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摘要：ATS是自动转换开关电器的简称，是Automatic transfer switching equipment的缩写，也称之为双电源转换柜。国家标准GB/T 14048.11-2002《低压开关设备和控制设备第6部分：多功能电器第1篇:自动转换开关电器》定义为：由一个（或几个）转换开关电器和其它必需的电器组成，用于检测电源电路，并将一个或多个负荷电路从一个电源自动转换到另一个电源的电器。ATSE主要用在低压供电系统中，一些重要用电负荷如消防、医院、银行、工艺流程不能停电等供电场所，需将负载电路从一个电源自动换接至柴油发电机组紧急供电系统，以确保重要负荷连续、可靠运行。

 

一、市电与发电转换应用方案

 

1、发展的历程

      ATS的产品发展经历三个阶段：接触器组成的ATS、空气断路器组成的ATS、一体化设计的ATS。

（1） 接触器类

　　此类电源切换系统以接触器为切换部件，切换功能用中间继电器或逻辑控制模块组成二次回路完成控制功能。优点是价格低、制造工艺要求低；缺点是主回路接触器工作需要二次回路长期通电，线圈长期通电耗能易烧毁，产品的接通分断能力低，触头易抖动、熔焊，其产品故障率较高、可靠性很低。这类产品在国外已被淘汰并禁止使用，国内仍然有少量使用，此类产品本文不作讨论。

（2）空气断路器类（CB级）

　　此类电源切换系统以塑壳空气断路器为切换部件，切换功能用ＡＴＳ自动控制单元完成，有机械和电气连锁，功能完善，组成元器件较少，安装方便，能够接通、承载、但不用于分断短路电流；缺点是体积大，存在电机堵转情况，空气断路器多采用进口空气断路器，特别是大电流回路，价格较高，现被广泛应用。

（3）一体化设计的ATS（PC级）

　　此类电源转换系统是集开关与逻辑控制于一体，无需外加控制器，真正实现机电一体化的自动切换开关。此类电源切换系统产品，为统一设计制造，体积小，结构简单，开关切换驱动采用电机驱动，切换平稳可靠，克服了其它产品缺点，是目前国内外市场主要的双电源转换产品。

2、常见方案

      ATS转换开关接至两路进线电源，方案如图1所示，切换时序如图2所示：

（1）两路电源均来自中-低压变压器的低压侧（市电a-市电b），LN2用作应急电源；

（2）一路常用电源和一路备用电源，接线图如图3所示。

3、参数要求

      ATS转换开关连续监测与分析两路电源以下参数：

（1）频率（1.1fn>f>0.9fn）;

（2）电压（决定于Lim的设置）;

（3）相间不平衡电压（决定于Lim的设置）。

      如果测量电压值与额定电压值的差异大于Lim设置的极限值，那么ATS转换开关将认为电源发生了故障。同理，Lim设置的极限值也适用于相间的最高电压与最低电压之间的差值。如果电源频率超出了（1.1fn>f>0.9fn）范围，它也会看作电源发生了故障。

 

图1  柴油发电机与市电切换电路简图

图2  柴油发电机与市电启动切换时序图

 

 表1    ATS转换柜基本零件清单

 

图3  柴油发电机与市电转换接线图（两种方式）

  

二、ABB开关转换柜功能

 

      柴油发电机配套的双电源转换柜外形如图4所示，基本功能流程如图5所示。

1、自动功能

       如果LN1发生了故障，ATS转换开关将执行以下切换程序：

（1）延时Ts（由Ts延时旋钮设置：0，5，10，15，20，25，30秒）;

（2）启动发电机（如果设置为使用发电机的话）;

（3）如果LN2正常，则发出断开CB1命令，如果5秒钟后CB1仍然闭合，则发出‘断开CB1失败’报警，通过Alarm LED闪烁和CB1 LED亮来表示，按RESET按钮清除报警和重启自动控制逻辑；

（4）固有延时TF（3.5S）;

（5）发出闭合CB2指令，如果发出指令5秒后，CB2仍然断开，则发出‘闭合CB2失败’报警，通过Alarm LED和CB2 LED同时闪烁来表示，按RESET按钮清除报警和重启自动控制逻辑。

      如果CB1的初始状态为断开，则从从第4步开始执行。如果LN1恢复正常，ATS转换开关将执行以下切换程序：

（1）延时Ts；

（2）发出断开CB2命令，如果5秒钟后CB2仍然闭合，则发出‘断开CB2失败’报警，通过Alarm LED闪烁和CB1 LED亮来表示，按RESET按钮清除报警和重启自动控制逻辑；

（2）固有延时TF（3.5S）;

（4）发出闭合CB1指令，如果发出指令5秒后，CB1仍然断开，则发出‘闭合CB1失败’报警，通过Alarm LED和CB2 LED同时闪烁来表示，按RESET按钮清除报警和重启自动控制逻辑；

（5）延时TGOFF（5，10，15，20，25，30秒或5分钟）；

（6）停止发电机（如果设置为使用发电机的话）。如果CB2的初始状态为断开，则从从第4步开始执行。

 

图4  ATS转换柜外观示意图

图5  转换开关功能操作流程图

 

2、手动功能

      在手动模式下断路器可由CB1和CB2按钮控制分合。如果断路器没有执行相应的指令，则ATS转换开关发出与自动运行模式一样的报警。

按CB1按钮：

（1）如CB1闭合，发出断开CB1指令：

（2）如CB1和CB2均断开，则发出闭合CB1指令；

（3）如果CB1断开且CB2闭合，则不执行任何操作。

按CB2按钮：

（1）如CB2闭合，发出断开CB2指令：

（2）如CB1和CB2均断开，则发出闭合CR2指令；

（3） 如果CB2断开且CB1闭合，则不执行任何操作。

3、电路系统图

（1）容量200A~630A

      图6为额定电流200A～630A市电一应急柴油发电机组自动转换塑壳断路器控制电路图。控制电路仅示断路器为抽屉式安装。当断路器为固定式安装时，隔离开关为电动时，应增加联锁，当断路器处于合闸位置时，该回路上的上、下隔离开关不能打开；当断路器处于打开位置时，该回路上、下隔离开关可以分闸。

 表2    ATS转换柜功能表（200A~630A）

 

（2）容量800A~2500A

       图7为额定电流800A～2500A 市电-应急柴油发电机组自动转换空气断路器控制电路图。控制电路仅示断路器为抽屉式安装。当断路器为固定式安装时，隔离开关为电动时，应增加联锁，当断路器处于合闸位置时，该回路上的上、下隔离开关不能打开；当断路器处于打开位置时，该回路上、下隔离开关可以分闸。

  

图6   ATS转换柜系统接线图（630A以下）

图7  ATS转换柜系统接线图（800A以上）

  

三、施耐德开关转换柜功能

 

      柴油发电机采用施耐德开关的转换柜配置选型如表4、表5所列，配电接线如图8所示。

1．市电为正常电源，柴油发电机组应急备用，当市电故障时，UA发出信号启动柴油发电机组；当市电恢复时，UA发出信号停柴油发电机组，恢复正常供电。

2．如柴油发电机组容量不足时，UA可发出信号卸掉次要负载；当市电恢复时，UA可发出信号恢复被卸掉负载。如柴油发电机组容量足够，卸载、加载接线端子不接线即可。

3．施耐德双电源转换装置具有过负荷、短路、缺相等保护功能。

4．转换开关在自动位置，装置自动运行；在手动（停止）位置，UA自动切除，可在KIT上手动分合断路器；在R位置，可强行启动柴油发电机组；在N位置，可强行停柴油发电机组。N、R位置可用于检修时倒换负荷。

5．市电与发电柴油发电机组电源转换时间调节范围为0.1秒～240秒。

6．本装置为模块化结构，在运行时可更换或检修其他部件。

7．断路器如采用固定式，电路中需加隔离开关。

 

表4   施耐德应急电源转换装置配置表（框架）

 

表5   施耐德应急电源转换装置配置表（塑壳）

 

图8  施耐德转换开关接线图

 

四、西门子转换柜功能

 

      柴油发电机采用西门子开关的转换柜配置选型如表6所列，配电接线如图9所示。

      图9为额定电流250A～1250A市电一应急柴油发电机组自动转换空气断路器控制电路图。图9控制电路仅示断路器为抽屉式安装。当断路器为固定式安装时，隔离开关为电动时，应增加连锁，当断路器处于合闸位置时，该回路上的上、下隔离开关不能打开；当断路器处于打开位置时，该回路上、下隔离开关可以分闸。

表6    西门子开关应急电源转换装置配置表 

 

图9  西门子转换开关接线图

 

 

总结：

　　 电源自动转换开关电器ATS作为一种电源切换系统产品，随着技术的不断发展和进步，必然向大电流、切换可靠性更高、功能更全面的方向发展，在柴油发电机组中将得到更广泛的应用。电源自动转换开关电器ATS尚无专门的国家标准，目前适用的国家标准GB/T 14048.11-2002《低压开关设备和控制设备 第6部分：多功能电器第1篇:自动转换开关电器》，已经不能对ATS给予准确、全面的定义，可以说是已经不适用了。为以后同类产品检验、检测及国家强制的3C认证提供依据，康明斯公司认为应及早起草新的低压双电源自动切换装置国家标准。同时康明斯公司建议国家标准应规定电源自动转换开关（PSATS）具有隔离功能，以便电源自动转换开关应用更方便、更广泛。

 

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