自动转换开关（ATS）在变电站中的应用及投切问题

国网山西省电力公司检修分公司 焦泽强 侯彦农



自动转换开关（ATS）在变电站中的应用及投切问题

国网山西省电力公司检修分公司 焦泽强 侯彦农

【摘要】为了保证重要负荷的供电连续性，自动转换开关（ATS） 在变电站中的低压站用变系统中得到广泛应用。本文介绍自动转换开关的概念，性能以及某500kV变电站中616WN型ATS的结构原理和电气原理。由实际使用过程中遇到的问题做了相应的现场实验，从而针对这一型号ATS控制器的特点结合变电站特殊运行方式做出了合理的使用方法，解决了困扰变电站安全运行的问题。

【关键词】自动转换开关（ATS）；概念；性能；原理；控制器；问题

一、自动转换开关的类型及工作原理

（一）按结构组合形式分类

（1）整体结构方式。开关由两组动触头、公用静触头及电磁操作机构、机电联锁机构组成，配有独立的控制器。控制器有完善的参数检测、工况显示及告警功能。本体开关触头转换的程序在机械结构上就被固定，只能是“通—断—通”，无论什情况发生都不会造成2个电源同时投入。（2）组合结构方式。该开关结构由2台断路器（或接触点或开关）及电动（磁）执行机构、机电联锁机构组成，配置独立的或一体装设的控制器。

（二）按电气性能分类

（1）PC级自动转换开关。PC级自动转换开关能够接通、承载短路，但不能分断短路电流，未配备过电流脱扣保护。（2）CB级自动转换开关。CB级自动转换开关能够接通、承载并允许分断短路电流。在短路或过载时，自动转换开关闭锁自动转换功能，不进行自动转换。只有当电压失压或异常时，才进行自动转换。

该变电站所用的616WN型ATS为整体结构方式PC级。

（三）工作原理

ATS一般由三部分组成：开关主体、操作机构和控制器。

主要工作原理是：通过控制器，实时检测两路电源的状态。当工作的电源回路发生失压、欠压、断相等，控制器发出动作指令，ATS操作机构在接到指令后，带动开关本体的操作手柄投向备用电源回路，保证负荷端不间断地供电。如图1.1所示。

图1.1 ATS示意图

图1.2 ACA220端子示意图

控制器：

该站所用控制器型号为ACA220系列控制器，端子如图1.2所示。

端子A1，B1，C1，N1和A2，B2，C2，N2是控制器装置取用的主电源和备用电源。

其取用电源分别从站用变压器进线端和柴油发电机进线端接入。如下图2.1所示。

端子L1、L2：接ATS辅助开关作为判断接通一路和二路相应电源遥信。

端子VIN，GND：发电机组起动信号的发出。在该站系统中未使用。

端子M1、M2为主电源切换输出无源接点。当L1接收到相应遥信后，M1、M2接通。该站将A1与M1短接，作为ATS在接通主电源后，为ATS跳合闸线圈提供电源。

端子M3、M4为备用电源切换输出无源接点。作用及接线方法同“端子M1、M2”。

端子M5、M6为发电机组起动输出常开无源触点。当主电源出现缺相、失压时，M5、M6接通，发出启动柴油发电机信号。

各接点动作时间：

M1、M2和M3、M4延时闭合：0～60秒，该站调整为30秒

M1、M2和M3、M4延时打开：0～60秒，该站调整为30秒

M5、M6延时闭合：一路异常后0～90秒，该站调整为30秒。

M5、M6延时打开：一路正常后0～90秒，该站调整为20秒。

二、自动转换开关在站内的应用及遇到的问题

（一）自动转换开关在该站的接线及运行方式

接线方式见图2.1。正常运行方式下，11ZK、21ZK开关在合位，1号、2号站用变低压侧分别供交流Ⅰ、Ⅱ段负荷；备用电源由柴油发电机来承担，1、2号ATS近制器均处于自动位置，31ZK为开关为常合状态，32ZK开关断开。

柴油发电机有三个位置：“停用”，“手动启用”，“自动”。

（二）正常电源切换顺序

1.事故时站用变压器电源与备用电源柴油发电机的切换方式

当1号（或2号）站用变压器低压侧失电时，ATS控制器检测到主电源无电，1ATS（或2ATS）M5、M6闭合发信号到柴油发电机组控制装置，柴油发电机启动合32ZK开关，当1ATS（或2ATS）监测到备用电源有电时，进行先断后通切换，将负载切换到柴油发电机上。

2.站用变低压侧电源恢复时与柴油发电机电源的切换方式

当1ATS（或2ATS）控制器监测到站用变压器低压侧电源恢复时，将负载切换到工作电源20S后收回启动柴发信号（M5、M6分开），3min后柴油发电机自动关停，32ZK开关断开。

图2.1 站用变交流系统接线图

（三）自动转换开关应用中遇到的问题

1.停用1号或2号站用变时存在的问题

由于诸多原因在施工时，将380V交流Ⅰ段母线和380V交流Ⅱ段母线使用两备用出线负荷开关作为联络开关，联结交流Ⅰ、Ⅱ段母线。使用运行的一台站用电作为全站的主供电源，将柴发作为在站用电1或2停电时的备用电源。（即当2号站用变停电时，把柴油发电机打至停用位置，将21ZK开关拉开，合上交流Ⅰ、Ⅱ段联络开关，1号站用电带全站负荷，柴发打至自动位置）如上图2.1所示。

以2号站用变停电为例：

操作顺序如下：（1）柴油发电机由自动位置切换至停用位置。（2）将2ATS由自动位置切换为手动位置。（3）拉开21ZK开关。（4）合上交流Ⅰ、Ⅱ段母线联络开关。（5）柴油发电机由停用切换至自动位置。

在操作完第4步以后，应将柴油发电机恢复到自动位置，此时，柴油发电机启动。

此时将两台ATS控制器M5、M6端口二次接线甩开，测量2号ATS控制器M5、M6接点，测量结果为闭合（即一直发送着启动柴油发电机的信号）。

2.问题的解决

（1）ATS控制器手动位置下的实验

模拟前状态：2号站用变21ZK开关在分闸位置，交流Ⅰ、Ⅱ段母线联络开关在合位，1ATS控制器在自动位置，2ATS控制器在手动位置，由11ZK开关供全站负荷，柴油发电机组在停用位置。将2ATS控制器M5、M6端口二次接线甩开。

进一步检查发现2ATS控制器装置电源由1号变用变低压侧电源供电。

通过拉合2ATS控制器装置取用的两路电源，配合ATS控制器“手动/自动”位置来模拟站用变低压侧的无电或有电状态。模拟试验结果如下：

2ATS控制器位置2ATS控制器起始状态2ATS控制器最终状态2ATS控制器M5、M6接点（起始状态）2ATS控制器M5、M6接点（最终状态）手动　主电源无电，柴发供电源无电主电源有电，柴发供电源无电　闭合　闭合自动　主电源无电，柴发供电源无电主电源有电，柴发供电源无电　闭合　30S后断开

（2）结果分析

由上述实验发现，ATS控制器在手动位置下，一旦一台站用变低压侧失电，其ATS控制器将持续可靠地发出起动柴发信号，即使ATS控制器装置恢复送电，仍继续发出起动信号。保证控制器在手动模式下，人员可由手动切换任一路电源（站用电电源或柴油发电机电源）；而当ATS在自动位置下，一旦站用变低压侧失电，ATS控制器发出起动柴发信号，检测到柴油发电机一侧有电时，切换到柴油发电机供电；当站用变恢复送电后，恢复到正常供电方式。

结合实验分析，在切换为上述方式后，2号站用变压器停电，2ATS控制器装置电源失电而后带电，手动位置下的2ATS控制器仍然发出启动信号。

（3）切换方式的改进。由实验及实验分析知道ATS控制器特性之后，将操作顺序修改如下：以2号站用变压器停电为例：1）柴油发电机由自动位置切换至停用位置。2）拉开21ZK开关。3）合上交流Ⅰ、Ⅱ段母线联络开关。4）将2ATS由手动位置切换为自动位置。5）30S后，将柴油发电机由停用位置切换至自动位置。

（4）结论：经现场实际停用2号站用变操作，柴油发电机在操作过程中不会起动，问题得以解决。将“2ATS控制器由手动位置改为自动位置”由停电前切换改为送电结束后操作。保证了柴油发电机正确启动和停止。

三、结语

柴油发电机已在现代工业中广泛应用，但对于ATS控制器与其配合特性却了解不深，需要在运行中引起重视。（1）由于柴油发电机作为备用电源有其根本的特性，而在变电站使用时更改其使用特性，应结合站内实际情况做好ATS与柴发、站内电源的配合使用。（2）设计柴发作为备用电源时，应考虑其电源使用频率、时间长短作为设计备用电源的依据。

参考文献

［1］VITZRO说明书［Z］.韩国飞龙株式会社.