雙電源自動切換開關在南水北調工程中的應用

王永凱

（南水北調中線干線建設管理局天津分局，天津300309）

1 引言

自動轉換開關電器（Automatic Transfer Switching Equipment）以下簡稱ATSE，雙電源自動轉換開關一般由兩部分組成：開關本體和控制器。開關本體主要分為負荷隔離開關機電一體式（PC級）與斷路器（CB級）。控制器對兩路電壓/電流同時進行檢測，對高于額定值（可調）的電源電壓判為過電壓，對低于額定值（可調）的判為欠電壓。控制電路對上述檢測結果進行邏輯判斷，處理結果通過電路驅動相應的指令向電動操動機構發(fā)出分閘或合閘指令。

ATSE開關本體主要為PC級和CB級，兩者結果不一，PC級ATSE是以負荷開關作為執(zhí)行器，負荷開關不具有過電流脫扣器，因此能夠接通、承載、但不用于分斷短路電流，不具備保護功能，但其具備較高的耐受和接通能力，能夠確保開關自身的安全，不因過載或短路等故障而損壞。CB級ATSE是以斷路器作為執(zhí)行器，斷路器本身有過電流脫扣器，它的主觸頭能夠接通并用于分斷短路電流，具備選擇性的保護功能，能對下端的負荷和電纜提供短路和過載保護。

2 ATSE CB級與PC級對比

2.1 觸頭材料的選擇

CB級斷路器經常選擇銀鎢、銀碳化鎢材料配對，這有利于分斷電弧，但該類觸頭材料易氧化，在其表面易形成阻礙導電、難驅除的氧化物，切換過程中易造成開關燒毀。

PC級觸頭為銀合金，不易氧化，觸頭分離速度大，有專門設計的滅弧室。

2.2 通斷能力

CB級雙斷路器配備過流脫扣器，一且出現短路和過電流的情況，脫扣器脫扣，從而分斷短路電流。脫扣器脫扣時以分斷電弧為己任，需要快速脫扣。因而可能存在滑扣、再扣不可靠因素。

PC級為負荷隔離開關，可承受20 Ie及以上過載電流，具有較強通斷能力。隔離開關觸頭壓力要求較大，不易被拆開，動作可靠。

2.3 產品安全性

PC級ATSE的內部結構導致其電氣間隙、爬電距離一般高于CB級的1.5～1.8倍。爬電距離越高產品內部結構更加安全，因而PC級ATSE安全性要高于CB級ATSE。

2.4 成本分析

CB級相對于PC級ATSE成本更低。

2.5 動作時間

CB級是由控制器控制帶有機械連鎖的電動傳動機構來實現自動轉換，切換時間1～2 s。對于切換時間要求不高的場所可以選用CB級ATSE。

PC級是由勵磁驅動，簡單可靠，動作時間快，一般 100～200 ms，動作切換迅速。

3 現場設備合理性分析

綜上所述，PC級ATSE動作可靠，轉換速度快，綜合比較其性能要高于CB級ATSE。南水北調天津干線使用的ATSE型號為WATSND-400/400 3 CBR-F（2），屬于CB級。南水北調現場切換電源主要為自動化監(jiān)測設備、金屬結構機電設備及照明設備正常運行提供保障，對于切換開關本省切換時間要求不是很嚴格，設備的運行安全及供電的連續(xù)性是首要考慮的因素，一旦負載端出現過流狀況，能夠及時切斷電源保護現場設備安全尤為重要，如果選擇PC級需要增加過流保護器等裝置，增加了產品的復雜性，因此選擇一體式具有保護功能，能對下端的負荷和電纜提供短路和過載保護的CB級ATSE。同時，國家有相關規(guī)定對于負載端消防泵類負載時，必須采用PC級ATSE。

4 南水北調供電系統ATSE參數分析

4.1 工作方式

南水北調供電系統工作方式為自投自復，電源方式為電網油機，其中主為電網供電，備為柴油發(fā)電機供電，此種工作方式保證一旦主電源發(fā)生故障能夠及時切換到備用電源，保證供電連續(xù)性。

4.2 電壓保護

參考南水北調天津干線霸州段設備參數：主欠壓為312 V；主過壓：430 V；備欠壓為312 V；備過壓為430 V。根據相關規(guī)范，三相供電電壓允許偏差為額定電壓的±10%，即380 V電壓允許偏差范圍為342～418 V，電氣設備在長時間過低或者過高電壓下工作會嚴重影響設備的使用壽命及設備運行的安全性。

4.3 轉換時間

轉換延時，當市區(qū)供電發(fā)生故障時，備用電源即發(fā)電機立即啟動，但是ATSE并不會立即切換，控制器會監(jiān)測主電源是否確實發(fā)生故障，轉換延時即為控制器監(jiān)測過程，轉換延時為40 s，一定時間內確定主電源故障無法恢復會自動切換至備用電源供電，根據《民用建筑電氣設計規(guī)范》（JGJ16-2008）規(guī)定，允許中斷供電時間且備用電源為快速自動啟動的應急發(fā)電機組，適用于允許中斷供電時間為15～30 s的供電。

從備用電源恢復到主電源，并不是因為備用電源故障。通常不希望主電源一恢復就立即轉換，而需要在常用電源恢復正常一定時間后ATSE再切換到主電源，這段時間為返回延時，返回延時為40 s，延時切換的目的在于確保主電源正常，避免因為主電源短時間再次出故障，導致頻繁轉換，柴油機頻繁啟動。因此返回延時需要根據現場設備允許設定值區(qū)間內合理選擇。

4.4 正常工作環(huán)境

按照工程管理規(guī)定，正常工作環(huán)境時，周圍空氣溫度上限40℃，周圍空氣溫度下限-5℃，大氣相對濕度在周圍空氣溫度為40℃時不超過50%。

4.5 建議

在正常工作時，有如下建議：（1）電壓范圍按照欠壓342 V，過壓418 V調整；（2）由于發(fā)電機啟動至運行正常工作時間需要10 s左右，因此轉換延時按照相應規(guī)范設定，建議30 s；（3）由于天津干線地處北方，夏季氣溫較高，冬季氣溫較低，建議現地站高低壓配電室配置空調。

5 結語

雙電源自動切換開關可靠的運行在實際工作中起到尤為重要的作用，在設備選型過程中一定要結合工作需要選擇合適性能參數的設備，同時規(guī)范的使用該設備才能為工程的正常運行提供保障。