模塊沒(méi)有電壓?jiǎn)瓮ūＷo(hù)，當(dāng)一塊整流模塊因異常導(dǎo)致輸出電壓過(guò)大時(shí)，將導(dǎo)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(jiǎn)圖和四個(gè)整流模塊實(shí)際同時(shí)并聯(lián)安裝接入分析，在-48 V艾默生直流屏負(fù)載上并聯(lián)一個(gè)-60 V左右的直流電源時(shí)不會(huì)對(duì)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(fù)載并聯(lián)，當(dāng)在負(fù)載上并聯(lián)一個(gè)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(shí)，由該直流電源對(duì)負(fù)載供電，并且對(duì)電池進(jìn)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(nèi)置電源模塊時(shí)，局方220 V輸入母板的交流接線座插座，母板內(nèi)部連線至4810-1電源模塊，電源模塊將220 V轉(zhuǎn)換成-48 V輸出至監(jiān)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(shí)可以連接負(fù)載。

　　一次電源PSM-8監(jiān)控模塊功能：

　　(1)輸入過(guò)壓保護(hù)：交流輸入過(guò)壓至305±3 VAC時(shí)，模塊告警并關(guān)機(jī)保護(hù);當(dāng)電壓降至295 ±3 VAC以下時(shí)，模塊可自動(dòng)恢復(fù)工作。

　　(2)輸入欠壓保護(hù)：交流輸入欠壓至145±3 VAC時(shí)，模塊告警并關(guān)機(jī)保護(hù);當(dāng)電壓升至160 ±3 VAC以上時(shí)，模塊可自動(dòng)恢復(fù)工作。

　　(3)輸出過(guò)壓保護(hù)：直流輸出過(guò)壓至59.5±0.5 V時(shí)，模塊告警并關(guān)機(jī)保護(hù)、鎖死，以便保護(hù)用電設(shè)備。故障排除后重新啟動(dòng)。

　　(4)短路保護(hù)：整流模塊有限流回縮或短路保護(hù)。當(dāng)整流模塊的輸出端發(fā)生短路時(shí)，回縮電流≤4.0 A(為了防止短路損壞器件，輸出電源加有過(guò)電流保護(hù)，發(fā)生短路時(shí)，輸出電流回縮到一個(gè)很小的值)可自動(dòng)恢復(fù)工作。4個(gè)負(fù)載接線柱分別對(duì)應(yīng)有4個(gè)熔斷保險(xiǎn)，在發(fā)生短路時(shí)短路保護(hù)可以有效地保護(hù)一次電源模塊。

　　單相交流進(jìn)入一次電源模塊時(shí)，首先經(jīng)過(guò)EMI濾波電路，以防止交流輸入線路中由于其他相關(guān)設(shè)備(如晶閘管整流設(shè)備)及閃電等造成的尖峰對(duì)整流模塊造成危害。同時(shí)阻止模塊開關(guān)調(diào)制過(guò)程中產(chǎn)生的高頻干擾反灌給電網(wǎng)，交流輸入回路中設(shè)有浪涌電流抑制電路，減小電源對(duì)電網(wǎng)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(jìn)的低差自主均流技術(shù)，多個(gè)HD4810整流模塊并機(jī)工作時(shí)，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(guò)比較任意產(chǎn)生的。當(dāng)主模塊因某種原因退出工作后，系統(tǒng)將自動(dòng)再比較一個(gè)輸出電流最大的模塊作為主模塊，重新調(diào)整輸出電流，達(dá)到新的平衡。這樣就避免了因?yàn)槟硞€(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)造成系統(tǒng)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(guān)電源設(shè)計(jì)，所以若在一次電源模塊負(fù)載上并聯(lián)一個(gè)-60 V左右直流電源，因單向?qū)ㄔO(shè)計(jì)10 V左右的壓差不會(huì)造成對(duì)整流模塊的反沖。

　　3 結(jié) 論

　　本文通過(guò)對(duì)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(jié)論：

　　(1)艾默生-48 V直流屏和華為一次電源模塊均有輸出過(guò)壓和欠壓保護(hù)，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(huì)超過(guò)10 V，該壓差不會(huì)導(dǎo)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(yīng)的短路保護(hù)設(shè)施。

　　(3)兩者整流模塊均為高頻開關(guān)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(shí)可以結(jié)合兩者的整流模塊在實(shí)際應(yīng)用時(shí)均能并聯(lián)接入來(lái)推測(cè)。

　　(4)艾默生整流模塊、負(fù)載、艾默生電池、一次電源模塊并聯(lián)接入，當(dāng)艾默生整流模塊輸出電壓高于一次電源模塊時(shí)，艾默生直流屏給負(fù)載供電，同時(shí)給電池浮沖，否則由一次電源模塊給負(fù)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(fù)載功率均能分別單獨(dú)滿足負(fù)載。若單獨(dú)添加均流設(shè)備，因市場(chǎng)少有好的均流設(shè)備，若均流設(shè)備故障將可能導(dǎo)致整個(gè)傳輸接入網(wǎng)斷電，風(fēng)險(xiǎn)過(guò)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(shí)可能導(dǎo)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(hù)。

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