UPS电源在民航空管设备中的应用

UPS电源在民航空管设备中的应用

卢佳封

（新疆空管局技术保障中心）

摘要：空管设备的稳定可靠是民航安全运行的基础，雷达设备、通信设备、自动化设备及网络设备等保证持续运转需要有可靠的不间断电源，若失去稳定的电力供应，可能会危及航空安全。UPS不间断电源可以在保证供电持续性的前提下完美的解决市电波动对空管设备的影响，故UPS不间断电源在空管设备中的应用十分重要。

关键词：空管设备、民航安全、市电、UPS不间断电源

0.引言

UPS电源是民航设备运行中不可缺少的供电装置，当UPS出现故障时会对民航的安全运行造成一定的影响，如某雷达站因ADC CARD板件虚告警造成UPS双机输出中断导致雷达、ADSB、VHF等设备自动关机，某地因操作不当使通信枢纽楼UPS双机输出中断造成转报等业务中断等，这些虽然对民航安全运行未造成实质性的影响，但从一定程度上也给我们了警示，UPS在安全运行中的的重要地位。

1、UPS基本概述

1.1不间断电源的起源

UPS，也被称为Uninterruptible Power Supply，是一种不间断电源，它起源于美国，在1972年尼克松访华时作为国礼带入中国[1]，之后通过技术研发人员的不断努力创新改进，创造出了形形色色、种类繁多的UPS，如艾默生、APC、伊顿EATON等品牌，目前新疆空管局主要使用的UPS型号为伊顿9395、9315及93E等。

1.2不间断电源简介

UPS电源之所以称为不间断电源，它是使用储能装置（例如蓄电池等）作为后备能源，在市电出现中断、谐波失真、频率抖动等问题时仍可以不间断的为用户提供持续、稳定、可靠交流电能的一种能量转换装置[2]。UPS能够持续的监视输入电源，消除输入电源中可能存在的问题，如电压波动、尖峰脉冲、各种干扰等其它异常情况。

如图一所示，输入的市电经整流器将交流电AC转换为直流电DC后又经逆变器将直流电DC转换为交流电AC，经过AC/DC与DC/AC的变换后，有效的消除市电中的电压干扰、频率波动和各种杂波。

图一

1.3 UPS工作原理

1.3.1 概括来说就是AC/DC、DC/AC的一个过程，通过可控硅或IGBT(绝缘栅极双极型晶体管)整流将交流市电转换为直流电，再经过逆变器通过PWM（脉冲宽度调制）技术将直流电转化为等效的正弦波交流电后供给后级负载[2]。

1.3.2如图二所示，UPS共有四种工作模式，分别为正常模式（蓝线所示）、电池模式（黄线所示）、旁路模式（绿线所示）、手动维护旁路模式（红线所示）。正常模式下，市电通过整流器、逆变器为输出至后级负载供电。当市电波动范围过大或市电中断时，UPS自动切换至电池模式供电，电池放电通过逆变器将直流电转换为交流电为后级负载供电。

当UPS系统出现过载或逆变器故障时，由两个反向并联的可控硅组成的静态旁路开关立即导通，系统自动切换至旁路模式由市电直接供电。当UPS主机系统出现故障，主路及静态旁路均无法输出后级设备出现断电情况，维护人员可以将其手动切换值手动维护旁路手动，此时状态为市电绕过UPS处理模块直接为后级负载供电。

图二

1.4 UPS分类

按照工作原理UPS可分为在线式UPS、后备式UPS及在线互动式UPS[3]。在市电异常时三种不同工作模式的UPS电源转换时间不同，在线式UPS切换时间为0ms，在线互动式切换时间为0.4ms,后备式切换时间为5ms。空管设备信息传输要求必须是连续不间断的，为避免因为电源切换造成模块短时间功率下降，引起数据异常情况，所以保障设备安全生产运行的UPS均为在线式。

2.UPS并机技术

由于民航单位的特殊性，按照《民航空管通信导航监视设施设备供配电配置指导材料》对于空管设备负载电源接入的要求，管制中心、航管楼全部采用双总线UPS供电模式，结合后级负荷容量的问题，对于重要设备运行场所UPS一般采用双总线并机输出模式,如图三所示。

图三

UPS并机就是通过自身的同步控制装置将多台UPS的频率、幅值和相位调整到正弦波过零点同步输出，为后端负载提供不间断电源的运行模式。

其原理为：两台UPS均由市电逆变器输出，平分负载共同承担保障，两台UPS根据自己输出的电流与系统平均电流的差异来调节输出电压，从而实现均流控制。当内部电路检测到其中一台UPS故障时，会切断自身输出，所有的负载将由另一台UPS承担[4]。

并机系统的两台UPS的相位、频率和幅值均需要相同以此保证两台UPS之间没有破环性环流的产生。UPS并联后，每台UPS输出电流能够均分负载。其中单台故障时不转旁路供电，而是将负载分配给其他UPS，只有并联系统中所有UPS的逆变器都停止工作时才能一起转到旁路工作。

3、UPS在空管设备中的应用

空管安全生产设备主要包括通信、导航、监视设备，其中甚高频、盲降及自动化系统，它们对于电力的要求是持续、稳定、可靠。UPS作为空管供电系统的关键设备，它可以提供不间断电源，当市电出现波动或者中断时可以保证设备供电的稳定、可靠。如果其发生故障会导致设备供电中断，自动化、甚高频等设备不可用，导致管制丧失指挥能力，影响飞行安全。

为保证空管各类设备电力供应的可靠性，在航管楼及区管中心这类重要场所采用两套UPS系统(共四台)双母线并联输出的方式，在容量方面每台UPS均可承担所有负载。为满足市电长时间中断UPS电池电压不足的，在UPS前级接入了两台油机，当市电短时间无法恢复时，启动油机可以保证后级安全生产运行负荷正常工作，同时还可以为UPS电池进行充电。

4、UPS运行维护

4.1 UPS运行环境要求

UPS的运行环境一般保持在20℃—30℃，相对湿度应保持在20％—80％，同时UPS安装时间不应安装在易受环境影响的房间内，对于UPS机房内使用的开关、照明灯具、插座等都应为防爆产品[5]。保持UPS供电连续可靠的蓄电池对温度要求较高，标准使用温度为25℃，平时不能超+15℃～+30℃，温度变化会对电池的容量及寿命造成影响，温度过低会降低电池的容量，温度过高会对电池使用寿命造成影响，因此UPS间应尽可能保持稳定、适宜的温度，防止温度有大的变化。

4.2 UPS主机维护

UPS主机维护要求，对于UPS的维护一般分为日维护、月维护及半年维护，在维护过程中需检查UPS显示面板中输入输出及参数是否正常、有无异常状态及告警信息同时检查运行环境是否符合UPS的运行要求。在月维护过程中需要对UPS运行的状态进行相应的分析，对电压、电流、负荷率等关键参数进行相应的记录。半年维护过程中需对UPS做全面的检查，检查其接地装置及各部件电气连接情况是否可靠、检测UPS主路及旁路的电压、电流等参数是否正常，同时对UPS进行放电测试。20KVA 以上 UPS 使用 10 年内，每两年需请厂家进行一次深度维护；10 年以上的，每年请厂家进行一次深度维护[6]。

4.3 UPS电池维护

电池维护要求，电池的维护应按照厂家的维护手册进行，定期使用内阻仪及电池容量测试仪对电池内阻及容量进行测量，生产保障中使用的单个蓄电池如果出现漏液、变形、内阻过大等不正常情况应及时进行相应的更换，当同一电池组中落后电池同时或累计达到整组电池的20%，应启动整组电池的更换工作。

5、结语

UPS电源可以为空管设备正常运行提供不间断且稳定的电力供应，同时还可以抵抗外界不稳定因素的干扰，有效的避免了未知的风险。同时电力供应的稳定可靠能够有效的延长相关空管设备的使用年限。在设备运行期间，我们需要注意UPS电源系统的维护工作，保证其处于相对稳定的环境中运行，从而发挥UPS电源在空管供配电系统中的作用。

参考文献

[1]孙博.UPS电源设备的原理与使用维护-《通信电源技术》

[2]农俏梅.UPS不间断电源的维护及维修实例-《视听》.2020

[3]杨广涛.浅谈UPS电源系统在热电厂的应用-《电子世界》

[4]李鹏飞.UPS电源在广播播控中心的应用及维护-《数字传媒研究》

[5]郭惠军.通信机房UPS电源的设计与维护思考-《光源与照明》

[6]《民用航空通信导航监视运行保障与维护维修规程》操作指导材料