黃樂(lè)

(湖南電器科學(xué)研究院有限公司，湖南長(zhǎng)沙，410009)

0 引言

伴隨著我國(guó)電力水平地不斷提升，人們對(duì)其提出更高的標(biāo)準(zhǔn)。而實(shí)際上，供電的連續(xù)性是電力質(zhì)量的關(guān)鍵評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)之一。針對(duì)部分重要的用電單位諸如醫(yī)院，軍事設(shè)施等重要場(chǎng)所，一旦失電會(huì)造成巨大損耗。 確保供電的連續(xù)性，一般會(huì)采取的手段即為供電對(duì)象提供主、輔各兩路電源，由此推動(dòng)了轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電器ATSE的發(fā)展。

1 ATSE的現(xiàn)狀與組成

雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)出現(xiàn)較早，相關(guān)的工作人員把電能轉(zhuǎn)變成能源之后，因?yàn)閷?duì)重要負(fù)載的供電存在一些電源間的轉(zhuǎn)換難題，而 ATSE常常會(huì)被運(yùn)用。ATSE通常就是由開(kāi)關(guān)本體以及控制器兩部分構(gòu)成。開(kāi)關(guān)本體接在主電路，是一個(gè)重要的ATSE的執(zhí)行單位，通常就是由接觸裝置、斷路裝置以及負(fù)荷開(kāi)關(guān)等裝置構(gòu)成，屬于ATSE的重點(diǎn)部分。其具備電氣以及機(jī)械的重要聯(lián)鎖，如此一來(lái)，就能夠避免常用電源以及備用電源在同一時(shí)間聯(lián)接。圖1為自動(dòng)電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)典型應(yīng)用示意圖。ATSE控制器能夠被用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電源(兩路)運(yùn)作情況，其原理框圖如圖2所示。一項(xiàng)技術(shù)新型、可靠程度較高的ATSE，要求開(kāi)關(guān)本體部分和控制器都能夠發(fā)揮充分的作用，任何一部分的不合理都將有損ATSE性能揮。

圖1 自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)典型應(yīng)用

圖2 雙電原轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制器的原理圖

2 ATSE的性能測(cè)試

2.1 試驗(yàn)電路

通常來(lái)說(shuō)，IEC60947.6.1標(biāo)準(zhǔn)對(duì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換器分類(lèi)描述如下：根據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置具備有無(wú)短路電流分?jǐn)嗄芰?short-circuitcapability)，能夠把它們進(jìn)一步劃分成PC級(jí)以及CB級(jí)，二者的區(qū)別就體現(xiàn)在其本體。PC級(jí)ATSE采取接觸器或負(fù)荷開(kāi)關(guān)作為重要的主開(kāi)關(guān)，可以進(jìn)一步連接、承載線(xiàn)路負(fù)載電流，無(wú)法切斷短路電流。CB級(jí)ATSE采取具有電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的塑殼式斷路器(或萬(wàn)能式斷路器)作為重要的開(kāi)關(guān)，此時(shí)不但可以連接、承載線(xiàn)路負(fù)載，同時(shí)還可以進(jìn)一步連通、分?jǐn)喽搪冯娏鳌，F(xiàn)如今，我國(guó)市場(chǎng)ATSE 產(chǎn)品可以劃分為如下四種，具體如下：

（1）由接觸器構(gòu)成；（2）CB級(jí) ATSE通常是由斷路器加機(jī)械連鎖構(gòu)成；（3）由兩個(gè)負(fù)荷開(kāi)關(guān)加電動(dòng)執(zhí)行裝置構(gòu)成；（4）PC級(jí)（一體式）的ATSE。從上述分類(lèi)不難得出，不管是PC級(jí)或CB級(jí)ATSE，動(dòng)作時(shí)都需要一定的電源功率，該測(cè)驗(yàn)系統(tǒng)充分地考量到各個(gè)產(chǎn)品需求，為契合各個(gè)ATSE在動(dòng)作期間中對(duì)控制電源的要求，采取輸出功率為20kVA的電源。

如圖3所示，試驗(yàn)電源回路主要涵括電源投切、電源轉(zhuǎn)換、試驗(yàn)電源換相切換以及測(cè)驗(yàn)電源斷相切換地部分。電源轉(zhuǎn)換部分包括兩臺(tái)等容量程控電源。三相輸出電源的相電壓大小能夠單獨(dú)進(jìn)行調(diào)節(jié)，各個(gè)相電源的輸出電壓取值都能夠迅速地獲得上升、下降以及保持功能，電壓的變化也能夠單獨(dú)進(jìn)行設(shè)置。A相、B相以及C相電源的輸出頻率常常在40至70赫茲左右，其分辨率也大致為0.01 Hz，在輸出電壓期間，能夠有效地實(shí)現(xiàn)頻率上升、下降以及保持功能；也能夠通過(guò)程控來(lái)調(diào)節(jié)頻率升降速率。對(duì)于試驗(yàn)電源換相切換來(lái)說(shuō)，其常常由兩臺(tái)接觸裝置組成。兩個(gè)接觸器的輸入端按照順序連接可編程電源的三相輸出端口，兩個(gè)接觸器的輸出端一極并聯(lián)，而第二，三極交叉聯(lián)結(jié)之后繼續(xù)傳輸出去。

圖3 實(shí)驗(yàn)電源回路

試驗(yàn)電源斷相部分常常通過(guò)三個(gè)單獨(dú)的接觸器構(gòu)成，各自聯(lián)結(jié)至測(cè)驗(yàn)電源換相切換部分的三處輸出端。電源轉(zhuǎn)換的三相經(jīng)過(guò)試驗(yàn)電源換相切換以及試驗(yàn)電源斷相切換之后，進(jìn)一步傳輸至裝置的常用側(cè)以及備用側(cè)端口，順次標(biāo)識(shí)為常用一端的 A1.BI,C1 以及備用側(cè)端 A2.B2.C2。在開(kāi)展測(cè)驗(yàn)之前，相關(guān)的工作人員要把ATSE的接線(xiàn)端子以及面板上的端子根據(jù)常用側(cè)，備用側(cè)以及負(fù)載側(cè)的次序予以聯(lián)結(jié)。測(cè)驗(yàn)回路端子板給出的兩路獨(dú)立電源輸出。負(fù)載側(cè)電壓端口為測(cè)量端口，從而為其提供 ATSE 的負(fù)載側(cè)電壓測(cè)量，在測(cè)驗(yàn)過(guò)程中，相關(guān)的工作人員還要把被試品的負(fù)載側(cè)順次聯(lián)結(jié)至這一端口。

2.2 試驗(yàn)流程分析

該試驗(yàn)系統(tǒng)需要展開(kāi)多個(gè)試驗(yàn)流程測(cè)驗(yàn)，具體內(nèi)容如下：

(1)自動(dòng)狀態(tài)下ATSE控制器的測(cè)試。試驗(yàn)方法:通過(guò)本體聯(lián)結(jié)到裝置的對(duì)應(yīng)信號(hào)回路輸入端口，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)電源能夠讓ATSE順次處在常用、備用以及斷開(kāi)方位，系統(tǒng)順次測(cè)驗(yàn)ATSE的方位。

(2)常用電源側(cè)失壓期間的電壓及動(dòng)作實(shí)驗(yàn)。測(cè)試方法具體如下：先在常用端以及備用端施加額定電壓，被試品應(yīng)該處在常用側(cè)方位，接著再按照順序中斷常用側(cè)的A1.BI以及C1相，與此同時(shí)，被試品需要轉(zhuǎn)移至備用側(cè)方位，之后，常用側(cè)電源回到既定的額定值.被試品需要進(jìn)一步轉(zhuǎn)移至常用側(cè)方位。

(3)常用電源側(cè)所有相電壓降低期間的電壓及動(dòng)作實(shí)驗(yàn)。測(cè)試方法具體如下：相關(guān)的工作人員需要設(shè)定額定電壓Un以及額定頻率fn，測(cè)驗(yàn)重復(fù)N次。動(dòng)作電壓即k1Un,下降速度即k2Un/min。在測(cè)驗(yàn)期間，有關(guān)的工作人員務(wù)必要把相關(guān)裝置連接試品的常用側(cè)和備用側(cè)，同時(shí)要施加額定電壓，保持一定時(shí)間；然后根據(jù)既定的下降速率，常用側(cè)電壓漸漸下降，下降的目標(biāo)值就是k1Un；如果電壓下降至k1Un之后，在維持一定時(shí)長(zhǎng)后，接著檢測(cè)被試品有無(wú)轉(zhuǎn)變至備用側(cè)；最后常用側(cè)施加額定電壓，檢測(cè)被試品有無(wú)已轉(zhuǎn)變至常用側(cè)。

(4)常用電源側(cè)單相電壓降低時(shí)的電壓和動(dòng)作試驗(yàn)。測(cè)試方法具體如下:該測(cè)驗(yàn)按照測(cè)驗(yàn)3的試驗(yàn)方法，主要的區(qū)別就在于試驗(yàn)3屬于三相電壓的同時(shí)下降、該測(cè)驗(yàn)屬于三相電壓依次輪流降低、判斷被試品有無(wú)根據(jù)既定規(guī)范開(kāi)始操作。

(5)備用電源側(cè)電壓以及頻率轉(zhuǎn)換可行性實(shí)驗(yàn)(電壓最低)。測(cè)試方法具體如下：該試驗(yàn)設(shè)定常用額定電壓Un,常用電源頻率即fn1,與此同時(shí)，其備用電源頻率即fn2。在測(cè)驗(yàn)過(guò)程中，相關(guān)的工作人員需要將被試品常用側(cè)傳輸額定電壓，而且還需要中斷一相常用電源，備用側(cè)電源從電壓k1Un起，根據(jù)上升速k2Un/min升起電壓；如果試品轉(zhuǎn)移至備用側(cè)，那么就需要維持備用側(cè)電壓，仔細(xì)登記測(cè)驗(yàn)品的動(dòng)作電壓值。

(6)備用電源側(cè)電壓以及頻率轉(zhuǎn)換可行性測(cè)試(頻率)。該測(cè)驗(yàn)與測(cè)驗(yàn)5的測(cè)驗(yàn)手段有所差異，也就是說(shuō)，測(cè)驗(yàn)6的備用側(cè)電源保持電壓穩(wěn)定，而頻率逐漸上升，而測(cè)驗(yàn)5則與之相反。

(7)驗(yàn)證控制器故障記錄核查。測(cè)試方法具體如下：驗(yàn)證控制器故障登記測(cè)驗(yàn)，如果控制器兩小時(shí)內(nèi)記錄的故障和系統(tǒng)記錄的故障保持統(tǒng)一性，那么測(cè)驗(yàn)結(jié)果就是PASS，不然的話(huà)就是FAIL。此時(shí)故障記錄檢測(cè)流程如圖4。

圖4 故障記錄檢測(cè)流程

(8)觸頭轉(zhuǎn)換時(shí)間測(cè)量。測(cè)試方法具體如下：相關(guān)的工作人員要把常用側(cè)主觸頭以及備用側(cè)主觸頭順次接入系統(tǒng)“常用側(cè)輔助觸點(diǎn)”以及"備用側(cè)輔助觸點(diǎn)”之上，接著再進(jìn)一步把制被試品，從常用側(cè)轉(zhuǎn)移至備用側(cè)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)地記錄下了常用側(cè)觸頭斷開(kāi)到備用側(cè)觸頭閉合的這段時(shí)間。測(cè)驗(yàn)結(jié)束后，系統(tǒng)輸出試驗(yàn)結(jié)果即轉(zhuǎn)換時(shí)長(zhǎng)。

(9)轉(zhuǎn)換動(dòng)作時(shí)長(zhǎng)測(cè)量。測(cè)試方法具體如下：被試品常用側(cè)以及備用側(cè)分別輸入額定電壓值，接著，相關(guān)的工作人員就要中斷常用側(cè)A相電壓，被試品因?yàn)槌霈F(xiàn)斷相問(wèn)題，那么就需要自動(dòng)轉(zhuǎn)變至備用側(cè)，系統(tǒng)登記轉(zhuǎn)換期間，負(fù)載側(cè)呈現(xiàn)的A相的波形。試驗(yàn)結(jié)果波形如圖5所示。圖5中，模擬量信息采樣頻率即20 kHz，轉(zhuǎn)換動(dòng)作時(shí)間即A相斷電的時(shí)間。圖5的開(kāi)始動(dòng)作時(shí)和結(jié)束動(dòng)作時(shí)的局部波形如圖6和圖7所示。

圖5 動(dòng)作時(shí)間測(cè)試完整波形圖

圖6 開(kāi)始動(dòng)作局部波形

圖7 動(dòng)作結(jié)束局部波形

(10)總動(dòng)作時(shí)長(zhǎng)測(cè)量。在正式測(cè)驗(yàn)之前，相關(guān)的工作人員要預(yù)先設(shè)置被試品的延時(shí)時(shí)長(zhǎng)。轉(zhuǎn)換動(dòng)作時(shí)長(zhǎng)和引入的延時(shí)時(shí)長(zhǎng)之和即為總動(dòng)作時(shí)間。

(11)遠(yuǎn)程控制功能測(cè)驗(yàn)。測(cè)試方法具體如下：針對(duì)那些攜帶遠(yuǎn)程控制效能的設(shè)施，系統(tǒng)給出RS-232、RS-485.TCP/UDP等通信手段，以無(wú)源觸點(diǎn)輸出模式朝著被試品傳送常用側(cè)合閘指示以及斷開(kāi)指示，順次檢查被試品有沒(méi)有按照既定要求轉(zhuǎn)變至常用方位、斷開(kāi)方位以及備用方位,該測(cè)驗(yàn)每個(gè)方位要重復(fù)執(zhí)行2000次。

(12)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)。測(cè)試方法具體如下：相關(guān)系統(tǒng)會(huì)提供無(wú)源觸點(diǎn)，接著再利用無(wú)源觸點(diǎn)控制操作單位完成常用側(cè)合閘以及斷開(kāi)等動(dòng)作，按照既定的順序檢查試品有無(wú)根據(jù)既定規(guī)范轉(zhuǎn)變到常用方位，斷開(kāi)方位以及備用方位，本測(cè)驗(yàn)各個(gè)方位重復(fù)執(zhí)行2000次。

(13)相序檢測(cè)功能。測(cè)試方法具體如下：相關(guān)的工作人員先要在被試品的常用電源以及備用電源端，根據(jù)ABC的次序順次輸入額定電壓，然后再通過(guò)常用側(cè)測(cè)驗(yàn)電源換相切換部分切換常用電源的相序，從而確保常用電源側(cè)電源相序是A、C.B。然后相關(guān)的工作人員要仔細(xì)地監(jiān)測(cè)被試品有無(wú)報(bào)警；接著等到常用電源側(cè)恢復(fù)正常，讓備用電源側(cè)電源相序保持A.C.B,最后要核查檢測(cè)被試品有無(wú)報(bào)警。

(14)熔焊測(cè)試。試驗(yàn)方法：通過(guò)遠(yuǎn)程與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試功能，向被試品傳送 “斷開(kāi)位置”指令，試品常用側(cè)和備用側(cè)施加額定電源，檢測(cè)試品負(fù)載側(cè)電壓，若無(wú)電壓輸出，則測(cè)試結(jié)果通過(guò)。

(15)機(jī)構(gòu)聯(lián)鎖功能測(cè)試。試驗(yàn)方法：將常用側(cè)觸頭與備用側(cè)觸頭連接至系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)位置，系統(tǒng)通過(guò)遠(yuǎn)程控制與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試功能，同時(shí)向被試品傳送動(dòng)作至”常用位置”和動(dòng)作至“備用位置”的指示。然后檢測(cè)是否同時(shí)合閘，若未檢測(cè)到同時(shí)連通，試驗(yàn)為通過(guò)。

3 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)設(shè)備ATSE屬于一項(xiàng)極為關(guān)鍵的低壓配電產(chǎn)品，它的安全性在很大程度上會(huì)影響到負(fù)荷的供電情況。基于此，本文詳盡地分析了ATSE的不同類(lèi)型設(shè)備的特點(diǎn)，說(shuō)明了ATSE性能測(cè)試試驗(yàn)系統(tǒng)的硬件組成、各個(gè)試驗(yàn)流程以及試驗(yàn)方法的要點(diǎn)。該試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備是針對(duì)GB/T 14048.11-2016標(biāo)準(zhǔn)要求特別設(shè)計(jì)制造，取得了良好的測(cè)試效果。還有一定的不足和待完善的地方,后續(xù)將不斷地完善。