空管VHF遥控系统供电方案研究与应用

一、引言

民航甚高频地空话音通信地面系统包括甚高频收发信机、信号传输部分、终端部分和监控部分，设备多采用技术成熟、性能可靠的进口或者国产设备，故障率并不高。反而是很多台站地理位置偏僻，基础设施建设滞后，自然灾害频发，经常出现VHF遥控系统因传输中断和设备掉电导致的VHF遥控系统故障或降级保障。

传输中断多是由于运营商线路中断导致，本文不做探讨。设备供电原因导致的地空通信中断虽然发生概率不高，但是一旦出现往往带来比较严重的后果，甚至导致台站失效。因此合理配置VHF遥控系统的供电部分就显得尤为重要。本文就VHF遥控系统设备功耗、UPS和电池组设计、供电配置现状与改进方案和设备供电接口等几个方面展开分析。

二、VHF遥控系统功耗分析

VHF遥控系统设备类型比较多样，本文以典型设备搭建实验平台，使用数字钳形表，对VHF设备电源线的火线进行测试，得到设备工作电流;使用万用表对设备供电电压进行测试，据功率计算公式P=UI，得到设备功耗，具体结果如表1所示。

另外，东进比选器SCV-200系列设备，AC输入时其标称功耗是80W，但其实际功耗与比选板数量有关;Cisco 交换机标称功耗30W。

根据表1的测试结果，我们很容易算出一个四信道共用系统电台的功耗：

VHF设备8台电台全部待机：

P0=76.3×8=610.4W

4个信道全部在发射状态，以高调制度的调制信号计算：

P1=76.3×4+344.44×4=1682.96W

考虑四个信道同时发射的极限状态，四信道VHF遥控台的VHF设备和配套网络传输设备总的功率消耗是：

P2=1682.96+30+45.78+100.28=1859.02W

考虑到不同的设备型号、配套附属设备、设备配置不同板卡、环境温度变化和运营商光端机接入等众多因素的影响，本文中将4信道VHF遥控台（不含KU卫星站）的供电需求按照2kW（峰值功率）计算。

三、VHF遥控台UPS和电池组配置分析

（一）UPS配置

VHF遥控台站多采用UPS输出接配电柜或者PDU的方式，如图1所示。

根据上节中计算结果，4信道VHF遥控台设备功耗约为2kW，假设UPS的標称视在功率是S（KVA），功率因数取80%，则至少需要UPS的功率至少为3KVA，即：

P3=S×cos=3×0.8=2.4kW>2kW

如果是六信道VHF台站，共用系统六个信道全部发射的功率是：

P4=344.44×6+76.3×6=2524.44kW>2.4kW

说明3KVA的UPS不能满足六信道共用系统同时发射的用电需求。应配置更大功率的UPS才能满足需求。

（二）电池组配置

以上计算UPS带载能力时使用的是负载功率极大值，即可以满足四个信道同时发射的要求，但是VHF遥控台的实际功耗和该台站的话务量有关：

A=C×t

其中，A：话务量，单位爱尔兰;C：呼叫次数，单位次;t：每次呼叫占用时间，单位小时。

通俗地讲，四个信道每小时电台发射的累积时长就是该共用系统的话务量。因为电台接收时候的功耗较低，可以近似认为和待机功率一样，我们在计算功耗时主要考虑电台发射即可。假设四信道频率配置是某个扇区的主频、备频、军民航协调频率130MHz、国际应急频率121.5MHz。在管制指挥的繁忙时段，连续测算一个小时，电台发射的话务量A=1。

则四信道电台在这一个小时的功率是：

P5=344.44×1+76.3×7=878.54W

台站设备功率之和是：

P6=P5+30+45.78+100.28=1054.6W

根据现行民航标准要求，要求市电断电后，蓄电池至少保持4小时的供电能力，假设台站配置16块12V的铅酸蓄电池。下面计算需要配置多少AH的蓄电池可以满足市电断电后，设备继续工作4小时的续航要求。

电池的实际放电电流：

A=（S×0.8）/（η×E临界）

电池容量：

AH=A/C

其中，A：放电电流;S：UPS电源标称输出功率KVA;cosф：UPS电源输出功率因数;η：UPS电源逆变器的效率（本文取0.95）;C：放电速率;E临界：蓄电池组的临界电压=10.5V×电池组中电池数量（在下图中根据具体放电时间查得）。

由于蓄电池在最初放电时端电压为13.5V～13.8V，而临界电压取10.5V，因此通过上述公式有：

A=1054.6/0.95×10.5×16=6.61A

通过查阅图2中蓄电池放电曲线，可以得知放电率C=0.2，则代入电池容量公式有：

AH=6.61/0.2=3.04AH

因为蓄电池的容量是不连续的，所以可以就近选择AH数量稍大的蓄电池，艾默生有38AH的电池可供配置，可以满足连续放电四个小时的要求。如果考虑设备扩容的需要，应该配置更大容量的蓄电池，比如65AH，100AH等规格。

如果UPS蓄电池组采用其他型号的电池组，应当具体分析其电池容量和放电曲线，再做出分析和计算。

四、VHF遥控系统供电现状和改造方案

图1中供电方案在UPS供电系统的输出端与负载间还有配电柜、断路器开关、保险丝和电力传输电缆。如果UPS、配电柜出现问题或者断路器跳闸时，负载就会掉电。

如果是简单的通过配置两台UPS来给设备供电，主机-从机型热备份方案仅具有容错功能，并可将总UPS供电系统的平均无故障工作时间（MTBF）提高到单机的2倍左右。直接并机冗余式配置方案同时具有容错功能和扩容双重调控功能。然而这些方案都仅仅解决了降低UPS供电系统故障率的作用，并没有完美解决供电系统的可维护性问题。

如图3所示，建立多冗余供电系统，分别给双电源负载、单电源冗余负载供电，通过STS为单电源负载的两路输入做切换，没有安装条件的台站也可以用逆变器逆变一路交流电出来给设备供电。此方案采用独立双母线，部分设备甚至做到了三母线设计。不但极大限度地降低了设备掉电的可能性，也对设备维护带来了极大的便利。

许多VHF遥控台安装在运营商基站内，市电引入多为农电，可靠性差。机房内运营商设备采用-48V直流供电，容量大，且稳定可靠，运营商将其作为设备主用电源设计。建议在台站现场原有UPS设备的基础上，增加直流供电设备，可作为VHF遥控台设备的备用电源使用，如图4所示。

台站VHF设备采用直流供电，除了提高系统可靠性之外，还能提高设备的用电效率。有相关资料表明，同一台设备在交流供电时，受到电源模块性能的影响，其效率约在50%-80%左右。而设备直接采用直流供电，其效率可以提高到90%以上，相应的设备的直流功耗也会低于交流功耗。

五、VHF遥控系统设备供电接口分析

在实际工作中，我们设计和分析设备供电时，多对图3中绿色区块进行冗余设计，对黄色和红色区块的分析较少。红色区块却是VHF遥控系统供电中最为重要的一环。VHF遙控系统的设备厂家众多，现以在用的VHF遥控系统设备供电接入情况为例进行分析，设备供电接口如表2所示。

表2中，电台、传输设备和比选器设备均有两路以上的供电输入接口，但是内话的终端设备和应急遥控盒作为VHF通信的终端设备，却只支持一路。

遥控盒是内话设备的重要备份，在供电接入时应和内话分开，引接独立电源。建议配置直流蓄电池或者高可靠性直流供电系统，保证紧急情况下遥控盒的正常可用。

六、结束语

本文系统分析了VHF遥控系统的供电配置，在VHF遥控系统的设计施工和日常维护过程中可以参考此文，以期合理配置供电设备，科学设计拓扑结构，有效提升供电安全，保证VHF地空通信的安全畅通。建议各空管保障单位在排查供电隐患时能与运营商沟通协调，保证安装在设备现场的运营商设备也有稳定可靠的供电配置。目前，VHF遥控系统中的许多设备都具有远程监控和操作维护的功能，许多供电设备也陆续开发出了此类功能，如何利用现有传输网络引接并建立起一套完整的供电设备监控网络是今后应当解决的问题。

当前形势下，空管设备国产化是VHF设备发展的重要趋势。在国产化的过程中，设备厂家可以根据系统运行现状进行针对性的开发和设计，特别是在供电接口的设计上应该考虑双路或者多路的供电接口设计。

作者单位：朱永振    民航甘肃空管分局综合业务部

参  考  文  献

[1]《甚高频地空通信地面系统第1部分：话音通信系统技术规范》MH/T4001.1-2006.

[2]《UPS用户培训手册》，EMERSON公司出版.

[3]曹雪虹编著.信息论与编码[M].清华大学出版社，

[4]华成英，童诗白编著.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社，