張未英

（山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 山西 太原 030006）

為了提高配電系統(tǒng)供電的可靠度及縮短因事故停電的電力中斷時(shí)間及復(fù)電時(shí)間，在現(xiàn)今的發(fā)電機(jī)配電系統(tǒng)中已越來越多的設(shè)計(jì)采用了加裝控制切換「正常/緊急」電源的自動(dòng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組與市電的自動(dòng)切換功能。發(fā)電機(jī)的自控系統(tǒng)主要通過自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)，自控系統(tǒng)通過自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)可實(shí)現(xiàn)兩路電源的快速帶載切換。

1 ATS自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)工作原理

自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器簡(jiǎn)稱為ATS，ATS主要用在緊急供電系統(tǒng)，將負(fù)載電路從1個(gè)電源自動(dòng)換接至另1個(gè)（備用）電源的開關(guān)電器，以確保重要負(fù)荷連續(xù)、可靠運(yùn)行。因此，ATS常常應(yīng)用在實(shí)現(xiàn)無人值守的發(fā)電機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中。ATS一般由兩部分組成：控制器和開關(guān)本體。

控制器主要用來檢測(cè)被監(jiān)測(cè)電源（兩路）工作狀況，當(dāng)被監(jiān)測(cè)的電源發(fā)生故障（如任意一相斷相、欠壓、失壓或頻率出現(xiàn)偏差）時(shí)，控制器發(fā)出動(dòng)作指令，開關(guān)本體則帶著負(fù)載從1個(gè)電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換至另1個(gè)電源，備用電源其容量一般僅是常用電源容量的20%～30%。ATS的控制器有兩種形式：一種由傳統(tǒng)的電磁式繼電器構(gòu)成；另一種是數(shù)字電子型智能化產(chǎn)品。它具有性能好，參數(shù)可調(diào)及精度高，可靠性高，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。而開關(guān)本體又有PC級(jí)（整體式）與CB級(jí)（斷路器）之分。

1）PC級(jí)。一體式結(jié)構(gòu)（三點(diǎn)式）。它是雙電源切換的專用開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、自身連鎖、轉(zhuǎn)換速度快（0.2 s內(nèi)）、安全、可靠等優(yōu)點(diǎn)，但需要配備短路保護(hù)電器。

2）CB級(jí)。配備過電流脫扣器的ATS，它的主觸頭能夠接通并用于分?jǐn)喽搪冯娏?。它是?臺(tái)斷路器加機(jī)械連鎖組成，具有短路保護(hù)功能，

2 ATS系統(tǒng)系統(tǒng)功能要求

2.1 一般特性

1）ATS系統(tǒng)基本上有3極和4極的分別，為有效縮減系統(tǒng)尺寸則要先依據(jù)需要被轉(zhuǎn)換的電纜數(shù)量進(jìn)行規(guī)劃。

2）在實(shí)際應(yīng)用中，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和相關(guān)的保護(hù)系統(tǒng)都要通過短路電流的短時(shí)沖擊耐受測(cè)試。

3）在運(yùn)行中，開關(guān)的通電接點(diǎn)要在各種環(huán)境下保持動(dòng)作自如，并且能夠自我清潔以提高此通電接點(diǎn)的接觸能力。

4）轉(zhuǎn)換開關(guān)通電接點(diǎn)的斷開與閉合必須快速動(dòng)作，并且與自動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)無關(guān)（通電接點(diǎn)的斷開與閉合速度與電動(dòng)及手動(dòng)切換操作無關(guān)）。

5）系統(tǒng)的位置和通電接點(diǎn)狀態(tài)應(yīng)不受環(huán)境振動(dòng)或供電電源的電壓波動(dòng)影響（系統(tǒng)位置的穩(wěn)定狀態(tài)無需電源供電=在穩(wěn)定位置沒有電源消耗）。

2.2 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的安全

1）轉(zhuǎn)換系統(tǒng)必須整合電氣及機(jī)械連鎖的控制，其目的是為了避免同時(shí)接通另一路電源而造成意外事故。

2）轉(zhuǎn)換系統(tǒng)必須在兩路電源之間以及進(jìn)線及出線端之間整合成安全斷開功能。

3）在沒有電源供電或在電氣指令失效的情況下，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)必須可以用手動(dòng)操作（在1，0或2位置皆可以）。

4）在手動(dòng)模式下，“自動(dòng)模式/手動(dòng)模式”的功能選擇器必須能抑制任何自動(dòng)控制指令。此外還必須可有配備附鑰匙的功能選擇器以確保安全地進(jìn)行操作模式的選擇。

5）轉(zhuǎn)換系統(tǒng)必須包含在0位的鎖定，如果需要還必須可以在3個(gè)位置的鎖定。

6）在進(jìn)入手動(dòng)操作模式時(shí)自動(dòng)模式或鎖定位置必須被禁止，在手動(dòng)操作（操作手柄已就位）中或在鎖定位置時(shí)，必須避免自動(dòng)模式被啟動(dòng)。

2.3 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的自動(dòng)控制

1）轉(zhuǎn)換系統(tǒng)必須包含正常/緊急轉(zhuǎn)換順序的自動(dòng)控制功能。轉(zhuǎn)換系統(tǒng)應(yīng)配備發(fā)電機(jī)控制（啟動(dòng)和停止操作）以便依照變壓器/發(fā)電機(jī)類型應(yīng)用的ATS運(yùn)行。

2）在自動(dòng)轉(zhuǎn)換流程圖中可以清楚地看到，電源正常可用狀態(tài)和轉(zhuǎn)換開關(guān)所在位置的指示。

3）轉(zhuǎn)換系統(tǒng)應(yīng)可以通過人機(jī)對(duì)話介面輕松進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。而進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)定程序必須通過密碼的安全驗(yàn)證。

4）轉(zhuǎn)換系統(tǒng)應(yīng)可以透過本地或遠(yuǎn)端控制方式來選擇優(yōu)先電源（主要電源）。

5）在主要和備用電源中，三相供電線路的檢測(cè)須保證安全監(jiān)視。

6）需有對(duì)電壓及頻率量測(cè)值進(jìn)行監(jiān)控和顯示的功能。

7）電壓和頻率的最大及最小限定值以及相關(guān)的回復(fù)值應(yīng)能設(shè)定以避免任何因檢測(cè)過程而觸發(fā)不正常的轉(zhuǎn)換。

8）相序監(jiān)測(cè)功能應(yīng)永久保證系統(tǒng)中兩路電源的相序是正確的。

9）正常/緊急電源轉(zhuǎn)換順序應(yīng)包含以下計(jì)時(shí)器：在啟動(dòng)主要電源中斷轉(zhuǎn)換順序前，主要電源中斷計(jì)時(shí)器將驗(yàn)證主要電源是否中斷；在切換前，轉(zhuǎn)換計(jì)時(shí)器（緊急電源可用計(jì)時(shí)器）將驗(yàn)證緊急電源是否穩(wěn)定；0位計(jì)時(shí)器（停留時(shí)間）是在轉(zhuǎn)換開關(guān)從1-2或2-1的轉(zhuǎn)換過程中動(dòng)作。這個(gè)計(jì)時(shí)器的延遲時(shí)間可以根據(jù)負(fù)載的感應(yīng)電壓釋放曲線而調(diào)整；停機(jī)計(jì)時(shí)器在發(fā)電機(jī)當(dāng)作備用電源的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中應(yīng)用，它可以確定當(dāng)負(fù)載切換回主要電源以后，發(fā)電機(jī)冷卻停機(jī)所需的時(shí)間。

10）通過確認(rèn)程序應(yīng)可以阻止系統(tǒng)再轉(zhuǎn)換操作（從緊急電源轉(zhuǎn)換到主要電源）。在選擇從備用電源轉(zhuǎn)換回主要電源時(shí)，只有透過按鍵或遠(yuǎn)端遙控接點(diǎn)信號(hào)確認(rèn)才可以轉(zhuǎn)換。

11）轉(zhuǎn)換系統(tǒng)應(yīng)便于加裝通訊設(shè)備（RS485 Jbus/Modbus通訊協(xié)定），以允許遠(yuǎn)端遙控轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

3 自動(dòng)控制系統(tǒng)中ATS開關(guān)的應(yīng)用

要從一路電源轉(zhuǎn)換到另一路電源時(shí)就需要使用轉(zhuǎn)換開關(guān)，通常用「正常/緊急」來表示此一功能。

轉(zhuǎn)換的概念主要應(yīng)用于2組電源間的轉(zhuǎn)換，其中1路作為主要電源而另1路則作為緊急電源或備用電源。

大多數(shù)安裝自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的場(chǎng)所都是為了當(dāng)主要電源故障時(shí)能轉(zhuǎn)換到另1備用電源緊急供電。

3.1 電/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換（見圖1）

圖1 電/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換示意圖

轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主要配置了緊急電源系統(tǒng)來保證系統(tǒng)安全供電。

在實(shí)際應(yīng)用中此種形式的供電方式是為了保證系統(tǒng)安全供電，并且保證與故障系統(tǒng)隔離。

3.2 電網(wǎng)/電網(wǎng)轉(zhuǎn)換（見圖2）

圖2 電網(wǎng)/電網(wǎng)轉(zhuǎn)換示意圖

此種形式的供電系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于照明、警報(bào)系統(tǒng)、煙霧偵測(cè)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、空氣壓縮機(jī)、升降機(jī)設(shè)備等。

4 發(fā)電機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中ATS的應(yīng)用

隨著機(jī)電產(chǎn)品的不斷數(shù)字化、集成化，其正在向一個(gè)性能優(yōu)良、運(yùn)行可靠、高精度的自動(dòng)化方向發(fā)展，ATS在供配電系統(tǒng)中得到了廣泛的使用，現(xiàn)在的通信中心機(jī)房，大多數(shù)為無人值守機(jī)房，ATS的手自一體轉(zhuǎn)換功能，替代了人工倒換電源帶來的很多不便，實(shí)現(xiàn)了機(jī)房雙回路供電終端電源自動(dòng)切換，有效地提高了作業(yè)效率，杜絕了人工倒換電源可能出現(xiàn)的安全隱患[1]。

ATS具有的短路、過載保護(hù)功能，過壓、欠壓、缺相自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能等，都具有較高的可靠性，有效地為設(shè)備安全運(yùn)行提供了一定保護(hù)。另ATS開關(guān)機(jī)械轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)壽命循環(huán)為5 000～8 000次，最小轉(zhuǎn)換動(dòng)作時(shí)間為1.5～4.0 s，和機(jī)房的發(fā)電機(jī)、UPS電源配合使用，很好的解決了通信、信號(hào)設(shè)備的不間斷供電（見圖 3）。

圖3 配電系統(tǒng)原理

系統(tǒng)投入使用時(shí)，ATS控制箱對(duì)市電電源進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)市電供電電壓出現(xiàn)異常時(shí)，包括電壓過高、電壓過低以及失相等故障時(shí)，智能控制器自動(dòng)報(bào)警啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組，將負(fù)荷切換至發(fā)電機(jī)，保證了負(fù)荷的正常用電，當(dāng)市電恢復(fù)正常供電時(shí)，經(jīng)延時(shí)判斷確認(rèn)后，將負(fù)荷切換至市電電源上并關(guān)閉柴油發(fā)電機(jī)。柴油發(fā)電機(jī)組供電同時(shí)退出，經(jīng)一定時(shí)間后機(jī)組自動(dòng)停機(jī)。整個(gè)過程為智能自動(dòng)控制，做到機(jī)房無人值守。

5 結(jié)語

隨著自動(dòng)控制系統(tǒng)在各行各業(yè)的應(yīng)用，對(duì)組成自動(dòng)控制系統(tǒng)的ATS的產(chǎn)品品質(zhì)要求也越來越嚴(yán)格，其產(chǎn)品可靠性尤為重要，轉(zhuǎn)換一旦失敗將會(huì)造成以下二種危害之一，其電源間的短路或重要負(fù)荷斷電（甚至短暫停電），其后果都是嚴(yán)重的，這不僅僅會(huì)帶來經(jīng)濟(jì)損失（使生產(chǎn)停頓、金融癱瘓），也可能造成社會(huì)問題（使生命及安全處于危險(xiǎn)之中）。因此，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都把自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器的生產(chǎn)、使用列為重點(diǎn)產(chǎn)品加以限制與規(guī)范。