双电源自动转换开关在高炉配电系统的应用

1、引言

随着社会的发展，人们对供电可靠性要求也越来越高。很多场合用两路电源来保证供电可靠性，电力系统的安全可靠运行对保证国民经济的稳定发展和人民生活水平的不断提高有着越来越重要的意义。电力系统一旦发生事故，将会给人们的生产和生活带来不可估量的损失。尤其在用电供需矛盾突出的情况下，突发停电事故较多，许多企事业单位为维持正常供电，不得不在停电时采用备用电源（例如备用电网、发电机组、蓄电池组逆变（EPS）等）来供电。双电源自动转换开关（简称ATSE）就是为了满足这一种要求而开发设计的，由一个（或几个）转换开关电器和其他必需的电器（转换控制器）组成，用于监测电源电路、并将一个或几个负载电路从一个电源转换至另一个电源的开关电器。作为重要负荷的末端互投装置，ATSE在工程中得到了广泛的应用，正确合理的选择ATSE可确保重要负荷的可靠供电，ATSE在重要负荷的供电系统中是不可缺少和重要的一个环节。它有自投自复和自投不自复两种切换功能，实现常用电源（N）与备用电源（R）之间的切换，因一路电源出现断电或异常（欠压、过压、失压）而进行电源之间的自动转换，以保证供电的连续性、可靠性、安全性。本文以炼铁厂5号高炉低压配电系统中的CDQ3系列双电源自动转换开关为例，介绍双电源自动转换开关的发展过程、使用以及故障排除。

2、双电源自动转换开关ATSE的发展过程

ATSE目前在我国经历了四个发展阶段，即两接触器型、两断路器型、励磁式专用转换开关和电动式专用转换开关。两接触器型转换开关为第一代，是我国最早生产的双电源转换开关，它是由两台接触器搭接而成的简易电源，这种装置因机械联锁不可靠、耗电大等缺点，因而在工程中越来越少采用。两断路器式转换开关为第二代，也就是我国国家标准和IEC标准中所提到的CB级ATSE，它是由两断路器改造而成，另配机械联锁装置，可具有短路或过电流保护功能，但是机械联锁不可靠。励磁式专用转换开关为第三代，它是由励磁式接触器外加控制器构成的一个整体装置，机械联锁可靠，转换由电磁线圈产生吸引力来驱动开关，速度快。电动式专用转换开关为第四代，是PC级ATSE，其主体为负荷隔离开关，为机电一体式开关电器，转换由电机驱动，转换平稳且速度快，并且具有过0位功能。

3、双电源自动转换开关的结构与工作原理

CDQ3系列双电源自动转换开关是由开关本体和控制器两大部分组成，采用两台三级或四级塑壳断路器及内附部件作为主开关，控制器是以高性能16位MCU为核心，电磁兼容性设计，抗干扰性能强，可以稳定可靠的长期工作。配以LED显示和按键操作，形成良好的人机对话界面，操作提示性强，是一种理想的机电一体化双电源切换系统。广泛用于各种不允许长时间停电的重要场所。CDQ3双电源自动转换开关拥有三种操作方式：即控制器的自动分合闸、由控制器操作的手动分合闸、脱离控制器的手动分合闸。切换开关的主电路接线如下图1，原理动作框图如下图2。

进入工作状态后，控制器将自动对两路电源各相电压连续进行数据采样，并计算出各相的电压有效值，根据整定的数据，微处理器做出各种判断处理，处理结果通过延时（可调）驱动电路向操作机构发出分闸或合闸指令，通过控制电机的正反转来实现开关的常，备用及双份转换，且故障的状况可由LED数码管和指示灯反映出来。

4、功能：

4.1自动

当设定为自动功能时，自动转换开关的切换由控制器根据故障状况自动控制。

自投自复：即（F0模式，运用于电网对电网。正常状态时，由常用电源供电，当常用电源出现故障或异常(任何一相发生欠压，过压，失压或缺相)时，经过延时（已设定，并可调）自动转换至备用电源供电；当常用电源恢复正常后，再经设定延时时间自动返回到常用电源供电；当备用电源出现工作或异常（任一相电压发生过压，欠压，失压或缺相），并出现备用电源异常报警提示时，不能产生切换。

自投不自复：即（F1）模式，当备用电源正常，而常用电源出现故障或异常时（过压。欠压，失压或缺相），自动转换开关将自动切换至备用电源供电；但当常用电源恢复正常后，自动切换开关将仍停留在备用电源供电位置而不转回，只有当备用电源出现故障后（欠压，过压，失压或缺相）才能转到常用电源位置供电。

电网与发电机：即（F2）模式，当自动转换开关用于电网与发电机系统时，控制器对电网和发电机两路电源进行切换，在电网电源出现故障时发出无源触点信号（以一组常开，常闭触点输出），用来启动发电机系统，当发电机发电电压达到额定要求时，控制器将进行转换，至于系统容量，由用户自行配置，当发电机容量有限时，可先除去部分负载，以免拖动不起；当电网恢复正常后，自动转换开关将自动转换至电网电源供电。

   双分状态：当负载出现故障时（过载，短路），CB型主开关的塑壳断路器有可能出现脱扣，这时为避免切换至另一路电源，控制器将自动转换开关切换至双分位置，等候故障处理；故障处理完毕后，再根据情况，进行再扣合闸。

4.2 手动

当在手动模式下时，用户可根据需要操纵控制器面板上的按键来进行转换开关的切换，有三种位置可选择：常用电源位置，备用电源位置，双分位置。

5、在高炉低压配电系统的运用

在高炉炉顶设备、热风设备、布袋设备、除尘设备都应用了双电源自动转换开关，额定工作电流分别有600A、200A、125A、100A，接线图如下，

6、故障分析与排除

在调试或使用过程中可能遇到的常见故障及排除方法见下表：

7、注意事项：

*常用电源和备用电源相序必须一致，常N、备N和相线不能接错否则控制器有可能损坏。

*负载不正常，过载或短路而造成断路器脱扣时，请查实原因，排除故障后方可重新操作运行。

*当处于自动工作方式时，请不要人工手动操作手柄。手柄仅做断电调试，勿用手柄带负荷操作。

*开关本体安装必须要有良好的接地

8、结束语

　　电力配电系统安全、可靠、连续供电对高炉设备的正常运转至关重要。具有备用电源的场合如何合理选用各种电源转换开关电器尤为人们关注。虽然按负荷类别不同，可选用不同控制转换方式及结构方式的ATSE来满足应用要求，但是对于低压总电源侧的ATSE应该首选带选择性保护的双投CB级ATSE，使供电电路既能在故障时及时转换电源，又能在发生短路故障时得到及时切断故障电路。真正达到安全、可靠、连续供电的要求。文中不妥之处，恳请各位老师批评、指正。