双电源自动切换开关在南水北调工程中的应用

王永凯

（南水北调中线干线建设管理局天津分局，天津300309）

1 引言

自动转换开关电器（Automatic Transfer Switching Equipment）以下简称ATSE，双电源自动转换开关一般由两部分组成：开关本体和控制器。开关本体主要分为负荷隔离开关机电一体式（PC级）与断路器（CB级）。控制器对两路电压/电流同时进行检测，对高于额定值（可调）的电源电压判为过电压，对低于额定值（可调）的判为欠电压。控制电路对上述检测结果进行逻辑判断，处理结果通过电路驱动相应的指令向电动操动机构发出分闸或合闸指令。

ATSE开关本体主要为PC级和CB级，两者结果不一，PC级ATSE是以负荷开关作为执行器，负荷开关不具有过电流脱扣器，因此能够接通、承载、但不用于分断短路电流，不具备保护功能，但其具备较高的耐受和接通能力，能够确保开关自身的安全，不因过载或短路等故障而损坏。CB级ATSE是以断路器作为执行器，断路器本身有过电流脱扣器，它的主触头能够接通并用于分断短路电流，具备选择性的保护功能，能对下端的负荷和电缆提供短路和过载保护。

2 ATSE CB级与PC级对比

2.1 触头材料的选择

CB级断路器经常选择银钨、银碳化钨材料配对，这有利于分断电弧，但该类触头材料易氧化，在其表面易形成阻碍导电、难驱除的氧化物，切换过程中易造成开关烧毁。

PC级触头为银合金，不易氧化，触头分离速度大，有专门设计的灭弧室。

2.2 通断能力

CB级双断路器配备过流脱扣器，一且出现短路和过电流的情况，脱扣器脱扣，从而分断短路电流。脱扣器脱扣时以分断电弧为己任，需要快速脱扣。因而可能存在滑扣、再扣不可靠因素。

PC级为负荷隔离开关，可承受20 Ie及以上过载电流，具有较强通断能力。隔离开关触头压力要求较大，不易被拆开，动作可靠。

2.3 产品安全性

PC级ATSE的内部结构导致其电气间隙、爬电距离一般高于CB级的1.5～1.8倍。爬电距离越高产品内部结构更加安全，因而PC级ATSE安全性要高于CB级ATSE。

2.4 成本分析

CB级相对于PC级ATSE成本更低。

2.5 动作时间

CB级是由控制器控制带有机械连锁的电动传动机构来实现自动转换，切换时间1～2 s。对于切换时间要求不高的场所可以选用CB级ATSE。

PC级是由励磁驱动，简单可靠，动作时间快，一般 100～200 ms，动作切换迅速。

3 现场设备合理性分析

综上所述，PC级ATSE动作可靠，转换速度快，综合比较其性能要高于CB级ATSE。南水北调天津干线使用的ATSE型号为WATSND-400/400 3 CBR-F（2），属于CB级。南水北调现场切换电源主要为自动化监测设备、金属结构机电设备及照明设备正常运行提供保障，对于切换开关本省切换时间要求不是很严格，设备的运行安全及供电的连续性是首要考虑的因素，一旦负载端出现过流状况，能够及时切断电源保护现场设备安全尤为重要，如果选择PC级需要增加过流保护器等装置，增加了产品的复杂性，因此选择一体式具有保护功能，能对下端的负荷和电缆提供短路和过载保护的CB级ATSE。同时，国家有相关规定对于负载端消防泵类负载时，必须采用PC级ATSE。

4 南水北调供电系统ATSE参数分析

4.1 工作方式

南水北调供电系统工作方式为自投自复，电源方式为电网油机，其中主为电网供电，备为柴油发电机供电，此种工作方式保证一旦主电源发生故障能够及时切换到备用电源，保证供电连续性。

4.2 电压保护

参考南水北调天津干线霸州段设备参数：主欠压为312 V；主过压：430 V；备欠压为312 V；备过压为430 V。根据相关规范，三相供电电压允许偏差为额定电压的±10%，即380 V电压允许偏差范围为342～418 V，电气设备在长时间过低或者过高电压下工作会严重影响设备的使用寿命及设备运行的安全性。

4.3 转换时间

转换延时，当市区供电发生故障时，备用电源即发电机立即启动，但是ATSE并不会立即切换，控制器会监测主电源是否确实发生故障，转换延时即为控制器监测过程，转换延时为40 s，一定时间内确定主电源故障无法恢复会自动切换至备用电源供电，根据《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）规定，允许中断供电时间且备用电源为快速自动启动的应急发电机组，适用于允许中断供电时间为15～30 s的供电。

从备用电源恢复到主电源，并不是因为备用电源故障。通常不希望主电源一恢复就立即转换，而需要在常用电源恢复正常一定时间后ATSE再切换到主电源，这段时间为返回延时，返回延时为40 s，延时切换的目的在于确保主电源正常，避免因为主电源短时间再次出故障，导致频繁转换，柴油机频繁启动。因此返回延时需要根据现场设备允许设定值区间内合理选择。

4.4 正常工作环境

按照工程管理规定，正常工作环境时，周围空气温度上限40℃，周围空气温度下限-5℃，大气相对湿度在周围空气温度为40℃时不超过50%。

4.5 建议

在正常工作时，有如下建议：（1）电压范围按照欠压342 V，过压418 V调整；（2）由于发电机启动至运行正常工作时间需要10 s左右，因此转换延时按照相应规范设定，建议30 s；（3）由于天津干线地处北方，夏季气温较高，冬季气温较低，建议现地站高低压配电室配置空调。

5 结语

双电源自动切换开关可靠的运行在实际工作中起到尤为重要的作用，在设备选型过程中一定要结合工作需要选择合适性能参数的设备，同时规范的使用该设备才能为工程的正常运行提供保障。