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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。本文说明ATS的产品发展历程与常见应用方案，梳理参数要求，并分别介绍ABB、施耐德与西门子三种开关转换柜的功能与配置。

 

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：

 

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

 

（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。

 

 

图3  柴油发电机与市电转换接线图（两种方式）

 

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。

 表1    ATS转换柜基本零件清单

 

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。

 

图4  ATS转换柜外观示意图

图5  转换开关功能操作流程图

 

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；

（3）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，则从第4步开始执行。

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CB2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—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。

表3    ATS转换柜功能表（800A~2500A）

 

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. 基本运行方式

（1）市电为主用电源：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）容量不足时的卸载：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）保护功能：施耐德双电源转换装置具有过负荷、短路、缺相等保护功能。

2. 运行位置与操作方式

（1）自动位置：转换开关在自动位置，装置自动运行。

（2）手动位置：在手动（停止）位置，UA自动切除，可在KIT上手动分合断路器。

（3）R位置：在R位置，可强行启动柴油发电机组。

（4）N位置：在N位置，可强行停柴油发电机组。

（5）检修时的应用：N、R位置可用于检修时倒换负荷。

3. 转换时间与结构特点

（1）转换时间范围：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。

（2）模块化结构：本装置为模块化结构，在运行时可更换或检修其他部件。

（3）固定式断路器的处理：断路器如采用固定式，电路中需加隔离开关。

4. 配置选型

（1）框架式配置

 

表4   施耐德应急电源转换装置配置表（框架）

（2）塑壳式配置

表5   施耐德应急电源转换装置配置表（塑壳）

 

（3）配置表的用途：上述配置表按市电与应急两路电源的额定电流组合列出了对应的断路器、控制单元与执行机构型号，选型时可按负荷容量对照选取。

 

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—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。

1. 电路图的使用说明

（1）抽屉式与固定式的差异：控制电路仅示断路器为抽屉式安装，固定式安装时需另行配置隔离开关。

（2）隔离开关的联锁要求：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。

（3）联锁的作用：联锁用于防止在断路器合闸状态下操作隔离开关，避免带负荷拉闸造成电弧与设备损坏。

2. 配置选型

（1）固定式开关配置

表6    西门子开关应急电源转换装置配置表 

 

（2）固定式与抽屉式的区别：固定式开关的执行机构为3WX3666-1JA00，抽屉式开关的执行机构为3WX3666-2JA00，两者在安装与维护方式上不同。

（3）选型要点：选型时按两路电源的额定电流组合对照表中型号选取，并确认断路器为固定式还是抽屉式，以配置相应的执行机构。

 

图9  西门子转换开关接线图

 

 

总结

ATS电源自动转换开关电器的发展经历了接触器类、空气断路器类与一体化设计三个阶段，目前以一体化设计的PC级产品为主流。施耐德转换柜具有自动与手动两种运行方式，并设有R、N位置用于强行启动与停止柴油发电机组，转换时间调节范围为0.1秒～240秒，采用模块化结构便于运行时检修；西门子转换柜的控制电路区分抽屉式与固定式安装，固定式需另配隔离开关并增加联锁，其配置表按两路电源额定电流组合列出断路器、控制单元与执行机构型号。其意义在于：ATS是保障消防、医院、银行等重要负荷连续供电的关键设备，其性能直接决定市电失电时备用电源能否迅速投入。理解其发展历程、应用方案与参数要求，掌握ABB、施耐德与西门子三种转换柜的切换程序、运行位置、联锁要求与配置选型，有助于在设计与运维中根据负荷等级、电流容量与保护要求合理选型，确保重要负荷在市电故障时可靠切换至柴油发电机组供电。

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