摘要： 备用电源自动投入装置是提高供电可靠性的关键控制环节。本文系统阐述柴油发电机组在暗备用与明备用两种主接线方式下的AAT充放电条件、动作逻辑及时序关系，并进一步介绍三主变三分段、四分段及六分段接线下的备自投策略与负荷分配原则，为发电机组控制系统设计与运维提供逻辑参考。
一、 自投控制的基本动作逻辑
随着各类燃料发电机组（如柴油发电机组）作为备用电源的广泛应用，市场对供电可靠性和控制智能化提出了更高要求。一方面要求发电机组能保证对重要负荷不间断供电，另一方面要求控制系统设计趋于智能化，使用户操作更加方便且安全。根据主接线方式的不同，柴油发电机组自动投入的动作逻辑分为暗备用和明备用两种基本情况。AAT是备用电源自动投入装置（Automatic Transfer Switch Equipment）的英文缩写，以下将简称为“AAT”。
1. 暗备用方式下的AAT动作逻辑
分段开关或桥开关采用暗备用时，QF3断开，两段母线分列运行，两路电源互为备用。
（1）AAT的充电条件。如图1所示，正常运行时，QF1、QF2处于合闸位置，QF3处于跳闸位置，母线I、II均有电压，线路XL1、XL2有电流。在满足上述条件后，Y1、Y2、Y6均动作，T1时间元件启动，经10至15秒充电完成，为Y7动作准备条件。
（2）AAT的放电条件。如图1所示，当母线I、II同时无压且QF3合上、方式1和方式2闭锁投入时，H1动作瞬时对T1放电，闭锁AAT动作。AAT动作使QF3合闸后，瞬时对T1放电，保证AAT只动作一次，防止重复合闸。
（3）方式1的动作过程。如图2（a）所示，当I母无压且XL1无流，而XL2有压，方式1投入时，Y4动作经T2延时后跳开QF1。QF1跳开后XL1线路无流，确认QF1已跳开，此时XL2如有压，则Y8门动作经Y7合QF3。在整个过程中，QF1跳开后QF3才能合上，XL2线路无压时AAT不会动作合QF3。
（4）方式2的动作过程。如图2（b）所示，当II母无压且XL2无流，而XL1有压，方式2投入时，Y5动作经T3延时后跳开QF2。QF2跳开后XL2线路无流，确认QF2已跳开，此时XL1如有压，则Y9门动作经Y7合QF3。分段开关自投后加速保护在备自投动作或手动合闸QF3时投入，经3秒后自动退出，3秒内如备自投合闸到故障，后加速保护立即瞬时动作启动跳QF3。
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图1 柴油发电机组ATS转换柜（暗备用）的充放电及合闸动作逻辑 |
图2 柴油发电机组ATS转换柜（暗备用）的跳闸动作逻辑 |
2. 明备用方式下的AAT动作逻辑
采用明备用时，两路电源一路运行、另一路备用，母联断路器QF3须处于合闸状态。
（1）AAT的充电条件。如图3所示，在母线I、II段均有电压的前提下，以下两种情况之一即可启动充电：QF1合位、QF2跳位（XL1工作、XL2备用），或QF2合位、QF1跳位（XL2工作、XL1备用）。经10至15秒充电完成。
（2）AAT的放电条件。如图3所示，以下情况之一即放电闭锁AAT，QF3跳位或方式3、方式4闭锁时；QF1与QF2同时处于跳闸或同时处于合闸位置时；XL1或XL2无电压时。
（3）方式3的动作过程。如图4（a）所示，以XL1工作、XL2备用为例，当I母无压、XL1无流、XL2有压、方式3投入时，经T2延时跳QF1。QF1跳开后，如XL2有压，则经延时合上QF2，完成柴油发电机组自动投入。
（4）方式4的动作过程。如图4（b）所示，以XL2工作、XL1备用为例，当II母无压、XL1有压、XL2无流、方式4投入时，经T3延时跳QF2。QF2跳开后，如XL1有压，则经延时合上QF1，完成切换。
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图3 柴油发电机组ATS转换柜（明备用）的充放电及合闸动作逻辑 |
图4 柴油发电机组ATS转换柜（明备用）的跳闸动作逻辑 |
二、 多分段母线的机组自投方式
在大中城市供电系统中，为提高供电可靠性和运行灵活性，多采用三主变多分段的接线方式。不同分段数下的备自投策略各有特点，需根据负荷分配合理性和变压器过负荷能力综合确定。
1. 三主变三分段备自投方式
三台主变压器低压侧采用母线三分段，两个低压分段开关QF4、QF5正常运行时断开。正常运行方式为QF1、QF2、QF3合闸，QF4、QF5断开，每台变压器带一段母线负荷。自投逻辑如图5所示。
（1）失压切换逻辑。母线I失压、母线II有压时，备自投启动跳QF1，合QF4。母线III失压、母线II有压时，备自投启动跳QF3，合QF5。母线II失压、母线I或III有压时，备自投启动跳QF2，合QF4或QF5。
（2）过负荷注意事项。该方式下备自投动作后，一台变压器需带两段母线负荷，须校核变压器的过负荷能力。在某些运行方式下，母线II失压时可能只允许向单侧切换，以避免变压器严重过载。
图5 三主变三分段备自投方式（柴发_市电）
2. 三主变四分段备自投方式
三台主变压器低压母线采用四分段，即II段母线分为II-1和II-2两个半段。正常运行方式为QF1、QF21、QF22、QF3合闸，QF4、QF5断开，每台变压器带一组母线负荷。自投逻辑如图6所示。
（1）失压切换逻辑。母线I失压、母线II有压时，跳QF1、合QF4，同时联跳QF22。母线III失压、母线II有压时，跳QF3、合QF5，同时联跳QF21。母线II-1失压、母线I有压时，跳QF21、合QF4。母线II-2失压、母线II有压时，跳QF22、合QF5。
（2）负荷分配合理性。该方式始终保证每台变压器最多只带一段半母线负荷，负荷分配较为合理。但需注意备自投动作可能伴随联切负荷的问题，须在设计阶段予以充分考虑。
三主变四分段备自投方式（柴发_市电）
3. 三主变六分段备自投方式
三台主变压器低压母线采用六分段，即将每段母线各分为两个半段。三个低压分段开关QF4、QF5、QF6正常运行时断开。正常运行方式为QF11、QF12、QF21、QF22、QF31、QF32合闸，QF4、QF5、QF6断开，每台变压器带一组母线负荷。自投逻辑如图7所示。
（1）失压切换逻辑。母线I-2失压、母线II-1有压时，跳QF12、合QF4。母线III-1失压、母线II-2有压时，跳QF31、合QF5。母线III-2失压、母线I-1有压时，跳QF32、合QF6。母线I-1失压、母线III-2有压时，跳QF11、合QF6。母线II-1失压、母线I-2有压时，跳QF21、合QF4。母线II-2失压、母线III-1有压时，跳QF22、合QF5。
（2）运行优势。六分段方式同样可保证每台变压器最多只带一段半母线负荷，负荷分配合理。与四分段方式相比，六分段备自投动作不会产生联切负荷的问题，运行方式更加灵活，但母线分段开关数量增加，一次主接线更为复杂。
图7 三主变六分段备自投方式（柴发_市电）
三、 备自投装置的关键技术要点与运行维护
备自投装置作为柴油发电机组备用电源自动投入的核心控制设备，其工程应用中的技术细节和日常维护策略直接关系到装置动作的可靠性。理解这些要点有助于提高备自投的成功率和系统安全性。
1. 备自投装置的充电条件与逻辑防跳
备自投装置的充电条件是保证其正确动作的前提，涉及多条件协同确认与防误动设计。
（1）充电条件的工程确认要点。除逻辑框图中的基本条件外，实际工程中还需确认母线三相电压平衡、线路电流采样正常且无断线告警。对于采用检同期功能的备自投，还需确认两侧电源的相位差在允许范围内。只有上述条件全部满足，充电计时器才能正常启动并完成充电。
（2）逻辑互锁与防跳设计。备自投装置应具备完善的逻辑互锁功能：合闸命令发出后须在设定时间内检测到断路器合位反馈，否则判定合闸失败并闭锁后续动作。同时应配置防跳回路，防止断路器在合闸命令持续存在时发生反复“合闸-跳闸”的跳跃现象。
2. 备自投动作时限的整定原则
动作时限的合理整定是平衡供电恢复速度与动作可靠性的关键。
（1）跳闸延时的协调。跳开工作电源的延时T2、T3须大于进线侧保护的最大动作时间与断路器分闸时间之和，确保由线路故障引起的失压由上级保护先行切除，避免备自投合闸至故障母线。一般取1.5至3秒。
（2）合闸延时的配合。合上备用电源的延时须大于工作电源跳闸确认时间与断路器合闸准备时间之和，确保“先跳后合”的时序严格执行，防止并列运行或合闸冲击。同时应小于重要负荷允许的断电耐受时间，以保障供电连续性。
3. 备自投与继电保护的配合策略
备自投装置与上下级继电保护的配合是防止故障扩大的核心环节。
（1）后加速保护的投入与退出。备自投合闸至故障母线时，后加速保护应瞬时动作跳闸，切除合闸电源。后加速记忆时间通常整定为3秒，该时间须大于合闸冲击电流持续时间且小于相邻馈线保护的最长动作时间，以保证选择性。
（2）重合闸与备自投的闭锁关系。当工作电源进线配置了线路重合闸时，重合闸动作周期内应闭锁备自投，待重合失败后再允许备自投动作。这一配合关系可通过保护装置间的GOOSE通信或硬接点实现。
4. 运行维护与定期检验要求
备自投装置的可靠性依赖于规范的日常维护和周期性检验。
（1）日常巡视内容。运行人员应定期检查备自投装置面板指示是否正常、有无异常告警信号、充电指示灯是否点亮。同时检查直流操作电源电压是否在允许范围内，断路器辅助触点及跳合闸压板位置是否与系统运行方式一致。
（2）定期检验项目。备自投装置应纳入年度预防性试验计划，检验内容包括：开入开出通道校验、动作逻辑模拟测试、动作时限校准、出口继电器触点接触电阻测量以及通信通道检查。对于长期未动作的备自投，应使用专用测试仪模拟失压条件进行实际传动试验，验证完整动作链的可靠性。
总结
柴油发电机组备用电源自动投入的逻辑设计须紧密围绕主接线结构展开。暗备用方式下两路电源互为备用，分列运行，AAT充放电条件与跳合闸时序有严格的逻辑互锁；明备用方式下一路运行一路备用，母联须保持合闸。在多分段母线系统中，三分段方式切换逻辑简洁但需关注变压器过负荷，四分段和六分段方式通过细化母线分段实现了负荷的合理分配，其中六分段方案在避免联切负荷方面更具优势。备自投装置的工程应用还需重点关注充电条件确认、跳合闸时限整定、与继电保护的配合策略以及定期运维检验等关键技术环节。理解和掌握上述逻辑关系与配合原则，是确保发电机组备用电源安全、可靠、智能投入的控制基础。
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