發電廠自動化系統電源切換裝置可靠性測試方法分析

溫振華

(山西漳電大唐塔山發電有限公司，大同 037000)

0 引 言

在信息化發展背景下，發電廠均配置了自動化系統，其運行與應用需可靠的電源提供保障。發電廠為自動化系統配置雙路交流電源及電源切換裝置，在電源切換裝置應用前，應進行可靠性測試，確保其符合雙路交流電源切換要求，實現冗余供電，保障發電廠正常生產。

1 發電廠自動化系統電源切換裝置

為實現電源冗余的目標，發電廠會在自動化系統中配置雙路交流220 V電源，并在機柜內安裝電源切換裝置。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繼電器，利用該器件實現電源切換，切換電路如圖1所示。該裝置在發電廠自動化系統的獨立裝置中應用廣泛，具有故障少、操作便捷等優勢，切換時間大于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)靜態轉換開關此類型的電源切換裝置屬于電源2選1自動切換裝置，簡稱STS，運行原理如圖2所示。在主電源正常運行時，負載與主電源連接；在出現故障時，負載會自動連接至備用電源；待主電源正常運行后，切回主電源，以此實現電源的不間斷切換。該裝置不能實現電氣隔離，阻礙其在發電廠的應用，但其未來應用前景較為廣闊，可通過技術創新優化解決電氣隔離問題，使其推廣普及[1]。

(3)自動轉換開關電器

此類型的電源切換裝置可自動完成電源切換，簡稱ATSE，運行原理如圖3所示。在發電廠自動化系統應用中，ATSE通常利用接觸器或斷路器進行電源切換，具有切換平穩、可靠性較高等優勢，且ATSE的開關配置機電聯鎖，支持延時控制、自投自復及手動—自動切換，滿足發電廠自動化系統電源控制的多種工況，是發電廠應用最為廣泛的電源切換裝置。但因ATSE屬于機械開關型式，該裝置易在電源切換過程中出現中斷供電現象，降低裝置可靠性。

2 發電廠自動化系統電源切換裝置可靠性測試

基于自動化系統對供電可靠性的要求，電源切換裝置的切換時間應控制在20 s內。為實現確保電源切換裝置滿足要求，應對其進行可靠性測試。文中以ATES為例，設計一種測試系統，以此總結電源切換裝置可靠性測試方法，為發電廠提供理論與實踐參考，進一步提高發電廠的熱工自動化水平。

2.1 可靠性測試方法

結合電源切換裝置運行原理，發電廠可通過模擬負載方式，測試不同工況下的電源切換裝置運行狀況，分析電源切換裝置的可靠性。就此，可靠性測試系統的原理如圖4所示。

結合上述原理，可靠性測試系統的硬件配置如下：(1)調壓器需配置2臺，輸入參數要求為交流220 V、輸出參數要求為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套模擬負載，由工控計算機、電阻器、電容器及直流電源等部件組成，每個部件配置2個。在明確可靠性測試系統的硬件配置后，需設計相應的系統功能，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 電源參數檢測

在可靠性測試系統應用前，技術人員應進行輸入電源參數測量，確保自動化系統與電源系統穩定可靠運行，避免其故障影響電源切換裝置的測試結果[2]。在電源參數檢測功能應用中，技術人員首先切斷電源切換裝置，檢測輸入電源參數，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，要求兩個電源的相位相同，頻率處于(50×98%)Hz-(50×102%)Hz的范圍內；在電流表檢測中，要求電源電流測量結果為0A。上述參數均滿足要求后，方可進行電源切換裝置可靠性測試。

2.1.2 失電切換

在確保自動化系統與電源無故障后，技術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；然后對主電源進行失電切換，驗證電源切換裝置的可靠性，具體驗證流程如下：

(1)斷開開關主電源的開關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，應用錄波器檢測電源切換裝置的切換時間，要求其≤20ms；觀察模擬負載的變化，要求其各項參數處于正常范圍，工控計算機未出現宕機或復位現象；電源切換裝置進行主電源故障報警。在電源切換裝置有效切換，且各項參數、現象滿足要求后，方可判斷電源切換裝置具備可靠性。

(2)閉合開關主電源的開關1，觀察電源切換裝置是否能夠切換至主電源。在該過程中，應用錄波器檢測電源切換裝置的切換時間，要求其≤20 ms；觀察模擬負載的變化，要求其各項參數處于正常范圍，工控計算機未出現宕機或復位現象；電源切換裝置應顯示主電源恢復運行的信號。在電源切換裝置有效切換，且各項參數、現象滿足要求后，方可判斷電源切換裝置具備可靠性。

在上述驗證過程中，因切換時間受峰值失電或零點失電的電壓影響，技術人員應重復進行測試，測試5次，選擇實驗中切換時間的最大值作為最終結果。

2.1.3 電壓降低切換

在電源切換裝置可靠性測試中，技術人員可通過調壓器調節主電源的電壓，測試電壓降低時電源切換裝置的切換效果，測試流程如下：

(1)通過調壓器調節主電源的電壓，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，要求該數值≥170 V；觀察模擬負載與工控計算機，要求同上；電源切換裝置應顯示主電源故障報警。如電源切換裝置有效切換，且各項參數、現象滿足要求后，可判斷電源切換裝置具備可靠性。

(2)通過調壓器調節主電源的電壓，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，要求該數值≥180 V；觀察模擬負載與工控計算機，要求同上；電源切換裝置應顯示主電源恢復運行的信號。如電源切換裝置有效切換，且各項參數、現象滿足要求后，可判斷電源切換裝置具備可靠性。

2.1.4 備用電源檢測

在可靠性測試系統中，技術人員還需利用備用電源檢測功能，進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，觀察模擬負載與工控計算機，要求同上，電源切換裝置應進行主電源故障報警。(2)閉合備用電源的開關2，觀察電源切換裝置是否保持輸出不變。在該過程中，應用電壓表測量輸出電壓，要求其與主電源電壓相同，觀察模擬負載與工控計算機，要求同上，電源切換裝置應顯示主電源恢復運行。在電源切換裝置未切換，各項參數、現象符合要求的基礎上，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)通過調壓器調節備用電源的電壓，使其不斷降低，直到電源切換裝置進行備用電源故障報警，測量此時備用電源的電壓，要求其≥170 V，并觀察模擬負載與工控計算機，要求同上。(2)通過調壓器調節備用電源的電壓，使其不斷升高，直到電源切換裝置呈現備用電源恢復運行信號，測量此時的輸出電壓，要求其≥180 V，并觀察模擬負載與工控計算機，要求同上。在電源切換裝置未切換，各項參數、現象符合要求的基礎上，可判斷電源切換裝置具備可靠性。

2.2 可靠性測試結果

為驗證設計可靠性系統的可行性與測試準確性，以某發電廠熱控系統配置的電源切換裝置為研究對象，對其進行可靠性測試，測試結果顯示，電源切換裝置的切換時間為14 ms，各項切換測試中的參數、現象均符合要求，可判斷電源切換裝置具備可靠性，說明可靠性測試系統具備可行性。同時，在發電廠機柜內串聯調壓器，施加實際負載，測試電源切換裝置的切換時間，驗證可靠性測試系統結果是否準確[3]。測試結果表明，切換時間為14 ms，說明可靠性測試系統準確性較高，可推廣普及。結論：綜上所述，發電廠自動化系統電源切換裝置組成復雜，類型較多，發電廠可通過可靠性測試系統的設計，確保電源切換裝置符合要求。在可靠性測試系統應用中，發電廠可通過電源參數檢測、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，保障自動化系統穩定可靠運行。