一種智能型外部電源監控切換裝置設計

國網浙江諸暨市供電有限公司 何智頻 傅建鋼 樓智炯

在雙電源供電或采用發電車作為外部電源供電的場合，為減少停電時間，通常使用ATS開關等裝置來實現快速切換。由于用電現場有多種應用場景，如單純依靠ATS開關，因缺少對電源側、負載側參數的采集和判斷，無法實現切換的精準和安全可靠。

由于現階段用電環境趨向復雜多樣，在使用ATS開關實現快速切換市電電源和發電車（機）電源過程中，限于ATS開關判斷邏輯相對簡單，無法實現多場景的智能應用。例舉問題如下：臨時投入發電車（機）保電，投運前需測量相序是否準確，但目前限于技術手段不足，核相仍需人工完成，影響效率；有些市電變壓器檢修過程中需固化電源點，或根據場合不同調換主備電源位置，但目前沒有簡單實用的技術方案來自動實現；隨著發電車（機）在保電過程中使用的日趨頻繁，需對多臺發電車（機）的工作位置、發送電量進行定位和統計，目前無法做到。

1 功能設計及設計原理

智能型外部電源監控切換裝置設計集監測、控制、保護、自動化切換、通訊等多種功能于一體，主要功能如下：

實時監測：實時測量市電及發電車（機）三相的相/線電壓、三相電流、分相有功/無功/視在功率/功率因數、三相總有功/無功/視在功率/總功率因數、頻率、有功電度、無功電度，相序（電壓、電流相位角度）等電量參數；測量精度：電壓、電流測量精度0.2級，電度測量精度為0.5級；通訊功能：具備RS485和無線4G傳輸，數據能自動采集并上傳至后端平臺；精準定位：北斗精準定位，無線自動上送在工作的發電車GPS地理信息。

自動核相和相序錯位告警：具備自動核相功能，相序錯位觸摸屏自動顯示，發出告警提示并聯動外部聲光報警器發出報警；發電車（機）狀態監測：發電車（機）電壓頻率檢測、電壓相序檢測、缺相過壓等異常監測；人機界面：7寸觸摸屏顯示操作，顯示各檢測參量，可觸摸設置各參數限值，可設用戶級別密碼保護，顯示實時告警，記錄500條歷史告警信息，告警蜂鳴；工作模式：設有6種工作模式，適用各種用電場景。

圖1 原理圖框圖

本裝置核心部件包括觸摸屏顯示驅動模塊、ARM微控制器、電參數采集模塊、ATS輸入輸出采集模塊。

結合圖2，工作原理為：觸摸屏顯示驅動模塊10、ARM微控制器20、兩個電參數采集模塊30、ATS輸入輸出采集模塊40和ATS電源切換開關50；觸摸屏顯示驅動模塊10與ARM微控制器20連接，輸入參數命令給ARM微控制器20；ARM微控制器20與電參數采集模塊30連接，讀取電參數采集模塊30的電參數；兩個電參數采集模塊30分別與外部的市電和發電車連接，用于監控并采集市電和發電車的電參數；ARM微控制器20與ATS輸入輸出采集模塊40連接，控制ATS輸入輸出采集模塊40的輸入輸出；ATS輸入輸出采集模塊40與ATS電源切換開關50連接，用于控制ATS電源切換開關50的開關狀態；ATS電源切換開關50的一端與外部的市電和發電車連接，另一端與負載連接，用于切換市電和發電車的供電給負載。

圖2 整體結構示意圖

用戶在對負載等用電設備進行供電時，可通過觸摸屏顯示驅動模塊10輸入參數命令給ARM微控制器20，ARM微控制器20讀取電參數采集模塊30的電參數，并通過ATS輸入輸出采集模塊40，切換ATS電源切換開關50，實現切換市電和/或發電車來供電，選擇不同的供電模式來給負載供電。本裝置分別采集市電和發電車的電參數，并根據觸摸屏顯示驅動模塊輸入的參數，實現電源切換開關的切換。

如圖2所示，ATS電源切換開關包括開關CB1和開關CB2，開關CB1的一端與市電連接、另一端與負載連接，開關CB2的一端與發電車連接、另一端與負載連接，ATS輸入輸出采集模塊的端口P27為CB1狀態輸入端口、端口P28為CB2狀態輸入端口、端口P29為公共端，ATS輸入輸出采集模塊包括端口P27、端口P28、端口P29、端口P30、端口P31、端口P32、端口P33、端口P34、端口P35、端口P36和端口P37，端口P27、端口P28均為無緣常開節點輸入。

如果檢測到端口P27為閉合狀態，則判斷為開關CB1處于閉合狀態；如果檢測到端口P27為開路狀態，則判斷開關CB1處于斷開狀態；如果檢測到端口P28為閉合狀態，則判斷為開關CB2處于閉合狀態；如果檢測到端口P28為開路狀態，則判斷為開關CB2處于斷開狀態；端口P30和端口P31為常開輸出節點，用于控制開關CB1閉合；端口P32和端口P33為常開輸出節點，用于控制開關CB1斷開；端口P34和端口P35為常開輸出節點，用于控制開關CB2閉合；端口P36和端口P37為常開輸出節點，用于控制ATS開關CB2斷開。

2 工作模式動作邏輯

裝置具備六種功能模式，適用不同工作場合。動作邏輯如下：

“固定電源1”工作模式動作邏輯。在上電確認工作模式后，選擇“固定電源1”工作模式：不論電壓如何，發出ATS開關合I位信號（保持時間3秒），使ATS開關合I位；“固定電源2”工作模式動作邏輯。在上電確認工作模式后，選擇“固定電源2”工作模式：不論電壓如何，發出ATS開關合II位信號（保持時間3秒），使ATS開關合II位。

“停止供電”工作模式動作邏輯。在上電確認工作模式后，選擇“停止供電”工作模式：不論電壓如何，發出ATS開關合0位信號（保持時間3秒），使ATS開關合0位；“自動電源1”工作模式動作邏輯。在上電確認工作模式后，選擇“自動電源1”工作模式：主供電為進線電源1，備用供電為進線2，具備自動切換、自動恢復功能。進線電源1正常則ATS開關優先合I位。進線電源1異常，而進線電源2正常則ATS開關合II位。

“自動電源2”工作模式動作邏輯。在上電確認工作模式后，選擇“自動電源2”工作模式：主供電為進線電源2，備用供電為進線1，具備自動切換、自動恢復功能。進線電源2正常則ATS開關優先合II位。進線電源2異常，而進線電源1正常則ATS開關合I位；“自動切換”工作模式動作邏輯。在上電確認工作模式后，選擇“自動切換”工作模式：沒有主供電、備用供電區分。具備自動切換功能，無自動恢復功能。進線電源1正常則ATS開關合I位；進線電源2正常，則ATS開關合II位。其中一路異常而另一路正常則切換到正常線路。