偏远灯塔能源配布方案研究

陈家齐 梁勇明

摘 要：现今随着国际政治、军事局势的快速变化，一带一路的建设，随之而来的是对航路的助航设施建设的快速推动。灯塔是为船舶航行安全提供助航的重要设施，在偏远的地理位置的灯塔更为重要，但存在能源系统的传统壁垒，本文提出针对偏远灯塔能源配布方案进行研究。经过试验，取得了良好的效果。但尚存在些许不足，如：环境影响因素导致及具体动态调整检测数据等方面尚需加强和强化，为后期智能、远程控制提供有力的经验积累和技术保障。

关键词：灯塔 能源配布方案 双UPS

1.前言

现今随着国际政治、军事局势的快速变化、一带一路的建设，随之而来的是对航路的助航设施建设的快速推动。灯塔是为船舶航行安全提供助航的重要设施，在远离大陆的地理位置的灯塔更为重要，但存在能源系统的传统壁垒，本文提出针对偏远灯塔能源配布方案进行研究。经过试验，取得了良好的效果。但尚存在些许不足，如：环境影响因素导致及具体动态调整检测数据等方面尚需加强和强化，为后期智能、远程控制提供有力的经验积累和技术保障。

2.总体目标

偏远灯塔地理位置特殊，维护保养条件苛刻，考虑到受到各种自然条件的限制，为了使灯塔能够稳定的发光，建设一套功能完善、性能稳定的能源系统，保障在极端情况下依旧可以最大程度的工作。因此，我们处于以上方面的考虑进行对偏远灯塔能源配布方案进行系统性研究与实践。明确需要能够实现灯器24小时不间断供电，保障灯器在夜晚正常发光，实现全天候助航目标；可以通过北斗系统进行数据的传输与应用，实现无地面网络的情况下实时或定时的了解灯器的运行信息；利用全数字化智能工频 UPS电源，保障灯器设备的正常运行，避免断电或突发事件造成灯器无法供电；双直流电源转换器及全自动切换器避免系统末级故障引起供电中断；利用LTS纯物理结构的交流转换系统实现双系统自动切换；利用温差原理降低蓄电池的环境温度，延长蓄电池的使用寿命，降低线路压降减少电路损耗。从以上几方面进行整合和优化，达到免维护、长周期、低成本、高可靠的远离中国大陆架的灯塔能源配布方案的实现。

3.灯塔能源系统配布方案现状及存在的问题

现存灯塔在能源系统中存在诸多不足和亟待解决的问题，诸如：当市电出现断电时，充电机停止工作，蓄电池为灯器继续供电，蓄电池没有放电控制，当蓄电池连续工作若干小时后就会出现过放现象，蓄电池出现过放后寿命会急剧缩短或导致损坏。又如：蓄电池长期处于高温环境，不符合蓄电池的安全运行标准，此种情况下会加剧电池的老化速度。再如：蓄电池与灯器距离过远，导致直流传输线压降太大，造成线损严重。如果蓄电池长期处于浮充状态，设备不能够自动定期维护蓄电池，使蓄电池的寿命急剧缩短。蓄电池放置位置于塔顶，重量和体积都增加了更换维护的难度，产生高昂的搬运费。因此，对远海灯塔的能源配布方案进行研究和试验，迫在眉睫，因此，提出对偏远灯塔能源配布方案进行研究。

4.电源配布系统方案

4.1对电池位置调整

调整蓄电池安放位置到塔底室内，必要时安装空调或循环风扇保障蓄电池在常温状态下运行，有效的延长蓄电池的使用寿命的同时减轻一线人员的劳动强度，使更换蓄电池的时候更容易操作。

4.2增加双UPS电源

为了增加系统供电的可靠性，利用两路独立的UPS供电单元，结合LTS自动切换的方式实现在线式供电结构。当运行过程中出现一路因UPS或的蓄电池故障等原因造成的供电故障，不会影响另一路UPS继续工作，保证了前端系统的可靠性。

UPS电源不同于普通充电器和逆变器的组合，它利用常用供电与储能供电切换的原理实现不间断供电转换，默认在线式工作方式，内置的充电器对蓄电池充电，浮充结束后充电机停止工作；当市电（如存在市电）断开后UPS启动内部DC-AC至输出端，当蓄电池电压下降到过放值时，UPS停止工作；当市电恢复工作时一方面输出供电，一方面启动蓄电池充电器为蓄电池充电。完善的保护电路防止蓄电池过充及过放，更加防止蓄电池长期处于浮充状态导致的电池老化。UPS电源是全新智能工频不间断电源，系统集高性能全数字化控制，双变换在线式结构，具有输入功因校正，先进的DSP控制技术，完善的保护措施，超强的网络管理，合理的人机对话界面等一系列精密成熟的设计，集可靠性、安全性、可维护性等更好性能新一代工频不间断电源。

两路独立的在线式UPS分别工作在静默状态，当市电断开，优选的UPS启动工作，当优选的UPS的蓄电池电量用尽时停止工作，LES检测到优选源供电异常，启动备用UPS开始供电，LTS切换到备选源继续工作。

4.3增加LTS负载转换器

LTS 是一种单极自动切换装置。LTS 在两路交流电源构成的双总线供电系统中承担着检测、切换的核心任务，应用于要求极高供电可靠性的高端不间断供电领域，如计算机中心、互联网数据中心、电信、金融数据中心及工业过程控制中心等，给设备提供稳定的、高质量的交流电源。

LTS 原理简图如下图所示，其中输入 1 为优选源，输入 2 为备选源，电子开关连接输入 1 部分为常闭，连接输入 2 部分为常开。

LTS功能操作：（1）手动切换是以变更优选源的方式进行的。按下前面板上 Transfer 按钮后，原先的优选源被变更为备选源，而原先的备选源则变更为优选源。此时，如果系统检测到新的优选源正常，并且两路源之间的相位差在同步窗口范围内，则系统切换到新的优选源供电；如果新的优选源异常，或两路源的相位差不在设定的同步窗口范围内，则 LTS会自动延迟直至满足切换条件时才执行切换。（2）自动切换优选源供电时，如果优选源发生异常，而备选源正常，并且两路源之间的相位差在设定的同步窗口范围内，则LTS 自动切换到备选源供电。这种切换方式称为自动切换。LTS 自动切换到备选源供电后，如果优选源又恢复正常并持续一定时间，且两路源之间的相位差在设定的同步窗口范围内，LTS 会再次回切到优选源供电，称为自动回切。如果两路源的相位差不在设定的同步窗口范围内，则 LTS 会自动延迟至两路源的相位差进入同步窗口范围时才执行自动回切。

4.4LTS供电模式

LTS 供电模式分为优选源供电模式和备选源供电模式。优选源供电模式，LTS通过电子开关将优选源提供给负载的供电模式，称为优选源供电模式。备选源供电模式 ，LTS 通过电子开关将备选源提供给负载的供电模式，称为备选源供电模式。

4.5双电源直流供电系统

双电源直流供电箱简称AC / DDC，是直流双电源自动转换单元，内置两路独立的AC/DC转换器，利用独立的转换单元使两台转换器接替工作，有效保障了系统末端的运行可靠性。

5.基于北斗卫星系统的通信协议辅助系统

北斗通信系统，由北斗通信天线和北斗通信主机组成，设备具有独立的通信端口，系统利用北斗收发天线实现定位与数据上传，实现灯器的远程数据传输；系统不借助地面通信信号，利用北斗用户机与指挥机的点对点传输模式进行数据传输，增强了数据的安全性与可靠性。

6.结论

灯塔是重要的助航设施，是否能够持续正常的发光，对于国家海上航行安全和国家经济贸易、海洋国防等诸多方面存在更为重要的意义；要保证灯塔正常稳定的发光，非常有必要对灯塔进行能源及能源结构等系统性的深度改造，通过在偏远灯塔进行上述改造和试验，取得了较为理想的效果、积累了大量的经验和数据，参考上述试验成果，可以指导未来海上灯塔能源系统配布方案积累经验。可以为延长养护周期、降低运行成本、提高航标设施可用性各类指标提供参考和借鉴意义。

参考文献：

[1]王翔.新能源磷酸铁锂电池在航标系统中的应用研究.集美大学硕士专业学位论文，2015.

[2]李海生.超级电容器的分类与优缺点分析.通信电源技术，2011，06.

[3]赵起文，齐国清.KODEN？GPS-1显示器设计[A].中国航海學会通信导航学术年会（1992）论文集[C]，1992年.