雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)（ATSE）智能檢測系統(tǒng)的設(shè)計與探討

黃樂

(湖南電器科學(xué)研究院有限公司，湖南長沙，410009)

0 引言

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

1 ATSE的現(xiàn)狀與組成

雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(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χ匾?fù)載的供電存在一些電源間的轉(zhuǎn)換難題，而 ATSE常常會被運(yùn)用。ATSE通常就是由開關(guān)本體以及控制器兩部分構(gòu)成。開關(guān)本體接在主電路，是一個重要的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，就能夠避免常用電源以及備用電源在同一時間聯(lián)接。圖1為自動電源轉(zhuǎn)換開關(guān)典型應(yīng)用示意圖。ATSE控制器能夠被用于實(shí)時監(jiān)測電源(兩路)運(yùn)作情況，其原理框圖如圖2所示。一項技術(shù)新型、可靠程度較高的ATSE，要求開關(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 自動轉(zhuǎn)換開關(guān)典型應(yīng)用

圖2 雙電原轉(zhuǎn)換開關(guān)控制器的原理圖

2 ATSE的性能測試

2.1 試驗(yàn)電路

通常來說，IEC60947.6.1標(biāo)準(zhǔn)對自動轉(zhuǎn)換器分類描述如下：根據(jù)自動轉(zhuǎn)換裝置具備有無短路電流分?jǐn)嗄芰?short-circuitcapability)，能夠把它們進(jìn)一步劃分成PC級以及CB級，二者的區(qū)別就體現(xiàn)在其本體。PC級ATSE采取接觸器或負(fù)荷開關(guān)作為重要的主開關(guān)，可以進(jìn)一步連接、承載線路負(fù)載電流，無法切斷短路電流。CB級ATSE采取具有電動操作機(jī)構(gòu)的塑殼式斷路器(或萬能式斷路器)作為重要的開關(guān)，此時不但可以連接、承載線路負(fù)載，同時還可以進(jìn)一步連通、分?jǐn)喽搪冯娏鳌，F(xiàn)如今，我國市場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 ATSE通常是由斷路器加機(jī)械連鎖構(gòu)成；（3）由兩個負(fù)荷開關(guān)加電動執(zhí)行裝置構(gòu)成；（4）PC級（一體式）的ATSE。從上述分類不難得出，不管是PC級或CB級ATSE，動作時都需要一定的電源功率，該測驗(yàn)系統(tǒng)充分地考量到各個產(chǎn)品需求，為契合各個ATSE在動作期間中對控制電源的要求，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驗(yàn)電源斷相切換地部分。電源轉(zhuǎn)換部分包括兩臺等容量程控電源。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；也能夠通過程控來調(diào)節(jié)頻率升降速率。對于試驗(yàn)電源換相切換來說，其常常由兩臺接觸裝置組成。兩個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三個單獨(dú)的接觸器構(gòu)成，各自聯(lián)結(jié)至測驗(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)識為常用一端的 A1.BI,C1 以及備用側(cè)端 A2.B2.C2。在開展測驗(yàn)之前，相關(guān)的工作人員要把ATSE的接線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)電壓端口為測量端口，從而為其提供 ATSE 的負(fù)載側(cè)電壓測量，在測驗(yàn)過程中，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)需要展開多個試驗(yàn)流程測驗(yàn)，具體內(nèi)容如下：

(1)自動狀態(tài)下ATSE控制器的測試。試驗(yàn)方法:通過本體聯(lián)結(jié)到裝置的對應(yīng)信號回路輸入端口，系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)電源能夠讓ATSE順次處在常用、備用以及斷開方位，系統(tǒng)順次測驗(yàn)ATSE的方位。

(2)常用電源側(cè)失壓期間的電壓及動作實(shí)驗(yàn)。測試方法具體如下：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，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作實(shí)驗(yàn)。測試方法具體如下：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，測驗(yàn)重復(fù)N次。動作電壓即k1Un,下降速度即k2Un/min。在測驗(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)，同時要施加額定電壓，保持一定時間；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，在維持一定時長后，接著檢測被試品有無轉(zhuǎn)變至備用側(cè)；最后常用側(cè)施加額定電壓，檢測被試品有無已轉(zhuǎn)變至常用側(cè)。

(4)常用電源側(cè)單相電壓降低時的電壓和動作試驗(yàn)。測試方法具體如下:該測驗(yàn)按照測驗(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下降、該測驗(yàn)屬于三相電壓依次輪流降低、判斷被試品有無根據(jù)既定規(guī)范開始操作。

(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，其備用電源頻率即fn2。在測驗(yàn)過程中，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)登記測驗(yàn)品的動作電壓值。

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

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

圖4 故障記錄檢測流程

(8)觸頭轉(zhuǎn)換時間測量。測試方法具體如下：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)時地記錄下了常用側(cè)觸頭斷開到備用側(cè)觸頭閉合的這段時間。測驗(yàn)結(jié)束后，系統(tǒng)輸出試驗(yàn)結(jié)果即轉(zhuǎn)換時長。

(9)轉(zhuǎn)換動作時長測量。測試方法具體如下：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)斷相問題，那么就需要自動轉(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)換動作時間即A相斷電的時間。圖5的開始動作時和結(jié)束動作時的局部波形如圖6和圖7所示。

圖5 動作時間測試完整波形圖

圖6 開始動作局部波形

圖7 動作結(jié)束局部波形

(10)總動作時長測量。在正式測驗(yàn)之前，相關(guān)的工作人員要預(yù)先設(shè)置被試品的延時時長。轉(zhuǎn)換動作時長和引入的延時時長之和即為總動作時間。

(11)遠(yuǎn)程控制功能測驗(yàn)。測試方法具體如下：針對那些攜帶遠(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)合閘指示以及斷開指示，順次檢查被試品有沒有按照既定要求轉(zhuǎn)變至常用方位、斷開方位以及備用方位,該測驗(yàn)每個方位要重復(fù)執(zhí)行2000次。

(12)現(xiàn)場測驗(yàn)。測試方法具體如下：相關(guān)系統(tǒng)會提供無源觸點(diǎn)，接著再利用無源觸點(diǎn)控制操作單位完成常用側(cè)合閘以及斷開等動作，按照既定的順序檢查試品有無根據(jù)既定規(guī)范轉(zhuǎn)變到常用方位，斷開方位以及備用方位，本測驗(yàn)各個方位重復(fù)執(zhí)行2000次。

(13)相序檢測功能。測試方法具體如下：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，然后再通過常用側(cè)測驗(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)測被試品有無報警；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,最后要核查檢測被試品有無報警。

(14)熔焊測試。試驗(yàn)方法：通過遠(yuǎn)程與現(xiàn)場測試功能，向被試品傳送 “斷開位置”指令，試品常用側(cè)和備用側(cè)施加額定電源，檢測試品負(fù)載側(cè)電壓，若無電壓輸出，則測試結(jié)果通過。

(15)機(jī)構(gòu)聯(lián)鎖功能測試。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)的對應(yīng)位置，系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程控制與現(xiàn)場測試功能，同時向被試品傳送動作至”常用位置”和動作至“備用位置”的指示。然后檢測是否同時合閘，若未檢測到同時連通，試驗(yàn)為通過。

3 結(jié)語

自動電源轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)備ATSE屬于一項極為關(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的不同類型設(shè)備的特點(diǎn)，說明了ATSE性能測試試驗(yàn)系統(tǒng)的硬件組成、各個試驗(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GB/T 14048.11-2016標(biāo)準(zhǔn)要求特別設(shè)計制造，取得了良好的測試效果。還有一定的不足和待完善的地方,后續(xù)將不斷地完善。