王士鵬

(中國(guó)民航工程咨詢公司 咨詢?cè)u(píng)審部, 北京 100621)

民航區(qū)域管制中心供電系統(tǒng)安全性研究

王士鵬

(中國(guó)民航工程咨詢公司 咨詢?cè)u(píng)審部, 北京 100621)

為了保障區(qū)管中心供配電系統(tǒng)的安全、可靠，結(jié)合民航區(qū)域管制中心供電系統(tǒng)工程實(shí)踐，按系統(tǒng)性思維針對(duì)電源質(zhì)量保證、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全、設(shè)備功能適應(yīng)、系統(tǒng)電磁安全、系統(tǒng)消防安全和系統(tǒng)運(yùn)行安全六個(gè)方面展開(kāi)分析、研究，針對(duì)其中關(guān)鍵參數(shù)、方案與措施給出探討與建議，以期為落實(shí)當(dāng)前民航安全能力建設(shè)提供咨詢服務(wù)。

區(qū)管中心；供電；安全

0 引言

我國(guó)地處亞洲東部，是連接歐亞兩洲重要的空中通道，空中交通服務(wù)的水平直接影響到國(guó)際、國(guó)內(nèi)航空業(yè)的運(yùn)作和發(fā)展。為使空中交通管制適應(yīng)民航飛行量的迅猛增長(zhǎng)，必須建立高度可靠的空管基礎(chǔ)設(shè)施，改善飛行管制手段，從而改變因空中交通管制原因制約飛行量增加、造成航班延誤的局面。我國(guó)北京、上海、廣州、成都、西安、沈陽(yáng)、烏魯木齊七大民航區(qū)域管制中心的相繼規(guī)劃、建設(shè)，就是“十五”以來(lái)進(jìn)一步深化我國(guó)空管體制改革和響應(yīng)當(dāng)前“一路一帶”政策需求的重大舉措，是使我國(guó)民航空中交通管理上水平、上規(guī)模的重要條件。這些區(qū)域管制中心(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“區(qū)管中心”)，不論已建成的還是即將開(kāi)工的，都會(huì)促進(jìn)空域結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，重新調(diào)整管制責(zé)任，減少現(xiàn)有管制區(qū)數(shù)量，充分利用自動(dòng)化系統(tǒng)提高空管保障能力和工作效率，保障空中交通安全，落實(shí)民航安全能力建設(shè)。

區(qū)管中心的建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，除現(xiàn)代化的管制大樓外，還包括引進(jìn)具有國(guó)際先進(jìn)水平的空中交通管制自動(dòng)化系統(tǒng)和相應(yīng)的先進(jìn)通信系統(tǒng)，以及電力保障系統(tǒng)等。而我國(guó)目前對(duì)這些系統(tǒng)的功能需求、系統(tǒng)組成、建設(shè)規(guī)模和標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等仍處于探索和小結(jié)階段。正因如此，一直作為民航運(yùn)輸?shù)挠篮阒黝}、空管工作的最高原則——安全，在此類(lèi)工程建設(shè)中就應(yīng)更顯突出。區(qū)管中心所有系統(tǒng)、設(shè)備安全可靠地運(yùn)行均應(yīng)建立在具有更安全可靠的供配電系統(tǒng)基礎(chǔ)之上。故從電氣工程設(shè)計(jì)角度講，如何使建設(shè)的區(qū)管中心供配電系統(tǒng)安全可靠是首要問(wèn)題。筆者結(jié)合自己參與過(guò)的區(qū)管中心實(shí)際工程及類(lèi)似工程中的研究和探索，初步認(rèn)為應(yīng)著重解決以下六方面：電源質(zhì)量保證，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全，設(shè)備功能適應(yīng)，系統(tǒng)電磁安全，系統(tǒng)消防安全和系統(tǒng)運(yùn)行安全。希望同行們批評(píng)指正，期望本文有助于我國(guó)民航此類(lèi)工程建設(shè)。

1 電源質(zhì)量保證

1.1 用電負(fù)荷組成及性質(zhì)

為了實(shí)現(xiàn)區(qū)管中心的功能需求，工程建設(shè)的核心問(wèn)題在于建立空管自動(dòng)化系統(tǒng)，而該系統(tǒng)本質(zhì)上是利用計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)對(duì)飛行和管制的相關(guān)信息不斷地進(jìn)行采集、分析、處理和分發(fā)[1]?？梢?jiàn)，最重要的用電負(fù)荷主要是由計(jì)算機(jī)為主組成的民航專(zhuān)業(yè)設(shè)備。 除此之外，整個(gè)區(qū)管中心還有與民航專(zhuān)業(yè)設(shè)備配套的動(dòng)力和照明負(fù)荷等。

1.2 用電負(fù)荷等級(jí)劃分

根據(jù)國(guó)家規(guī)范，區(qū)管中心為一級(jí)供電用戶，其中一級(jí)負(fù)荷和一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷占較大比例。

民航專(zhuān)業(yè)設(shè)備根據(jù)區(qū)管中心用電負(fù)荷的組成及性質(zhì)，將區(qū)管中心各用電負(fù)荷結(jié)合其允許中斷供電時(shí)間再行細(xì)劃等級(jí)更有利于供配電的安全和經(jīng)濟(jì)。筆者建議分為以下四類(lèi)：

第一類(lèi)負(fù)荷：特一級(jí)負(fù)荷，主要包括民航專(zhuān)業(yè)設(shè)備機(jī)房和管制大廳內(nèi)計(jì)算機(jī)類(lèi)的民航專(zhuān)業(yè)設(shè)備，以及這些場(chǎng)所的應(yīng)急照明等；

第二類(lèi)負(fù)荷：一級(jí)負(fù)荷中的重要負(fù)荷，主要包括民航專(zhuān)業(yè)設(shè)備用房、管制大廳以及維修民航專(zhuān)業(yè)設(shè)備軟、硬件場(chǎng)所的動(dòng)力、照明、消防和保安監(jiān)控等負(fù)荷；

第三類(lèi)負(fù)荷：一級(jí)負(fù)荷，主要包括公用專(zhuān)業(yè)技術(shù)用房的照明和動(dòng)力等負(fù)荷；

第四類(lèi)負(fù)荷：上述以外的其它負(fù)荷，主要包括區(qū)管中心生活、衛(wèi)生用房的照明和動(dòng)力等負(fù)荷。

1.3 用電負(fù)荷對(duì)電源方式及質(zhì)量的要求

第一類(lèi)負(fù)荷：由于民航專(zhuān)業(yè)設(shè)備是由計(jì)算機(jī)性質(zhì)設(shè)備組成，而據(jù)有關(guān)資料表明[2-3]：對(duì)于連續(xù)使用的計(jì)算機(jī)都裝有高速欠壓保護(hù)電路，當(dāng)計(jì)算機(jī)電源輸入端欠壓時(shí)計(jì)算機(jī)依靠貯存在濾波器電容中的能量維持工作約10ms(工頻的半個(gè)周波)，也即斷電時(shí)間小于10ms時(shí)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。據(jù)此，區(qū)管中心的供電電源質(zhì)量按A級(jí)保障[4]應(yīng)是沒(méi)有問(wèn)題的，尤其對(duì)于小于5ms電源中斷時(shí)間的要求已很?chē)?yán)格，其實(shí)就是為第一類(lèi)負(fù)荷建立不停電電源系統(tǒng)。此類(lèi)負(fù)荷對(duì)應(yīng)的電源方式建議采用“兩路獨(dú)立市電+柴油發(fā)電機(jī)組+不間斷電源(UPS)”方案。

第二類(lèi)負(fù)荷：根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《供電規(guī)范》)對(duì)供電電源質(zhì)量的要求即可，允許中斷供電時(shí)間要求不超過(guò)15s，對(duì)應(yīng)的電源方式建議采用“兩路獨(dú)立市電+柴油發(fā)電機(jī)組”方案。

第三類(lèi)負(fù)荷：根據(jù)《供電規(guī)范》對(duì)供電電源質(zhì)量的要求即可，對(duì)應(yīng)的電源方式建議采用“兩路獨(dú)立市電”方案。

第四類(lèi)負(fù)荷：根據(jù)《供電規(guī)范》對(duì)供電電源質(zhì)量的要求即可，對(duì)應(yīng)的電源方式建議采用“兩路市電切換后單回電纜線路配電”方案。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全

2.1 電源方案

2.1.1 供電電源組成

區(qū)管中心整個(gè)電源系統(tǒng)可分為主電源系統(tǒng)與應(yīng)急電源系統(tǒng)，應(yīng)急電源系統(tǒng)由柴油發(fā)電機(jī)組和UPS組成。

2.1.2 主電源系統(tǒng)

指兩路獨(dú)立市電通過(guò)電源外線到達(dá)區(qū)管中心變電站后，利用高壓側(cè)單母分段斷路器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，互為100%熱備份。

2.1.3 應(yīng)急電源系統(tǒng)

若是柴油發(fā)電機(jī)組：建議采用一主一備聯(lián)機(jī)模式。

啟動(dòng)條件：兩路市電均失電并延時(shí)后，兩套機(jī)組同時(shí)快速自啟動(dòng)。

帶載條件：任一套機(jī)組達(dá)到額定值后就先投入供電狀態(tài)，另一套機(jī)組啟動(dòng)成功后暫時(shí)熱機(jī)等待；

先投入的機(jī)組考慮到油機(jī)與UPS兼容性應(yīng)分兩步帶負(fù)荷，利用ATS首先向第二類(lèi)用電負(fù)荷(感性負(fù)荷)供電，然后再向第一類(lèi)負(fù)荷(帶民航專(zhuān)業(yè)設(shè)備的UPS內(nèi)的輸入濾波器呈高容性)供電；確保此機(jī)組帶載全部成功后，熱機(jī)等待的另一套機(jī)組才可停機(jī)。

若是UPS：采用“雙輸入雙輸出100%熱冗余+公共旁路”的聯(lián)機(jī)模式對(duì)第一類(lèi)負(fù)荷供電，具體為：設(shè)置2組UPS裝置，每組UPS均由2臺(tái)同容量的UPS按功率均分方式并聯(lián)運(yùn)行。運(yùn)行方式：正常運(yùn)行時(shí)每組UPS帶一半負(fù)荷，兩組并聯(lián)運(yùn)行，互為100%熱備份；每組UPS中的每臺(tái)UPS容量相同，兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行，互為100%熱備份。任一組UPS故障時(shí)自動(dòng)切換至另一組UPS供電，任一組UPS中的一臺(tái)故障時(shí)自動(dòng)切換至另一臺(tái)供電；當(dāng)2組UPS均故障時(shí)自動(dòng)將所有負(fù)荷切換至公共旁路直接由市電供電。

2.1.4 電源系統(tǒng)間的備用切換和輸出輸入關(guān)系

第一種：兩獨(dú)立市電通過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)自動(dòng)切換，市電與油機(jī)電源通過(guò)雙電源自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)(ATS)自動(dòng)切換。

第二種：市電與油機(jī)電源的每對(duì)配電出線經(jīng)ATS自動(dòng)切換后的輸出，有的作為給第一類(lèi)負(fù)荷供電的UPS組輸入，有的作為給第二類(lèi)負(fù)荷供電的常規(guī)低壓配電柜輸入。

第三種：UPS輸入來(lái)自上級(jí)ATS的輸出，UPS輸出是下級(jí)靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(STS)的輸入。

2.2 配電方案

2.2.1 第一類(lèi)負(fù)荷

采用STS和精密低壓配電柜(PPC)間上下級(jí)配合實(shí)現(xiàn)。

2.2.2 第二類(lèi)負(fù)荷

市電與油機(jī)經(jīng)ATS后到常規(guī)低壓配電柜回路配出。

2.2.3 第三類(lèi)負(fù)荷

分別引自單母分段中一段母線的市電利用終端ATS切換后配出即可。

2.2.4 第四類(lèi)負(fù)荷

引自單母分段中任一段母線的一回路配出電纜即可。

3 設(shè)備功能適應(yīng)

3.1 設(shè)備選型應(yīng)滿足需求

3.1.1 一般原則

安全可靠，技術(shù)先進(jìn)，造價(jià)合理，節(jié)能環(huán)保。

3.1.2 重點(diǎn)設(shè)備

除按常規(guī)功能和高品質(zhì)選型外，還必須具有以下功能：

柴油發(fā)電機(jī)：能在15s之內(nèi)快速自啟動(dòng)。

UPS：之所以選UPS作為不停電電源是因其適合帶電容性和電阻性負(fù)載[5]，如計(jì)算機(jī)類(lèi)設(shè)備。

每臺(tái)UPS要具有維修旁路，每組UPS要設(shè)計(jì)有公共交流旁路，兩組UPS；兩組UPS通過(guò)旁路柜(MSS)由負(fù)載母線同步跟蹤器(LBS)控制，保證兩組輸出的電壓幅值、相位、頻率同步。每臺(tái)UPS滿載工作時(shí)間不應(yīng)小于15min。

ATS：要求為雙路輸入、單路輸出，帶旁路中性點(diǎn)重疊轉(zhuǎn)換功能，具有抽出式旁路隔離開(kāi)關(guān)。

STS：要求其內(nèi)裝有維修旁路開(kāi)關(guān)，具有不間斷自動(dòng)檢測(cè)、告警功能，轉(zhuǎn)換時(shí)間小于1/4周期(5ms)[6]。

PPC：要求內(nèi)置雙屏蔽隔離變壓器，具有回路識(shí)別和監(jiān)測(cè)功能，開(kāi)關(guān)能熱拔插。

3.2 設(shè)備容量應(yīng)科學(xué)配置

供電系統(tǒng)中每臺(tái)設(shè)備容量，除按規(guī)定的計(jì)算方法計(jì)算并考慮安全系數(shù)外，還應(yīng)特別注意上、下級(jí)設(shè)備間容量的匹配問(wèn)題。例如，區(qū)管中心電源系統(tǒng)的油機(jī)容量與其所帶的UPS容量之間，據(jù)有關(guān)資料研究一般應(yīng)按油機(jī)容量為UPS容量2倍以上的富余度考慮[7]。理由是，UPS采用的整流器功率較大，整流器可控硅的觸發(fā)和導(dǎo)通將影響油機(jī)電壓、電流波形，進(jìn)而影響UPS輸入電壓，同時(shí)再考慮電池充電功率，故應(yīng)適當(dāng)放大油機(jī)容量。否則，當(dāng)UPS啟動(dòng)或負(fù)載變化都將使油機(jī)速度降低，輸出電壓和頻率也會(huì)過(guò)低，當(dāng)油機(jī)電壓降到額定電壓85%時(shí)，UPS將跳機(jī)?？梢?jiàn)，設(shè)備容量是否科學(xué)配置直接影響到系統(tǒng)的供電安全。

4 系統(tǒng)電磁安全

只是供電系統(tǒng)自身安全并不能算安全，還應(yīng)要求該系統(tǒng)與其它系統(tǒng)之間在安全方面互不影響才算真正的安全。雷電、浪涌、靜電和電磁干擾給區(qū)管中心帶來(lái)了電磁安全問(wèn)題，而對(duì)于它們的防范應(yīng)是工程建設(shè)各專(zhuān)業(yè)統(tǒng)籌全面考慮的系統(tǒng)工程。防雷電、防浪涌和防靜電措施一般均按規(guī)范有考慮，本文重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)在工程設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)事先主動(dòng)加強(qiáng)防電磁干擾措施，以免供配電系統(tǒng)及其設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)民航專(zhuān)業(yè)設(shè)備及其運(yùn)行產(chǎn)生危害。

電磁干擾會(huì)降低區(qū)管中心內(nèi)大量電子設(shè)備的工作性能，甚至破環(huán)這類(lèi)設(shè)備，故應(yīng)從電磁干擾三要素(干擾源、干擾傳播途徑和敏感設(shè)備)入手進(jìn)行工程電磁兼容設(shè)計(jì)。而電磁兼容工程是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，必須在工程設(shè)計(jì)中主動(dòng)預(yù)防、整體規(guī)劃。電磁兼容控制策略和技術(shù)措施雖有很多，但針對(duì)區(qū)管中心，工程電氣設(shè)計(jì)時(shí)從屏蔽、接地、搭接、合理布線、電氣隔離以及設(shè)備選型等方面考慮是很有效的工程做法。比如，對(duì)于區(qū)管中心纜線選型時(shí)均要求為電磁屏蔽線，要求防電磁干擾的場(chǎng)所選用白熾燈照明，給民航專(zhuān)業(yè)設(shè)備配電的低壓配電柜選用帶雙屏蔽電氣隔離的PPC，機(jī)房配線時(shí)盡量不作環(huán)形配線等。

5 系統(tǒng)消防安全

整個(gè)區(qū)管中心消防措施相關(guān)專(zhuān)業(yè)按規(guī)范設(shè)計(jì)即可，本文不再贅述。在此只就從供電專(zhuān)業(yè)角度對(duì)其進(jìn)行主動(dòng)消防設(shè)計(jì)作以強(qiáng)調(diào)。

在電氣設(shè)備選型、方案設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)考慮防止電氣火災(zāi)的主動(dòng)措施。電氣設(shè)備選型時(shí)應(yīng)無(wú)油化，纜線應(yīng)為耐火阻燃型和銅芯纜線；母線分段柜、不同電源進(jìn)線柜下的電纜溝內(nèi)、電纜室內(nèi)外接口處應(yīng)采取防火分隔等。

另外，變電站自備油機(jī)的油箱、蓄電池，UPS蓄電池，EPS蓄電池，電容器柜中均含有或產(chǎn)生易燃、易爆物質(zhì)，故還應(yīng)按相關(guān)規(guī)范設(shè)置變電站火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，并應(yīng)與整個(gè)區(qū)管中心火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

6 系統(tǒng)運(yùn)行安全

區(qū)管中心供配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行，在系統(tǒng)投入運(yùn)行后運(yùn)行管理部門(mén)應(yīng)該制定相關(guān)組織、技術(shù)和急救措施等以保障，但在工程供電設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)主動(dòng)圍繞運(yùn)行安全在技術(shù)措施、裝備上給予先天保障。

至于技術(shù)措施，以上2～6節(jié)其實(shí)已作闡述；對(duì)于現(xiàn)代化區(qū)管中心，應(yīng)把變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)作為變電站的基本技術(shù)裝備，以便能對(duì)變電站運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、控制和協(xié)調(diào)，為變電站提供設(shè)備實(shí)時(shí)工況，以利及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷、維護(hù)電氣設(shè)備，提高設(shè)備運(yùn)行的安全性。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于我國(guó)民航首批建設(shè)現(xiàn)代化區(qū)管中心的供配電系統(tǒng)，其運(yùn)行的安全性首先應(yīng)保證從工程建設(shè)的源頭——設(shè)計(jì)做起，只有把該系統(tǒng)的安全性考慮科學(xué)、全面、合理了，才能談及區(qū)管中心運(yùn)行的安全性，才能保證區(qū)管中心發(fā)揮其現(xiàn)代化的作用。

[1] 高愛(ài)國(guó).現(xiàn)代化區(qū)域管制中心電源系統(tǒng)方案探討[J].空中交通管理，2004(2):20-21.

[2] 巫長(zhǎng)年.不停電供電技術(shù)-UPS[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986:72-76.

[3] 關(guān)中，劉世雄.計(jì)算機(jī)機(jī)房的建設(shè)與管理[M].西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1993：17-20.

[4] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50174-2008)[S].中國(guó)計(jì)劃出版社，2008.

[5] 林瑯.現(xiàn)代建筑電氣技術(shù)資質(zhì)考試復(fù)習(xí)問(wèn)答[M].北京：中國(guó)電力出版社，2002：2.

[6] 王其英，何春華.UPS供電系統(tǒng)綜合解決方[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007：45.

[7] 信息產(chǎn)業(yè)部.《通信用不間斷電源(UPS)》(YD/T1095-2008)[S].中國(guó)計(jì)劃出版社,2008.

[責(zé)任編輯、校對(duì)：張朋毅]

Research on the Safety of Power Supply System of Civil Aviation Area Control Center

WANGShi-peng

(Consultation & Evaluation Department, Civil Aviation Engineering Consulting Company of China, Beijing 100621, China)

To ensure the safety and reliability of power supply and distribution system of civil aviation area control center, the paper carries out the analysis and study from the six aspects of power quality guarantee, system structure safety, equipment function adaptability, system electromagnetic safety, system fire safety, and system operating safety in the light of systematic thinking, discussing about key parameters, schemes, and measures in an effort to offer consultation service to the current civil aviation safety capability construction.

civil aviation area control center; power supply; safety

2015-04-02

王士鵬(1971-)，男，陜西榆林人，注冊(cè)電氣工程師、注冊(cè)監(jiān)理工程師、高級(jí)工程師，從事民航建設(shè)項(xiàng)目評(píng)估、咨詢工作。

V351

A

1008-9233(2015)03-0030-04