静态转换开关在空管供电系统中的应用

王 伟

（中国民航空中交通管理局华东地区管理局 山东空管分局，山东 济南 100021）

0 引 言

为满足人们日益增长的出行需求，各民航企业也对自身航班数量做出了科学调整。在此发展背景下，优化民航空管系统应用、提升空管设备应用质量已成为民航企业长远发展的必要条件。但我国现阶段空管系统管理过程中，设备机房内有大量职能责任重、应用要求高且组成结构复杂的通导、气象设备，航班运输过程中相关设备需向管制员提供准确的雷达、传输与气象数据信息，以便管制员对航班航行全过程实施严格化管理。实际上，相关设备应用过程中可瞬间供电中断时间不足20 ms。只有在这些设备中积极应用静态切换开关进行管理，才能对空管供电系统进行供电控制优化，进一步提高空管设备运行效率，避免出现单电源设备供电问题。

1 静态转换开关应用原理分析

静态转换开关（Static Transfer Switch，STS）的主要作用是对两路电源供电系统进行电源供电切换，该设备应用主要为电源二选一的自动切换模式（如图1所示），无法实现双电路的共同应用。静态转换开关还具有一定的检测功能，能对两路交流电源构成的双总线供电系统进行初步检测，确保系统运行状态正常后再进行供电电源切换。当空管供电系统处于正常运作状态时，主电源一般会维持在标准电压范围内。而负载与主电源直接连接，具有高度紧密性，在静态转换开关应用中也扮演着相当重要的角色。一旦主电源部分出现应用问题，负载就会在联系作用下实现自动切换，借助静态转换开关完成备用电源的切换工作。当主电源故障解决后，负载也可凭借联系分析出主电源应用的正常状态，再借助静态转换开关的帮助切换回原有主电源。

图1 静态转换开关

我国现阶段所应用的静态转换开关中，电源切换工作普遍控制在8 ms以内，而且电源切换过程不会发生较大电力供应的波动导致发生IT类负载断电事故。但在空管供电系统中难免会出现一些较为极端的问题，例如相位差高达180°时静态开关转换系统应用效果也会发生明显变化。在180°相位差条件下，静态转换开关检测与自动切换时间明显缩短，既可以保证静态供电系统的供电不受影响，也能有效避免空管供电系统管理中不同相切换引发安全问题。

静态转换开关普遍遵循先断电后通电的原则，当主电源线路出现故障时，静态转换开关会先切断主电源连接后再由另一路向空管供电系统应用设备供应电力。当空管供电系统中设备出现短路问题时，静态转换开关也会采取切断电源的方式，避免故障问题向备用电源延伸，并在此基础上利用设备电源向其他应用设备进行供电。基于其负载切换迅速性考虑，我国各企业也将静态转换开关应用到了对供电可靠性要求极高的工作环境中，例如计算机中心、互联网数据中心等大型信息汇集点等。各民航企业也在自身空管供电系统中引进了静态开关转换技术，充分发挥其快速负载切换对空管供电系统故障问题的解决能力，有效防止主电源故障对空管系统整体运行造成严重破坏，也为相关设备的应用创造了更稳定、更优质的工作环境，实现高效交流供电[1]。

2 静态转换开关在空管供电系统中的应用分析

2.1 应用特点

静态转换开关中配置包含1个优选源与1个备选源，且两个线路都会配置一组反并联的可控硅，这样能够支持整个负载容量，是提升空管供电系统应用效果的有效方式。在将电流从优选源切换至备选源之前，静态转换开关会对原导通的静态开关进行检验，确保其完全关断后再进行备用通道的电力传输，避免因两个电源电路并联而影响空管供电效果。为保证静态转换开关应用效果，相关设备中会设置监控电路对两路输入源进行监控。一旦出现电压或频率超出最高限度范围，监控电路会立即做出故障判断，判定其达成静态转换开关切换条件后，自动开启电路转换。在静态转换开关中，也会配置机械互锁的手动维修旁路开关，为后续静态转换开关的检修与维护工作提供方便，不会对负载供电造成影响[2]。

2.2 运行机制

静态转换开关有两路输入电源，当优选电源发生故障时，可借助静态转换开关的作用完成优选电源电路到备选电源电路的切换。空管供电系统也会选用完全对称的电路结构，尽可能减小优选源与备选源之间的差异，提高自动切换后电流传输的适应性。在静态转换开关两路输入电源电压处于平衡同步状态且相位间不存在差异时，能达到兼容各类电源系统输出的效果，例如交流配电系统、不间断电源（Uninterruptible Power System，UPS）以及柴油发电机组等，都能获得良好的管控效果。对于我国现阶段空管供电系统中应用的静态转换开关，其优选与备选源都会接引双UPS输出配电柜（如图2示）。这类配电柜独立性较强，能在一定程度上为静态转换开关应用效果的发挥提供便利。

图2 UPS输出配电柜

目前，我国流通的静态转换开关设备型号有伊顿、艾默生、施耐德等[3]。结合实际功率、安装应用需求可划分为两大类，功率较大的静态转换开关又被称为机柜式静态转换开关，相应的机架式静态转换开关则是指功率较小的静态转换开关。结合我国空管供电系统中静态转换开关应用情况分析，机柜式静态转换开关设备在大型管制中心的设备机房较为常见，而小频率机架式静态转换开关多由一种单极或两极静态自动切换装置组成。总的来说，机架式静态转换开关的应用能为重要单电源设备提供更好的保障。

2.3 配置原则

正常情况下，为保障空管供电系统的应用效果，相关企业会在大型管制中心机房配置至少一组机柜式静态转换开关。使用STS-A与STS-B对优选源、备选源进行划分，一般优选源都默认为UPS1路。在静态开关选型与配置过程中，需遵循以下原则。首先对空管供电系统输出端的静态转换开关装置进行配置时，应考虑静态转换开关的实际应用效果，确保性能标准与两路电源主要参数适配性满足需求后才能进行合理化配置。在此过程中还要保证两路UPS输出电源总线同步，将电源各主要参数的差异严格控制在静态转换开关要求范围内，避免影响自动切换工作。其次为降低机柜式静态转换开关安装与应用过程中的成本消耗，空管供电系统管理人员可将两套UPS设备的旁路作为统一电源的输入端，也不会对静态转换开关的最终应用效果造成破坏。最后则是合理配置机柜式静态转换开关输出端的设备负载量，结合静态转换开关设备的特性进行合理规划，防范单点故障引起的空管供电问题。

我国部分空管供电系统会采用双总线UPS供电模式，但若设备机房或台站机房内并未配置机柜式静态转换开关，就需用到机架式静态转换开关来对重要节点或干线单电源设备进行冗余供电配置。当两路不同的UPS输出电源经机架式静态转换开关输出后，会传输到单电源设备机柜或对应的PDU内继续运作。从配置角度分析，机架式静态转换开关与机柜式静态转换开关在前级两路UPS输入源和后级设备上并无明显差别，不需要额外考虑差异消除。

3 静态转换开关应用故障分析

由于静态转换系统故障会给电负载带来严重的负面影响，最终影响空管供电系统的正常应用，因此系统管理人员必须尽快对故障问题进行排查，精确定位故障并分析故障产生原因，采取针对性措施进行高效解决与修复[4]。

3.1 输入电源部分的故障

静态转换开关运作过程中，如果出现指示灯不亮的情况，则证明两个电源均无电流输入，可能是输入电源部分发生故障。空管系统管理人员需要及时检查电压等是否出现异常，判断电源是否处于正常输入状态。此外，电压中断或变化频率过高的问题则由输入电源供电不足导致。在电源检查阶段，管理人员消除故障问题后还要合上电源与静态转换开关之间的开关，恢复正常运行状态[5]。

3.2 控制板部分的故障

当静态转换开关应用中出现控制板故障时，静态转换开关的输出回路不会出现异常，但输出过程会出现中断问题。一般情况下，管理人员会为空管供电系统设置备用控制板，在控制板故障时使用备用板进行门信号传输，保障静态转换开关的应用效果。

3.3 风扇部分的故障

管理人员需要定时使用热成像仪对静态转换开关的温度进行检测，判断是否存在风扇故障。当静态转换系统温度过高时，则可能存在风扇故障导致无法散热，这时管理人员需及时对故障风扇进行更换，避免过高的温度影响其他元器件的应用。

4 结 论

随着民航事业的发展，静态转换开关在空管供电系统的应用也越发常见，相关管理人员需要对其应用原理进行深入分析，探究故障问题发生原因并进行整改，从而提升静态转换开关的应用效率，提高空管供电系统的运行质量。