闫文斌
民航山西空管分局 030031
引言：空中交通管制服务的不间断运行，决定了通导设备任何短暂性的供电中断都是难以承受的。STS静态切换开关对于保障空管设备供电的稳定可靠起着重要作用。本文介绍了STS设备的工作原理及特性，结合工作实践来分析空管系统STS设备选型的配置原则和要点。
摘要： STS 设备选型 配置原则
各地空管系统管制中心（航管楼）设备机房以及外台站使用的通信导航监视设备处于不间断运行状态，承担着为管制运行的各类重要数据及业务，这些IT类设备所允许的瞬间供电中断时间一般不超过15-20ms。如果出现超过0.02s（即一个周期正弦波）以上的瞬断故障时，就会导致设备运行中断。为提高UPS电源输出端的用电设备，尤其是单电源设备的供电可靠性，STS的配备起着重要的作用。
一、STS设备工作原理及其特性
STS（Static Transfer Switch）静态切换开关主要由智能控制板、高速可控硅、断路器构成，是一种可实现电源二选一自动切换的设备，其电路基本结构如图1所示。STS的切换时间数量级为毫秒（一般小于8ms），不会造成IT类负载断电。
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图1：STS电路结构图
STS设备主要有以下特点：
1)优选源与备选源均配置一组由反并联的可控硅组成的能够支持整个负载容量的静态切换开关。
2)系统切换前会逐相核实原导通的静态开关是否已经完全关断，即采用先断后通的切换方式，这样两路电源之间就不会出现并联情况。
3)系统配置有监控电路监视两路输入源，动态地逐相核实电压、频率是否超限以及是否出现了故障，即能否构成了STS的切换条件。
4)系统配置有机械互锁的手动维修旁路开关，便于技术人员对STS进行维修维护，但不会影响后级负载供电。
二、STS的运行机制及分类
从运行层面来看，首先STS具有两路输入电源。在电源发生故障的情况下，STS将自动由一路电源切换到另一路电源；其次，STS完全对称的电路结构使得系统可在优选源和备选源间自动切换；再次STS可兼容各类电源系统输出，即交流配电系统、UPS电源、柴油发电机组。但前提条件是STS的两路输入电源之间电压必须平衡、同步且相位相同。
对于空管系统来说，两路输入电源一般均引接自独立冗余配置的双UPS输出配电柜。
对于市面上主流的STS设备（伊顿、艾默生、施耐德等）来说，按照功率大小以及安装使用位置，可分为大功率STS（机柜式STS）及小功率STS（机架式STS）。这两类STS虽然切换原理相同，但其设备的结构和安装位置却不相同。
机柜式STS是一种3极（或4极）静态自动切换装置，该系统的功率等级范围为40A-1250A。对于空管供电系统而言，大型管制中心一般在设备机房配置此类STS设备。
机架式STS是一种单极或两极静态自动切换装置，该系统的功率等级范围为10A-64A，其中较常用的是16A的。对于空管供电系统而言，机架式STS用于为管制席位或机柜内的重要单电源设备提供冗余供电保障。
三、空管系统STS选型及配置原则
对于空管设备，应根据供电系统，特别是UPS设备的配置情况，结合设备运行实际情况合理配置STS，从而达到提高供电系统稳定性，投资效益最大化的目的。
根据《民航通信导航监视设施设备供配电配置指导材料》（IB-TM-2015-005）要求，对于管制中心（区域管制中心、终端管制中心）、一级、二级管制单位对应的航管楼、塔台应配置双总线UPS。并且明确要求，管制中心的设备机房宜配置STS，提高UPS供电的可靠性。前端无STS切换的UPS双总线系统供电的管制席位，宜配置一个小容量STS，向本席位单电源输入设备供电。
1、设备机房机柜式STS的选型依据
一般来说，在大型管制中心设备机房会配置一组或多组主、备机柜式STS，STS-A电源输出视为主选电源（即STS默认UPS1路为优选电源），STS-B电源输出视为备选电源（即STS默认UPS2路为优选电源）。配置需注意：
1）在双总线UPS输出端配置STS装置前应评估STS性能与两路电源主要参数的适配性。须确保两路UPS 输出电源总线同步，电源各主要参数的差异在STS可接收范围内，避免因电源不同步导致STS无法正常自动切换。
2）STS两路UPS输入源的同步较经济的办法可通过两套UPS设备的旁路为同一输入电源来实现（因为UPS逆变器输出和该UPS的旁路输出电源进行跟踪同步）。
3）同一STS输出端所接入的设备负载数量应适当，避免增大单点故障运行风险。
在对设备机房所辖用电设备进行供电配置时，要遵循以下原则，一是如果用电设备为双电源，两路电源输入应分别引自不同的 STS输出回路，从而形成负载双电源输入冗余的配置；二是如果用电设备为单电源，要考虑同一业务保障具有串联关系的各系统节点，例如空管自动化系统、转报系统等，一定要避免出现各串联关系的系统节点引入不同的供电回路，从而导致上述业务保障主备逻辑通路同时中断的风险。
2、设备机房机架式STS的选型依据
如果在双总线UPS供电前提下的设备机房或台站机房内未配置机柜式STS，那么机架式STS可实现重要节点或干线单电源设备的冗余供电配置。两路不同UPS输出电源经机架式STS输出后接入至单电源设备机柜（席位）或对应的PDU。
机架式STS对于前级两路UPS输入源和后级设备的配置要求和机柜式STS设备的注意事项基本一致。此外，配备机架式STS设备机房用电设备的接入原则为，双电源负载的两路电源输入不应从机架式STS引接，应分别引自不同的 UPS 输出总线；非重要的单电源设备的电源输入引自其中一路UPS输出总线；重要的单电源设备供电要从机架式STS引接。
四、总结
本文对供电系统中STS设备的选型配置进行了分析。在空管通信导航监视系统的更新改造，甚至机房建设中，在配置有STS静态切换开关的情况下，各类设备进行供电配置规划时，一定要把握以下原则，
一是单电源设备的电源输入应根据该设备的主用、备用或应急作用以及设备承载信息的相互替代关系进行选择，实现不同UPS 输出总线接入的交错冗余配置。
二是对于管制席位内的单电源设备，应考虑与临近席位或具有相互接管及备份作用的席位之间，分别接入不同的电源总线。
三是对于设备系统内部存在相互独立的具有冗余作用的子系统网络架构，不同子系统的单一电源设备应分别接入不同的电源总线，严格避免交叉混合导致各子系统设备同时失效的风险。
参考资料：
1、《民航通信导航监视设施设备供配电配置指导材料》（IB-TM-2015-005）
2、《民航华东空管局静态切换开关（STS）选型指导材料》