轉(zhuǎn)換開關(guān)電器在特殊場所的應用

轉(zhuǎn)換開關(guān)電器在特殊場所的應用

摘

要本文分別以碼頭輪胎吊機和錯峰用電的應用場合為例，介紹了轉(zhuǎn)換開關(guān)電器的使用條件、功能和工作原理。關(guān)鍵詞轉(zhuǎn)換開關(guān)電器控制器故障AbstractTakingtheapplicationsofpiertirecraneandpeakloadshiftingforexample,thispaperintroducestheworkingconditions,functionandworkingprincipleoftransferswitchingequipment.Keywordstransferswitchingequipment,controller,malfunction1引言在比較重要的場所，為了保證負載的正常供電，一般由兩路電源供電，對兩路電源的選擇，運用最多的是自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器(ATSE)，該開關(guān)電器由控制器部分與本體開關(guān)兩部分組成。用于市電與市電或市電與發(fā)電機兩路電源之間的轉(zhuǎn)換。主要功能是：當兩組電源設定為一主一備時，將優(yōu)先使用主電源，當主電源出現(xiàn)故障時，例如：電源的停電、欠壓、過壓、缺相（部分產(chǎn)品具有對頻率的檢測，超過設定值時同樣具有轉(zhuǎn)換功能），控制器部分能夠進行快速故障判斷，確認出現(xiàn)故障時對本體開關(guān)部分發(fā)出控制信號，將電源轉(zhuǎn)換至備用電源，保證給負載持續(xù)供電。當主電源正常時，控制器部分對本體開關(guān)部分發(fā)出控制信號，將電源轉(zhuǎn)換至主電源，由主電源給負載供電。當兩組電源設定為互為備用時，控制器部分將選擇任意一路電源給負載供電，只有在該電源出現(xiàn)故障時，控制器部分將對本體開關(guān)部分發(fā)出控制信號，將電源轉(zhuǎn)換至另一路電源。控制器部分在各個轉(zhuǎn)換過程具有延時可調(diào)、指示、報警、通信等輔助功能。產(chǎn)品符合國際標準IEC60947-6-1和國家標準《低壓開關(guān)設備和控制設備第6-1部分：多功能電器轉(zhuǎn)換開關(guān)電器》（GB/T14048.11）。一般應用于兩路電源為相同電壓、相同頻率的交流電源之間的轉(zhuǎn)換。本文所述的特殊場所的應用主要是指非相同電壓、相同頻率、相同相數(shù)的電源之間的轉(zhuǎn)換。2碼頭輪胎吊機上ATSE的運用碼頭輪胎吊機原設計為自帶三相柴油同步發(fā)電機，提供輪胎吊機的所有電能，額定功率為350kW，采用三相三線制，額定線電壓為440V±5%，電流約為550A。采用此種方式，存在以下明顯缺點：1）柴油內(nèi)燃發(fā)電機噪聲相當大，實際現(xiàn)場往往是多臺吊機同時工作，更加明顯。2）柴油內(nèi)燃機尾氣污染大，造成嚴重的空氣污染。3）柴油發(fā)電成本高，發(fā)電機接近滿負荷工作時發(fā)出1kWh電，消耗柴油約為0.35~0.45L，折合約2.8~3.5RMB，柴油發(fā)電機輕載或空載時單位油耗更大，成本更高。另外，柴油發(fā)電機還有不少的維修、維護費用。如果使用地面電網(wǎng)電源，成本將極大的降低。為解決以上問題，同時防止出現(xiàn)電源缺相情況發(fā)生，降低電源傳送的難度，考慮從地面配電房送直流電源給各臺輪胎吊機供電，除了可以滿足要求外，更具有以下優(yōu)點：1）多臺輪胎吊機組網(wǎng)由地面直流電源供電，吊裝物品在下降時吊機的主電機工作在發(fā)電機狀態(tài)，可以為直流電網(wǎng)反饋電能，節(jié)能效果相當明顯。2）由于是多臺輪胎吊機組網(wǎng)，大大提高直流電網(wǎng)（局部網(wǎng)）的抗沖擊能力。因此，選擇直流電源為優(yōu)先使用電源。直流電源由地面專用的三相變壓器輸出，經(jīng)過全波整流后取得。三相變壓器的線電壓為440V±10%,整流后電壓為600V±10%，單臺輪胎吊機的額定電流約為580A。ATSE本體開關(guān)的選擇。A電源（主電源）側(cè)：額定電壓600V±10%（DC），額定電流630A。B電源（備用電源）側(cè)：額定電壓：440V±5%（AC），額定電流630A。具體電路系統(tǒng)如圖1所示。圖1碼頭輪胎吊機電路系統(tǒng)圖ATSE的特殊要求：1）本體開關(guān)部分：（1）本體開關(guān)應具有獨立的交流電源輸入/輸出接口與直流電源輸入/輸出接口，交直流電源之間完全隔離。（2）直流電源供電時，直流電壓達到660V,在大電流、高電壓情況下，直流電源通斷時滅弧相當困難，應采用多極串聯(lián)的方式，為提高滅弧效果，在設計上可以考慮運用磁吹滅弧，另外對開關(guān)轉(zhuǎn)換的同步性要求極高，應對結(jié)構(gòu)設計及工藝嚴格保證。2）控制器部分：（1）為保證工作可靠，應加強控制器EMC抗干擾設計；電源端增加防浪涌器件（如壓敏電阻或放電管），使其最低能耐受6kV的沖擊電壓；為抵抗諧波或感性負載運行時的干擾串擾到電源線上，在控制器電源輸入端加裝吸收EFT（脈沖群抗擾度）干擾的裝置（如EFT抑制器或安規(guī)電容和電感）。電源諧波還會疊加到控制器電壓采樣電路，為保證電源電壓采樣的準確性，避免誤動作，在控制器采樣電路要增加低通濾波處理，軟件設計時也要進行采樣數(shù)據(jù)的平滑處理。（2）采用數(shù)碼管顯示，顯示直觀、設置方便，抗干擾能力強。（3）具有與上位機通信的功能，方便集中控制。（4）主電源應改為直流采樣，備用電源應改為交流線電壓采樣。（5）控制器部分電源除了采用400V交流、600V直流供電外，還增加了第三路的24V直流蓄電池供電，當兩路電源均出現(xiàn)故障時，仍然可以保證控制器正常工作：正常指示、報警、通信。（6）本體開關(guān)部分的輔助開關(guān)與控制器的反饋線接口連接，實現(xiàn)閉環(huán)實時控制，本體開關(guān)轉(zhuǎn)換更加可靠。3在三相電源變成單相電源時轉(zhuǎn)換開關(guān)的運用一般情況下，一個電網(wǎng)中用戶的三相負載占大多數(shù)，但也有單相負載，單相負載中主要是單相照明負載，各單相負載比較均勻地分配在三相電源的各相中，當用電緊張需要錯峰用電時，必須強制停止三相負載，但是又應該保證用戶單相負載，特別是單相照明負載的正常供電。這種情況下，運用轉(zhuǎn)換開關(guān)（TSE）的轉(zhuǎn)換功能，起到三相電源變成單相電源的作用，是極好的選擇。用電緊張需要錯峰用電，轉(zhuǎn)換開關(guān)需要轉(zhuǎn)換時，由供電局監(jiān)控中心遠程發(fā)出指令，傳輸至各臺轉(zhuǎn)換開關(guān)的控制器，因此控制器需要具有通訊功能，且能夠與監(jiān)控中心進行實時通訊，彼此之間通訊協(xié)議需要完全匹配。這種情況下，該雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的功能、用途已經(jīng)發(fā)生了改變，不再是傳統(tǒng)的“當一路電源出現(xiàn)故障（例如：停電、欠壓、過壓、缺相、過頻率、欠頻率）后，快速自動轉(zhuǎn)換到另外一路電源（假設此電源是正常的）”。該轉(zhuǎn)換開關(guān)完全是由供電局遠程控制，按實際要求操作轉(zhuǎn)換，也就是說是人為的遠程操作、控制轉(zhuǎn)換，與電源是否有故障沒有任何關(guān)系。因此，控制器對電源的檢測只用于顯示，不進行判斷，也不根據(jù)電源是否出現(xiàn)故障情況對本體開關(guān)進行轉(zhuǎn)換控制。不同區(qū)域負載使用不同的轉(zhuǎn)換開關(guān)進行控制，不同的轉(zhuǎn)換開關(guān)單相進線選擇接入不同的相線，即L1、L2、L3的其中一相，從而達到電網(wǎng)各相負載的平衡。三相變成單相運用原理圖（以三臺TSE分別控制三個不同區(qū)域為例）見圖2。圖2三相變單相運用原理圖對TSE的特殊要求：1）本體開關(guān)部分：使用通用的3極本體開關(guān)，無特殊要求。2）控制器部分：（1）為保證工作可靠，應加強控制器EMC抗干擾設計；電源端增加防浪涌器件（如壓敏電阻或放電管），使其最低能耐受6kV的沖擊電壓；為抵抗諧波或感性負載運行時的干擾串擾到電源線上，在控制器電源輸入端加裝吸收EFT（脈沖群抗擾度）干擾的裝置（如EFT抑制器或安規(guī)電容和電感）。電源諧波還會疊加到控制器電壓采樣電路，為保證電源電壓采樣的準確性，避免誤動作，在控制器采樣電路要增加低通濾波處理，軟件設計時也要進行采樣數(shù)據(jù)的平滑處理。（2）采用數(shù)碼管顯示，顯示直觀、設置方便，抗干擾能力強。（3）具有與上位機通信的功能，方便集中控制，實現(xiàn)轉(zhuǎn)換功能。（4）本體開關(guān)部分的輔助開關(guān)與控制器的反饋線接口連接，實現(xiàn)閉環(huán)實時控制，本體開關(guān)轉(zhuǎn)換更加可靠。4結(jié)束語自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器(ATSE)在有兩路電源供應且比較重要的場所已經(jīng)廣泛運用，技術(shù)成熟。在一些有特殊要求的場所，對產(chǎn)品進行局部的設計改進，完全可以滿足實際使用要求，并且改進、驗證周期短，經(jīng)濟效益相當明顯。由于本產(chǎn)品已經(jīng)納入國家“3C”認證產(chǎn)品范疇，應進行相關(guān)的補差的形式試驗測試，取得證書后方可以投入生產(chǎn)、使用。參考文獻[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.低壓開關(guān)設備和控制設備第6-1部分：多功能電器轉(zhuǎn)換開關(guān)電器（GB/T14048.11-2008）[S].北京：中國標準出版社,2008.[2]翁瑞琪編.電子工程師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社,