王永凱

（南水北調(diào)中線干線建設(shè)管理局天津分局，天津300309）

1 引言

自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器（Automatic Transfer Switching Equipment）以下簡稱ATSE，雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)一般由兩部分組成：開關(guān)本體和控制器。開關(guān)本體主要分為負荷隔離開關(guān)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(diào)）的電源電壓判為過電壓，對低于額定值（可調(diào)）的判為欠電壓。控制電路對上述檢測結(jié)果進行邏輯判斷，處理結(jié)果通過電路驅(qū)動相應的指令向電動操動機構(gòu)發(fā)出分閘或合閘指令。

ATSE開關(guān)本體主要為PC級和CB級，兩者結(jié)果不一，PC級ATSE是以負荷開關(guān)作為執(zhí)行器，負荷開關(guān)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(guān)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(jīng)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(qū)除的氧化物，切換過程中易造成開關(guān)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(shè)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(xiàn)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(guān)，可承受20 Ie及以上過載電流，具有較強通斷能力。隔離開關(guān)觸頭壓力要求較大，不易被拆開，動作可靠。

2.3 產(chǎn)品安全性

PC級ATSE的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(gòu)來實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)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(qū)動，簡單可靠，動作時間快，一般 100～200 ms，動作切換迅速。

3 現(xiàn)場設(shè)備合理性分析

綜上所述，PC級ATSE動作可靠，轉(zhuǎn)換速度快，綜合比較其性能要高于CB級ATSE。南水北調(diào)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(diào)現(xiàn)場切換電源主要為自動化監(jiān)測設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)機電設(shè)備及照明設(shè)備正常運行提供保障，對于切換開關(guān)本省切換時間要求不是很嚴格，設(shè)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(xiàn)過流狀況，能夠及時切斷電源保護現(xiàn)場設(shè)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(chǎn)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(guān)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(diào)供電系統(tǒng)ATSE參數(shù)分析

4.1 工作方式

南水北調(diào)供電系統(tǒng)工作方式為自投自復，電源方式為電網(wǎng)油機，其中主為電網(wǎng)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(diào)天津干線霸州段設(shè)備參數(shù)：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(jù)相關(guān)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(shè)備在長時間過低或者過高電壓下工作會嚴重影響設(shè)備的使用壽命及設(shè)備運行的安全性。

4.3 轉(zhuǎn)換時間

轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換延時即為控制器監(jiān)測過程，轉(zhuǎn)換延時為40 s，一定時間內(nèi)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(jù)《民用建筑電氣設(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換，柴油機頻繁啟動。因此返回延時需要根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備允許設(shè)定值區(qū)間內(nèi)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(diào)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(zhuǎn)換延時按照相應規(guī)范設(shè)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(xiàn)地站高低壓配電室配置空調(diào)。

5 結(jié)語

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