溫振華

(山西漳電大唐塔山發(fā)電有限公司，大同 037000)

0 引 言

在信息化發(fā)展背景下，發(fā)電廠均配置了自動(dòng)化系統(tǒng)，其運(yùn)行與應(yīng)用需可靠的電源提供保障。發(fā)電廠為自動(dòng)化系統(tǒng)配置雙路交流電源及電源切換裝置，在電源切換裝置應(yīng)用前，應(yīng)進(jìn)行可靠性測試，確保其符合雙路交流電源切換要求，實(shí)現(xiàn)冗余供電，保障發(fā)電廠正常生產(chǎn)。

1 發(fā)電廠自動(dòng)化系統(tǒng)電源切換裝置

為實(shí)現(xiàn)電源冗余的目標(biāo)，發(fā)電廠會(huì)在自動(dòng)化系統(tǒng)中配置雙路交流220 V電源，并在機(jī)柜內(nèi)安裝電源切換裝置。目前常用的電源切換裝置有以下三種：

(1)雙繼電器型

此類型的電源切換裝置配置兩個(gè)繼電器，利用該器件實(shí)現(xiàn)電源切換，切換電路如圖1所示。該裝置在發(fā)電廠自動(dòng)化系統(tǒng)的獨(dú)立裝置中應(yīng)用廣泛，具有故障少、操作便捷等優(yōu)勢，切換時(shí)間大于20 ms，且存在耗電較大、電壓檢測功能不完善等問題，可靠性偏低。

(2)靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)此類型的電源切換裝置屬于電源2選1自動(dòng)切換裝置，簡稱STS，運(yùn)行原理如圖2所示。在主電源正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)載與主電源連接；在出現(xiàn)故障時(shí)，負(fù)載會(huì)自動(dòng)連接至備用電源；待主電源正常運(yùn)行后，切回主電源，以此實(shí)現(xiàn)電源的不間斷切換。該裝置不能實(shí)現(xiàn)電氣隔離，阻礙其在發(fā)電廠的應(yīng)用，但其未來應(yīng)用前景較為廣闊，可通過技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)化解決電氣隔離問題，使其推廣普及[1]。

(3)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器

此類型的電源切換裝置可自動(dòng)完成電源切換，簡稱ATSE，運(yùn)行原理如圖3所示。在發(fā)電廠自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用中，ATSE通常利用接觸器或斷路器進(jìn)行電源切換，具有切換平穩(wěn)、可靠性較高等優(yōu)勢，且ATSE的開關(guān)配置機(jī)電聯(lián)鎖，支持延時(shí)控制、自投自復(fù)及手動(dòng)—自動(dòng)切換，滿足發(fā)電廠自動(dòng)化系統(tǒng)電源控制的多種工況，是發(fā)電廠應(yīng)用最為廣泛的電源切換裝置。但因ATSE屬于機(jī)械開關(guān)型式，該裝置易在電源切換過程中出現(xiàn)中斷供電現(xiàn)象，降低裝置可靠性。

2 發(fā)電廠自動(dòng)化系統(tǒng)電源切換裝置可靠性測試

基于自動(dòng)化系統(tǒng)對供電可靠性的要求，電源切換裝置的切換時(shí)間應(yīng)控制在20 s內(nèi)。為實(shí)現(xiàn)確保電源切換裝置滿足要求，應(yīng)對其進(jìn)行可靠性測試。文中以ATES為例，設(shè)計(jì)一種測試系統(tǒng)，以此總結(jié)電源切換裝置可靠性測試方法，為發(fā)電廠提供理論與實(shí)踐參考，進(jìn)一步提高發(fā)電廠的熱工自動(dòng)化水平。

2.1 可靠性測試方法

結(jié)合電源切換裝置運(yùn)行原理，發(fā)電廠可通過模擬負(fù)載方式，測試不同工況下的電源切換裝置運(yùn)行狀況，分析電源切換裝置的可靠性。就此，可靠性測試系統(tǒng)的原理如圖4所示。

結(jié)合上述原理，可靠性測試系統(tǒng)的硬件配置如下：(1)調(diào)壓器需配置2臺，輸入?yún)?shù)要求為交流220 V、輸出參數(shù)要求為0-300 V；(2)電流表與電壓表各配置3臺；(3)萬用表與示波器各1臺；(4)配置1套模擬負(fù)載，由工控計(jì)算機(jī)、電阻器、電容器及直流電源等部件組成，每個(gè)部件配置2個(gè)。在明確可靠性測試系統(tǒng)的硬件配置后，需設(shè)計(jì)相應(yīng)的系統(tǒng)功能，全面分析電源切換裝置的可靠性，具體測試功能如下：

2.1.1 電源參數(shù)檢測

在可靠性測試系統(tǒng)應(yīng)用前，技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)行輸入電源參數(shù)測量，確保自動(dòng)化系統(tǒng)與電源系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，避免其故障影響電源切換裝置的測試結(jié)果[2]。在電源參數(shù)檢測功能應(yīng)用中，技術(shù)人員首先切斷電源切換裝置，檢測輸入電源參數(shù)，檢測工具為電壓表、錄波器與電流表。在電壓表檢測中，要求兩個(gè)電源的電壓處于(220×90%)V-(220×110%)V的范圍；在錄波器檢測中，要求兩個(gè)電源的相位相同，頻率處于(50×98%)Hz-(50×102%)Hz的范圍內(nèi)；在電流表檢測中，要求電源電流測量結(jié)果為0A。上述參數(shù)均滿足要求后，方可進(jìn)行電源切換裝置可靠性測試。

2.1.2 失電切換

在確保自動(dòng)化系統(tǒng)與電源無故障后，技術(shù)人員可開啟電源切換裝置，測量輸出電壓u0，要求其與主電源的電壓u1相同；然后對主電源進(jìn)行失電切換，驗(yàn)證電源切換裝置的可靠性，具體驗(yàn)證流程如下：

(1)斷開開關(guān)主電源的開關(guān)1，觀察電源切換裝置是否能夠切換至備用電源。在該過程中，應(yīng)用錄波器檢測電源切換裝置的切換時(shí)間，要求其≤20ms；觀察模擬負(fù)載的變化，要求其各項(xiàng)參數(shù)處于正常范圍，工控計(jì)算機(jī)未出現(xiàn)宕機(jī)或復(fù)位現(xiàn)象；電源切換裝置進(jìn)行主電源故障報(bào)警。在電源切換裝置有效切換，且各項(xiàng)參數(shù)、現(xiàn)象滿足要求后，方可判斷電源切換裝置具備可靠性。

(2)閉合開關(guān)主電源的開關(guān)1，觀察電源切換裝置是否能夠切換至主電源。在該過程中，應(yīng)用錄波器檢測電源切換裝置的切換時(shí)間，要求其≤20 ms；觀察模擬負(fù)載的變化，要求其各項(xiàng)參數(shù)處于正常范圍，工控計(jì)算機(jī)未出現(xiàn)宕機(jī)或復(fù)位現(xiàn)象；電源切換裝置應(yīng)顯示主電源恢復(fù)運(yùn)行的信號。在電源切換裝置有效切換，且各項(xiàng)參數(shù)、現(xiàn)象滿足要求后，方可判斷電源切換裝置具備可靠性。

在上述驗(yàn)證過程中，因切換時(shí)間受峰值失電或零點(diǎn)失電的電壓影響，技術(shù)人員應(yīng)重復(fù)進(jìn)行測試，測試5次，選擇實(shí)驗(yàn)中切換時(shí)間的最大值作為最終結(jié)果。

2.1.3 電壓降低切換

在電源切換裝置可靠性測試中，技術(shù)人員可通過調(diào)壓器調(diào)節(jié)主電源的電壓，測試電壓降低時(shí)電源切換裝置的切換效果，測試流程如下：

(1)通過調(diào)壓器調(diào)節(jié)主電源的電壓，使其不斷降低，直到電源切換裝置切換至備用電源。在該過程中，記錄輸出電壓，要求該數(shù)值≥170 V；觀察模擬負(fù)載與工控計(jì)算機(jī)，要求同上；電源切換裝置應(yīng)顯示主電源故障報(bào)警。如電源切換裝置有效切換，且各項(xiàng)參數(shù)、現(xiàn)象滿足要求后，可判斷電源切換裝置具備可靠性。

(2)通過調(diào)壓器調(diào)節(jié)主電源的電壓，使其不斷升高，直到電源切換裝置切換至主電源。在該過程中，記錄輸出電壓，要求該數(shù)值≥180 V；觀察模擬負(fù)載與工控計(jì)算機(jī)，要求同上；電源切換裝置應(yīng)顯示主電源恢復(fù)運(yùn)行的信號。如電源切換裝置有效切換，且各項(xiàng)參數(shù)、現(xiàn)象滿足要求后，可判斷電源切換裝置具備可靠性。

2.1.4 備用電源檢測

在可靠性測試系統(tǒng)中，技術(shù)人員還需利用備用電源檢測功能，進(jìn)行電源切換裝置的測試，測試方案有主電源相同，即失電切換與電壓降低切換。

在失電切換中，測試流程如下：(1)將備用電源的開關(guān)2斷開，觀察電源切換裝置是否保持輸出不變。在該過程中，應(yīng)用電壓表測量輸出電壓，要求其與主電源電壓相同，觀察模擬負(fù)載與工控計(jì)算機(jī)，要求同上，電源切換裝置應(yīng)進(jìn)行主電源故障報(bào)警。(2)閉合備用電源的開關(guān)2，觀察電源切換裝置是否保持輸出不變。在該過程中，應(yīng)用電壓表測量輸出電壓，要求其與主電源電壓相同，觀察模擬負(fù)載與工控計(jì)算機(jī)，要求同上，電源切換裝置應(yīng)顯示主電源恢復(fù)運(yùn)行。在電源切換裝置未切換，各項(xiàng)參數(shù)、現(xiàn)象符合要求的基礎(chǔ)上，可判斷電源切換裝置具備可靠性。

在電壓降低切換中，測試流程如下：(1)通過調(diào)壓器調(diào)節(jié)備用電源的電壓，使其不斷降低，直到電源切換裝置進(jìn)行備用電源故障報(bào)警，測量此時(shí)備用電源的電壓，要求其≥170 V，并觀察模擬負(fù)載與工控計(jì)算機(jī)，要求同上。(2)通過調(diào)壓器調(diào)節(jié)備用電源的電壓，使其不斷升高，直到電源切換裝置呈現(xiàn)備用電源恢復(fù)運(yùn)行信號，測量此時(shí)的輸出電壓，要求其≥180 V，并觀察模擬負(fù)載與工控計(jì)算機(jī)，要求同上。在電源切換裝置未切換，各項(xiàng)參數(shù)、現(xiàn)象符合要求的基礎(chǔ)上，可判斷電源切換裝置具備可靠性。

2.2 可靠性測試結(jié)果

為驗(yàn)證設(shè)計(jì)可靠性系統(tǒng)的可行性與測試準(zhǔn)確性，以某發(fā)電廠熱控系統(tǒng)配置的電源切換裝置為研究對象，對其進(jìn)行可靠性測試，測試結(jié)果顯示，電源切換裝置的切換時(shí)間為14 ms，各項(xiàng)切換測試中的參數(shù)、現(xiàn)象均符合要求，可判斷電源切換裝置具備可靠性，說明可靠性測試系統(tǒng)具備可行性。同時(shí)，在發(fā)電廠機(jī)柜內(nèi)串聯(lián)調(diào)壓器，施加實(shí)際負(fù)載，測試電源切換裝置的切換時(shí)間，驗(yàn)證可靠性測試系統(tǒng)結(jié)果是否準(zhǔn)確[3]。測試結(jié)果表明，切換時(shí)間為14 ms，說明可靠性測試系統(tǒng)準(zhǔn)確性較高，可推廣普及。結(jié)論：綜上所述，發(fā)電廠自動(dòng)化系統(tǒng)電源切換裝置組成復(fù)雜，類型較多，發(fā)電廠可通過可靠性測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，確保電源切換裝置符合要求。在可靠性測試系統(tǒng)應(yīng)用中，發(fā)電廠可通過電源參數(shù)檢測、失電切換、電壓降低切換、備用電源檢測等功能，測試電源切換裝置的可靠性，保障自動(dòng)化系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。