...集团 高速铁路供电系统成套设备关键技术项目通过专家论证
徐原
【摘 要】为了给民航事业安全发展提供强有力的保障，目前我国空管设备大量采用国内外先进设施设备，且配置多种备份和冗余措置。空管设备的稳定运行存在一个不可或缺的前提——不间断的电力供应。本文将探讨切换电时，空管设备不间断供电的关键技术。
【关键词】空管供电；不间断切换；STS；UPS
0 引言
空管系统是空中交通管制的基石，若相关设备发生供电中断，将会给国家造成深重的灾难。对于这些一级负荷，要求市电系统发生线路故障或停电时，仍保证其不间断供电。为增加供电的可靠性和冗余度，线路中必须加设STS和UPS。STS的切换发生在主用输入断电或电压波动过大的情况下。UPS内部存在多条电力通路，当市电中断或UPS内部模块故障时，电力在不同通路之间切换。这些切换过程必须满足一定的条件，才能不对后级空管设备的运行产生影响[1-4]。
1 STS
STS可以实现两路电源的自动选择。正常情况下，主用电源的电压波形、频率、幅值在合理的范围内，后级设备一直连接在STS主用侧。当主用电源发生故障，STS首先检测备用电源的情况。若后备电源满足要求，STS将为后级设备选择另外一条内部通路，即切换至备用侧。若主用电源恢复正常，负载将再次切换至主用侧。由于采用先断后通的切换方式，STS能够实现不同输入电源之间的不间断切换，保障了后级单电源设备获得双母线形式的供电。
由CBEMA/ITIC curve 及IEC 62040/IEEE 446标准可知，小于10ms的电力供应间断，电子信息设备是完全可以接受的。STS主要由高速可控硅、智能控制板和断路器组成。空管保障系统中所选用的STS，均满足≤8ms的标准切换时间，切换过程不会导致后级设备的断电。
2 UPS内部通路
UPS不能将其他形式的能量转化为电能，因此并不是传统意义上的电源。它接在市电、柴油发电机组和电池组的后级，将输入的直流电和交流电转换为满足设备要求的交流电。由此可以将UPS视为一台提供两路电源不間断切换的设备。
首先，不间断切换体现在市电中断，整流器输出立即变为零，逆变器转由电池组提供电能。由电池的化学特性可知，其电压不会发生突变。故逆变器的输入不发生瞬断，同时UPS内部的控制电路也不受影响，UPS的输出能保持稳定。电池组的化学能源源不断地转化为负载所需的电能。
其次，不间断切换还体现在逆变器故障，UPS输出由逆变器转为静态旁路（静态开关）的过程。UPS内部的静态开关是一套完整的电路，能够为负载提供一条完整的电气通路，保证逆变器输出与静态旁路之间的顺利切换。该电路中的主要组成元件是无机械动作且无触点的电子开关，而正反向并联的可控硅SCR构成了主要的功率器件。必须满足电压幅值、波形、相位和频率均一致的条件，逆变器输出与静态旁路之间的切换才能不发生间断。
静态旁路的电源即市电，受上级供电设备、线路或并联的负载影响，其电压波形、相位、频率和幅值时刻发生着变化。为了保证在任意时刻，逆变器与静态旁路均能顺利切换，逆变器输出的电压波形必须与旁路市电时刻同步。若旁路市电的电源质量波动过大，逆变器的输出无法精确跟踪旁路市电，切换过程中后级设备将承受较高的电压冲击或发生断电。由此，需要定义可以被后级负载所接受的旁路电源波动范围：
1）相 位 差——±3°。
2）电压幅值——±10%额定电压（380V/400V/415V）；
3）频率幅度——±0.5%～±4%额定频率（50Hz或60Hz）；
若旁路市电电源同时满足上诉条件，逆变器与静态旁路之间将实现不间断切换。若不满足任意一条，则切换将不被允许，或者切换过程将导致电力瞬断。由此，将上诉三个条件称为“切换条件”。
3 结束语
空管事业的持续发展离不开稳定的电力供应，本文针对空管设备不间断供电问题做了详细的探讨，分析STS及UPS内部不间断切换的实现原理。只有合理选择供配电设备，并设计完备的方案，才能满足空管设备对供电的严格要求。
【参考文献】
[1]中国工程建设标准化协会信息通信专业委员会数据中心工作组.《数据中心供配电系统技术白皮书》[Z].2011.
[2]GB50052-95.《供配电系统设计规范》[S].机械工业出版社（1995），2-3.
[3]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，2010.10-15.
[4]王兆安，黄俊.《电力电子技术》（第四版）[M].机械工业出版社（2002），18-19.
[责任编辑：朱丽娜]
