空管台站传输和接入设备供电配置探讨

　　摘 要：民航空管近台一般有自建的传输接入网络设备，用于承载台站上的甚高频、雷达信号到本场的传输，且台站传输接入设备多使用直流屏和一次电源设备供电，若两套直流屏可以实现并接供电，可以有效提高设备供电的可靠性，文章通过分析直流屏和一次电源设备供电原理，确认了两者并接供电的可行性，同时针对空管台站传输接入设备的直流电源接入方案提出一些优化建议。

　　关键词：直流屏;一次电源;整流器并联;传输设备

　　引 言

　　随着民航业务的迅猛发展、航班量持续增加，空中交通管理部门运行压力大幅增加，雷达、VHF等重要设备十几秒钟的中断就可能对管制业务产生重大的影响。特别是在边远台站，雷达、VHF等设备都需要接入传输设备再通过其传输至机场航管楼，传输设备一旦停止工作将直接导致雷达、VHF等设备的信号中断;加之边远台站由于其特殊的地理位置市电可靠性较差，为减少市电中断所造成的损失和影响，保障设备持续供电，台站传输和接入设备都配置有直流屏或UPS作為二次电源。以贵州空管分局龙洞堡雷达站为例，台站-48 V直流电源有一次电源模块和艾默生直流屏，若能使这2种电源相互组合构成冗余系统配置，将提高设备的供电保障能力。本文以民航贵州空管分局龙洞堡雷达站为例分析直流屏与一次电源模块并联的可行性。并提出相关优化建议。

　　1 龙洞堡雷达站传输接入设备供电情况简介

　　龙洞堡雷达站传输接入设备供电示意图如图1所示。

　　龙洞堡雷达站有主备FA16两套接入设备，分别接入雷达和甚高频电台，龙洞堡雷达站至航管楼的传输分别有一套地面SDH光纤环网和一套空中的SDH微波环网，OSN1500光端机用于光纤环网的2M业务上下，Metro1000光端机用于微波环网的2M业务上下，两台光端机均为双电源接入，其余为单电源接入。

　　如图1所示(艾默生直流屏带有4节电池，一次电源模块不带电池)，当艾默生直流屏或者一次电源模块供电中断时，龙洞堡雷达站至航管楼业务均不会产生中断，但是主用FA16传输的甚高频信号接入斯密德内话1，而备用FA16传输的甚高频信号接入斯密德内话2，管制员一般使用斯密德1内话，当主用FA16设备供电中断时，若管制员使用的为龙洞堡雷达站电台，将使管制对话暂时中断(要使用龙洞堡电台需切换至斯密德2)，可能会对管制工作产生一定影响。对于边远台站，一般接入FA16均为单套设备，若设备突然断电可能对管制工作产生更大的影响。因此，若能将艾默生直流屏与一次电源模块并联或将艾默生直流屏市电交流输入改为UPS交流输入，将提高传输接入设备运行的安全性和可靠性。

　　2 艾默生直流屏与一次电源模块并联可行性分析

　　2.1 艾默生直流屏和一次电源模块并联的风险分析

　　艾默生直流屏和一次电源模块并联的风险主要有：

　　(1)两个直流供电设备提供的电压不可能完全一样，任一直流供电设备电压发生较大变化，若两者并联时可能会被反向充电，造成两台设备或直流屏电池的损坏。

　　(2)负载侧发生短路故障时，可能会同时影响两套设备的供电。

　　(3)直流屏电池是否会受到影响。

　　(4)两台直流电源并联接入时是否均流，若不均流会有怎样影响。

　　2.2 艾默生直流屏和一次电源模块供电原理简要分析

　　2.2.1 直流屏系统结构分析

　　为了分析两台设备能否并联，是否存在上述风险，应先对两台直流供电设备的系统结构和高频整流模块工作原理进行分析。艾默生直流屏硬件图如图2所示。

　　市电经交流配电分路进入各个整流模块，再经各整流模块整流得到-48V直流电，然后经过均流设施通过汇接进入直流配电，最后分多路提供给通信设备使用。正常情况下，系统运行在并联浮充状态，即整流模块、负载、蓄电池并联工作;整流模块除了给通信设备供电外，还为蓄电池提供浮充电流。当市电断电时，整流模块停止工作，由蓄电池给通信设备供电，维持通信设备的正常工作;市电恢复后，整流模块重新给通信设备供电，并对蓄电池进行充电，补充消耗的电量。

　　直流母排上接有负载熔断器和电池熔断器，以防止负载短路或电流过大时对电池系统造成毁坏，即在负载短路时因有熔断器的保护，不会对艾默生系统和电池造成毁坏。

　　贵州空管安装的艾默生直流屏，其过压告警设置为58.5 V，低压告警设置为45 V。

　　整流模块工作示意简图如图3所示。

　　主电路：交流输入电压经电网滤波、整流滤波得到220 V直流电压，通过高频振荡器和开关管将直流电压变换成高频方波电压，再经高频变压器隔离变换，输出所需振幅的高频电压，最后经过输出整流滤波电路，将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压。

　　控制电路：从输出端采样，经与设定标准(基准电源的电压)进行比较，然后去控制逆变器，改变其脉宽或频率，从而控制滤波电容的充放电时间，最终达到输出稳定的目的。

　　从图2中可以看出在输出整流电路中存在着单通二极管，当外界给接艾默生直流屏的负载并接一个-60 V左右直流电压时，因单通二极管的存在，不会对整流模块造成伤害。另外贵州空管安装的艾默生直流屏PS48120/1800一般安裝有4块整流模块，四个整流模块并联输入接入交流电，输出直流电，若整流模块没有电压单通保护，当一块整流模块因异常导致输出电压过大时，将导致其他3块整流模块逆向充电而损坏，由整流模块的工作示意简图和四个整流模块实际同时并联安装接入分析，在-48 V艾默生直流屏负载上并联一个-60 V左右的直流电源时不会对艾默生整流模块形成反向冲击造成损害。

　　因艾默生整流模块和蓄电池、负载并联，当在负载上并联一个直流电源(小于60 V)，且该直流电源输出电压大于艾默生直流电源输出电压时，由该直流电源对负载供电，并且对电池进行充电。

　　2.2.2 一次电源模块分析

　　一次电源模块背板视图如图4所示。

　　使用内置电源模块时，局方220 V输入母板的交流接线座插座，母板内部连线至4810-1电源模块，电源模块将220 V转换成-48 V输出至监控模块PSM-8，PSM-8输出至母板JT/JU/JB1/JB2。JB1与JB2用于连接电池，在一次电源不带电池时可以连接负载。

　　一次电源PSM-8监控模块功能：

　　(1)输入过压保护：交流输入过压至305±3 VAC时，模块告警并关机保护;当电压降至295 ±3 VAC以下时，模块可自动恢复工作。

　　(2)输入欠压保护：交流输入欠压至145±3 VAC时，模块告警并关机保护;当电压升至160 ±3 VAC以上时，模块可自动恢复工作。

　　(3)输出过压保护：直流输出过压至59.5±0.5 V时，模块告警并关机保护、锁死，以便保护用电设备。故障排除后重新启动。

　　(4)短路保护：整流模块有限流回缩或短路保护。当整流模块的输出端发生短路时，回缩电流≤4.0 A(为了防止短路损坏器件，输出电源加有过电流保护，发生短路时，输出电流回缩到一个很小的值)可自动恢复工作。4个负载接线柱分别对应有4个熔断保险，在发生短路时短路保护可以有效地保护一次电源模块。

　　单相交流进入一次电源模块时，首先经过EMI滤波电路，以防止交流输入线路中由于其他相关设备(如晶闸管整流设备)及闪电等造成的尖峰对整流模块造成危害。同时阻止模块开关调制过程中产生的高频干扰反灌给电网，交流输入回路中设有浪涌电流抑制电路，减小电源对电网的冲击，此外还有防雷措施可以大大提高电源的可靠性。整流模块采用了先进的低差自主均流技术，多个HD4810整流模块并机工作时，具有非常理想的均流性能，而且作为主模块的整流模块是通过比较任意产生的。当主模块因某种原因退出工作后，系统将自动再比较一个输出电流最大的模块作为主模块，重新调整输出电流，达到新的平衡。这样就避免了因为某个模块出现故障时造成系统崩溃。

　　一次电源模块的整流模块同艾默生直流屏整流模块一样均为高频开关电源设计，所以若在一次电源模块负载上并联一个-60 V左右直流电源，因单向导通设计10 V左右的压差不会造成对整流模块的反冲。

　　3 结 论

　　本文通过对艾默生直流屏和一次电源模块供电原理的分析可以得出以下结论：

　　(1)艾默生-48 V直流屏和华为一次电源模块均有输出过压和欠压保护，输出电压变化范围为(45 V～60 V)，正常情况下两者输出的直流电压均为-53 V左右，所以两者的直流输出压差不会超过10 V，该压差不会导致单通二极管的反向击穿。

　　(2)艾默生-48 V直流屏和华为一次电源模块均有相应的短路保护设施。

　　(3)两者整流模块均为高频开关电源，分析其AC-DC基本原理图，两者整流模块的-48 V直流输出均有防反冲功能，同时可以结合两者的整流模块在实际应用时均能并联接入来推测。

　　(4)艾默生整流模块、负载、艾默生电池、一次电源模块并联接入，当艾默生整流模块输出电压高于一次电源模块时，艾默生直流屏给负载供电，同时给电池浮冲，否则由一次电源模块给负载供电，给电池浮冲。正常空管配置的直流屏和一次电源模块的负载功率均能分别单独满足负载。若单独添加均流设备，因市场少有好的均流设备，若均流设备故障将可能导致整个传输接入网断电，风险过大不建议使用。

　　(5)艾默生-48 V直流屏和华为一次电源模块输出电压频繁小幅变化时可能导致电池频繁的小幅充放电而影响电池寿命，平常需做好电池维护。

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