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[文章介绍] 2016.11|徐伟,等:空中交通管制中心核心设备机房供电架构设计

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发表于 2016-12-13 11:18:42 | 显示全部楼层 |阅读模式

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空中交通管制的主要任务是:防止飞机在空中相撞,防止飞机同障碍物相撞,保证空中交通无阻和有序飞行。随着民用航空的飞速发展,民用航空空中交通流量倍增,空中交通管制中心面临的压力越来越大。

原有的空中交通管制方式已不能适应现在空管的要求。现有的空中交通管制方式对通信导航监视设备稳定性的要求越来越高,同时对供电可靠性的要求也越来越高,供电系统要求按容错系统配置,以保证异常故障和正常维护情况下,空中交通管制中心设备正常工作,核心业务不受影响。

中交通管制中心核心设备机房供电架构设计

1  供电负荷等级确定和电源输入部分要求

根据GB 50052 - 2009《供配电系统设计规范》第3. 0. 1条,确定空管核心设备机房供电负荷为一类负荷中特别重要的负荷。

因此两路市电电源需由两路独立的电源引入,两路电源不能同时受到破坏。此外,还需增设应急电源,通常采用后备柴油发电机系统为应急电源。

市电电源间、市电电源和柴油发电机间通过ATS(自动切换开关)进行切换,为数据中心内UPS、机房空调、照明等设备供电。

2  UPS配电部分架构确定

由于空中交通管制中心核心业务的重要性,需采用UPS双并机双母线的供电方案供电,才能满足空管自动化、通信、网络等设备高可靠性用电的要求。双母线供电系统有两套独立UPS供电系统(包含UPS配电系统),在任一套供电母线(供电系统)需要维护或故障等无法正常供电的情况下,另一套供电母线仍能承担所有负载,保证机房业务供电,确保空管核心业务不受影响。

3  整体架构设计

图1为某空中交通管制中心核心机房采用的UPS双并机双母线供电方案简图,只考虑空中交通管制中心核心设备UPS供电方案的架构。两路400 V市电输入电源由两路独立的10 kV电源经变压器变成400 V供给。增设两台柴油发电机组为应急电源。当一路市电停电时,由另一路市电供电。

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当两路市电停电时,由柴油发电机组供电。UPS供配电部分采用双并机双总线架构。UPS - 1、UPS - 2两套并机系统分别由两台单机组成,有效避免了单台UPS故障造成供电中断。

两套UPS并机系统共同组成双母线系统,消除了并机输出单点故障。双电源设备两路电源输入分别从两套UPS并机系统输出引入。单电源设备电源则由STS(静态切换开关,由电子晶闸管控制,实现两路电源切换的零中断)提供,STS的两路输入引自两套UPS并机系统的输出。这样在单套UPS并机系统维护和故障时都保证各空管核心设备的正常运行。



中交通管制中心核心设备机房供电架构实际应用及稳定性分析

根据某空中交通管制中心核心设备机房供电的具体需求, 采用更安全更可靠的UPS并机双母线冗余供电系统,根据该机房的实际情况,配置的某空中交通管制中心核心设备机房的供电设计方案见图2(中低压及UPS配电系统图)、图3(设备大厅STS配电系统图)、图4(管制大厅STS配电系统图)。

2.jpg

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1   具体供电设计方案

a. 中压配电系统(10 kV)为二路市电分段母线供电方式,设置有联络柜。

b. 低压配电系统由2套2 000 kVA低压配电系统组成,通过联络柜形成单母线分段供电方式。同时配置2台1 200 kW的柴油发电机组(并机系统)作为市电停电后的后备电源保障。

c. UPS供配电系统。

配置4台容量为400 kVA的12脉冲整流UPS,每2台(1 + 1)UPS组成一套并机系统,每台UPS配置120只12 V 180 Ah电池,4台合计480只。UPS1系统由UPS1 - 1和UPS1 - 2两台并机组成一组供电系统,两台互为冗余;

UPS2系统由UPS2 - 1和UPS2 - 2两台并机组成另一组供电系统,两台互为冗余。正常运行时每组UPS 各带一半负荷,当任意一组UPS 故障或线路故障时,该组UPS 的全部负荷自动切换由另一组UPS 承担。

在两套UPS并机系统的相互切换过程中,LBS负载总线同步跟踪控制器保证二者可以同频率、同相位。在它的控制管理下,如果其中一套UPS并机系统出现供电故障,具有自动跟踪控制功能的负载总线同步跟踪控制器和静态转换开关会让另一套UPS并机系统暂时承担全部负载的供电任务。在此期间,用户就可对出现供电故障的UPS并机系统进行脱机检修。

两套UPS并机系统分别配外置维修旁路,当所有UPS同时故障时,通过UPS旁路柜对设备进行供电,确保设备的供电保障。

d. STS供配电系统。

设备大厅设4台250 A的集中STS静态转换开关柜,每个集中STS静态转换开关柜输入端分别引自UPS1系统和UPS2系统的UPS并联输出柜,每台集中STS静态转换开关柜分别为设备大厅、监控室、总配线间、自动化测试平台提供工作用电。

双电源设备分别接不同的集中STS静态转换开关柜,单电源设备接其中一路即可。同时配置STS配电所需的STS输出工艺配电柜4台。

管制大厅设4台250 A的集中STS静态转换开关柜,每个集中STS静态转换开关柜输入端分别引自UPS1系统和UPS2系统的UPS并联输出柜,每台集中STS静态转换开关柜分别为管制大厅管制员席位、模拟控制室席位、运行监控室提供工作用电。

双电源设备分别接入不同的集中STS静态转换开关柜,单电源设备接其中一路即可。同时配置STS配电所需的STS输出工艺配电柜4台。

2   稳定性分析

采用该种供电设计方案的某空中交通管制中心核心设备机房严格根据A级机房标准建设,两条独立的供电线路,无单故障点,容错性极强,为从电力入口到关键负载的所有线路提供了全方位的冗余:中压配电系统为两路市电分段母线供电并设置联络柜。

低压配电系统通过联络柜形成单母线分段供电方式,同时配置2台柴油发电机组(并机系统)作为市电停电后的后备电源。

UPS供配电系统配置两套UPS并机系统,如果其中一套UPS并机系统出现供电故障,另一套UPS并机系统暂时承担起全部负载的供电任务。STS供配电系统中双电源设备分别接不同的集中STS静态转换开关柜。该种设计方案按容错系统配置,确保异常故障和正常维护情况下,空管设备正常工作,核心业务不受影响。


供电系统作为空中交通管制中心核心设备机房的基础建设,后期改造会非常困难,所以必须做好前期的规划。对整个供电架构的设计过程和施工过程都需要严格把控,做好空中交通管制中心机房供电系统的建设,才能最大限度地确保空管设备供电的高可靠性。


作者:
徐伟,中国民用航空西南地区空中交通管理局重庆分局,工程师。
何曾韬,中国民用航空西南地区空中交通管理局重庆分局,工程师。
本文有删减,全文载于《建筑电气》2016年第11期,详文请见杂志。版权归《建筑电气》所有。


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