雙電源自動轉換開關（ATSE）智能檢測系統的設計與探討

黃樂

(湖南電器科學研究院有限公司，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準。而實際上，供電的連續性是電力質量的關鍵評估標準之一。針對部分重要的用電單位諸如醫院，軍事設施等重要場所，一旦失電會造成巨大損耗。 確保供電的連續性，一般會采取的手段即為供電對象提供主、輔各兩路電源，由此推動了轉換開關電器ATSE的發展。

1 ATSE的現狀與組成

雙電源自動轉換開關出現較早，相關的工作人員把電能轉變成能源之后，因為對重要負載的供電存在一些電源間的轉換難題，而 ATSE常常會被運用。ATSE通常就是由開關本體以及控制器兩部分構成。開關本體接在主電路，是一個重要的ATSE的執行單位，通常就是由接觸裝置、斷路裝置以及負荷開關等裝置構成，屬于ATSE的重點部分。其具備電氣以及機械的重要聯鎖，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接。圖1為自動電源轉換開關典型應用示意圖。ATSE控制器能夠被用于實時監測電源(兩路)運作情況，其原理框圖如圖2所示。一項技術新型、可靠程度較高的ATSE，要求開關本體部分和控制器都能夠發揮充分的作用，任何一部分的不合理都將有損ATSE性能揮。

圖1 自動轉換開關典型應用

圖2 雙電原轉換開關控制器的原理圖

2 ATSE的性能測試

2.1 試驗電路

通常來說，IEC60947.6.1標準對自動轉換器分類描述如下：根據自動轉換裝置具備有無短路電流分斷能力(short-circuitcapability)，能夠把它們進一步劃分成PC級以及CB級，二者的區別就體現在其本體。PC級ATSE采取接觸器或負荷開關作為重要的主開關，可以進一步連接、承載線路負載電流，無法切斷短路電流。CB級ATSE采取具有電動操作機構的塑殼式斷路器(或萬能式斷路器)作為重要的開關，此時不但可以連接、承載線路負載，同時還可以進一步連通、分斷短路電流?，F如今，我國市場ATSE 產品可以劃分為如下四種，具體如下：

（1）由接觸器構成；（2）CB級 ATSE通常是由斷路器加機械連鎖構成；（3）由兩個負荷開關加電動執行裝置構成；（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，該測驗系統充分地考量到各個產品需求，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，試驗電源回路主要涵括電源投切、電源轉換、試驗電源換相切換以及測驗電源斷相切換地部分。電源轉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進行調節，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進行設置。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，能夠有效地實現頻率上升、下降以及保持功能；也能夠通過程控來調節頻率升降速率。對于試驗電源換相切換來說，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，而第二，三極交叉聯結之后繼續傳輸出去。

圖3 實驗電源回路

試驗電源斷相部分常常通過三個單獨的接觸器構成，各自聯結至測驗電源換相切換部分的三處輸出端。電源轉換的三相經過試驗電源換相切換以及試驗電源斷相切換之后，進一步傳輸至裝置的常用側以及備用側端口，順次標識為常用一端的 A1.BI,C1 以及備用側端 A2.B2.C2。在開展測驗之前，相關的工作人員要把ATSE的接線端子以及面板上的端子根據常用側，備用側以及負載側的次序予以聯結。測驗回路端子板給出的兩路獨立電源輸出。負載側電壓端口為測量端口，從而為其提供 ATSE 的負載側電壓測量，在測驗過程中，相關的工作人員還要把被試品的負載側順次聯結至這一端口。

2.2 試驗流程分析

該試驗系統需要展開多個試驗流程測驗，具體內容如下：

(1)自動狀態下ATSE控制器的測試。試驗方法:通過本體聯結到裝置的對應信號回路輸入端口，系統自動調節電源能夠讓ATSE順次處在常用、備用以及斷開方位，系統順次測驗ATSE的方位。

(2)常用電源側失壓期間的電壓及動作實驗。測試方法具體如下：先在常用端以及備用端施加額定電壓，被試品應該處在常用側方位，接著再按照順序中斷常用側的A1.BI以及C1相，與此同時，被試品需要轉移至備用側方位，之后，常用側電源回到既定的額定值.被試品需要進一步轉移至常用側方位。

(3)常用電源側所有相電壓降低期間的電壓及動作實驗。測試方法具體如下：相關的工作人員需要設定額定電壓Un以及額定頻率fn，測驗重復N次。動作電壓即k1Un,下降速度即k2Un/min。在測驗期間，有關的工作人員務必要把相關裝置連接試品的常用側和備用側，同時要施加額定電壓，保持一定時間；然后根據既定的下降速率，常用側電壓漸漸下降，下降的目標值就是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變至備用側；最后常用側施加額定電壓，檢測被試品有無已轉變至常用側。

(4)常用電源側單相電壓降低時的電壓和動作試驗。測試方法具體如下:該測驗按照測驗3的試驗方法，主要的區別就在于試驗3屬于三相電壓的同時下降、該測驗屬于三相電壓依次輪流降低、判斷被試品有無根據既定規范開始操作。

(5)備用電源側電壓以及頻率轉換可行性實驗(電壓最低)。測試方法具體如下：該試驗設定常用額定電壓Un,常用電源頻率即fn1,與此同時，其備用電源頻率即fn2。在測驗過程中，相關的工作人員需要將被試品常用側傳輸額定電壓，而且還需要中斷一相常用電源，備用側電源從電壓k1Un起，根據上升速k2Un/min升起電壓；如果試品轉移至備用側，那么就需要維持備用側電壓，仔細登記測驗品的動作電壓值。

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

(7)驗證控制器故障記錄核查。測試方法具體如下：驗證控制器故障登記測驗，如果控制器兩小時內記錄的故障和系統記錄的故障保持統一性，那么測驗結果就是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)觸頭轉換時間測量。測試方法具體如下：相關的工作人員要把常用側主觸頭以及備用側主觸頭順次接入系統“常用側輔助觸點”以及"備用側輔助觸點”之上，接著再進一步把制被試品，從常用側轉移至備用側，系統實時地記錄下了常用側觸頭斷開到備用側觸頭閉合的這段時間。測驗結束后，系統輸出試驗結果即轉換時長。

(9)轉換動作時長測量。測試方法具體如下：被試品常用側以及備用側分別輸入額定電壓值，接著，相關的工作人員就要中斷常用側A相電壓，被試品因為出現斷相問題，那么就需要自動轉變至備用側，系統登記轉換期間，負載側呈現的A相的波形。試驗結果波形如圖5所示。圖5中，模擬量信息采樣頻率即20 kHz，轉換動作時間即A相斷電的時間。圖5的開始動作時和結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 動作結束局部波形

(10)總動作時長測量。在正式測驗之前，相關的工作人員要預先設置被試品的延時時長。轉換動作時長和引入的延時時長之和即為總動作時間。

(11)遠程控制功能測驗。測試方法具體如下：針對那些攜帶遠程控制效能的設施，系統給出RS-232、RS-485.TCP/UDP等通信手段，以無源觸點輸出模式朝著被試品傳送常用側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變至常用方位、斷開方位以及備用方位,該測驗每個方位要重復執行2000次。

(12)現場測驗。測試方法具體如下：相關系統會提供無源觸點，接著再利用無源觸點控制操作單位完成常用側合閘以及斷開等動作，按照既定的順序檢查試品有無根據既定規范轉變到常用方位，斷開方位以及備用方位，本測驗各個方位重復執行2000次。

(13)相序檢測功能。測試方法具體如下：相關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ABC的次序順次輸入額定電壓，然后再通過常用側測驗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電源相序是A、C.B。然后相關的工作人員要仔細地監測被試品有無報警；接著等到常用電源側恢復正常，讓備用電源側電源相序保持A.C.B,最后要核查檢測被試品有無報警。

(14)熔焊測試。試驗方法：通過遠程與現場測試功能，向被試品傳送 “斷開位置”指令，試品常用側和備用側施加額定電源，檢測試品負載側電壓，若無電壓輸出，則測試結果通過。

(15)機構聯鎖功能測試。試驗方法：將常用側觸頭與備用側觸頭連接至系統的對應位置，系統通過遠程控制與現場測試功能，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，試驗為通過。

3 結語

自動電源轉換開關設備ATSE屬于一項極為關鍵的低壓配電產品，它的安全性在很大程度上會影響到負荷的供電情況?；诖?，本文詳盡地分析了ATSE的不同類型設備的特點，說明了ATSE性能測試試驗系統的硬件組成、各個試驗流程以及試驗方法的要點。該試驗系統設備是針對GB/T 14048.11-2016標準要求特別設計制造，取得了良好的測試效果。還有一定的不足和待完善的地方,后續將不斷地完善。