摘要 ：ATS市發(fā)電轉換系統對備用柴油發(fā)電機施加的控制水平取決于用電企業(yè)的主電源電壓。由于每種情況都不同，因此必須由依照柴油發(fā)電機廠(chǎng)家提供的指導和建議。當發(fā)生市電斷電時(shí)，ATS通過(guò)觸發(fā)柴油發(fā)電機啟動(dòng)，并將電源自動(dòng)切換到柴油發(fā)電機供電。但是“市電- 柴油機”型ATS中的柴油發(fā)電機啟動(dòng)信號線(xiàn)的使用是有條件的， 如果對其不正確使用會(huì )導致康明斯柴油發(fā)電機的誤啟動(dòng)， 因此應在設計時(shí)注意避免此類(lèi)低級錯誤。

一、雙電源轉換系統的概述

      在當今高度工作化的時(shí)代下對于用電的需求和供電的穩定性日益增強，而在電力系統供電的領(lǐng)域中由于自動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)（AutomaticTransferSwitches）的發(fā)明，斷電已不再會(huì )對生產(chǎn)造成嚴重的危害。為提高配電系統供電的可靠度及縮短因事故停電的電力中斷時(shí)間及復電時(shí)間，在現今的配電系統中已越來(lái)越多的設計采用了控制切換電源的自動(dòng)轉換系統。為此，本文將介紹和探討關(guān)于自動(dòng)轉換系統的功能與相關(guān)應用。

1、ATS工作模式

      ATS轉換系統的原理簡(jiǎn)圖如圖1所示，柜體外形如圖2所示。ATS轉換開(kāi)關(guān)分為自動(dòng)工作模式和手動(dòng)工作模式兩種工作模式。

（1）自動(dòng)工作模式

      自動(dòng)模式有兩種切換方式，即自投自復（R）和自投不自復（S）兩種。

① 如果是自投自復方式，則當主電源故障時(shí)，自動(dòng)切換到備用電源：一旦主電源恢復正常，無(wú)論備用電源的情況如何，開(kāi)關(guān)自動(dòng)切換到主電源。

② 如果是自投不自復方式，則當主電源故障時(shí)，自動(dòng)切換到備用電源：在沒(méi)有人為干預條件下，即使主電源恢復正常，開(kāi)關(guān)也不會(huì )自動(dòng)切換到主電源。

      在自動(dòng)工作模式中，切換動(dòng)作的固有延時(shí)為80ms以?xún)?控制器的延時(shí)0-30S。

（2）手動(dòng)工作模式

      當控制開(kāi)關(guān)置于手動(dòng)工作模式時(shí)，可根據需要，通過(guò)操作手柄在主電源和備用電源間切換。一旦啟動(dòng)手動(dòng)工作模式，開(kāi)關(guān)將無(wú)自動(dòng)切換能力。用戶(hù)必須通過(guò)控制器上的手動(dòng)按鈕完成電源切換，切換動(dòng)作無(wú)人為延時(shí)。必要時(shí)可將兩路電源同時(shí)置于斷開(kāi)狀態(tài)，以便進(jìn)行電路維護或維修。

2、功能要求

（1）ATS應具有短路保護功能、過(guò)電壓保護功能，為了防止雷電的影響和分合閘所造成的過(guò)電壓，應加裝過(guò)電壓防浪涌保護。

（2）為了更好的實(shí)現線(xiàn)路的全面監控，ATS轉換裝置應具有電源各種故障保護、故障報警指示、運行參數可調及電源電壓顯示等功能，并防止故障電源向負載供電。為實(shí)現“四遙”提供前提條件，實(shí)現智能化集中監控。

（3）由于很多用戶(hù)的供電系統設備都配置了共模和差模干擾濾波器，在系統啟動(dòng)時(shí)會(huì )有較大的漏電流通過(guò)濾波器流入地線(xiàn)，所以ATS轉換裝置不能安裝漏電保護。并且，在雙路電源轉換過(guò)程中，不能存在兩路電源疊加短路問(wèn)題。

表1    雙電源（ATS）轉換柜性能要求

3、使用要求

      兩種不同接地系統間的電源轉換開(kāi)關(guān)應采用四極型開(kāi)關(guān)，以保證兩個(gè)系統的完全隔離。對于有很多使用單相用電設備的用戶(hù)，供電系統有一個(gè)特殊要求，在三相供電系統為單相設備供電時(shí)，系統零線(xiàn)是絕對不允許斷開(kāi)的，如圖3所示。

      如果采用四極型ATS，由于機械轉換的不一致性，可能會(huì )存在瞬間火線(xiàn)通而零線(xiàn)斷的現象，這會(huì )給單相供電的設備帶來(lái)災難性的破壞，導致運行不正?；驌p壞設備。四級ATS轉換開(kāi)關(guān)工作過(guò)程動(dòng)態(tài)圖如圖4所示。

4、雙電源轉換的過(guò)程

二、柴油發(fā)電機信號線(xiàn)連接方式

      柴油發(fā)電機組的自啟動(dòng)信號線(xiàn)比較常見(jiàn)的是使用一種無(wú)源觸點(diǎn)信號，就是電工口語(yǔ)中的干接點(diǎn)信號。通常是采用雙電源轉換柜提供信號源，接線(xiàn)方式如圖5所示。當實(shí)際工作中，電力系統中沒(méi)有雙電源裝置，可采用中間繼電器的方法來(lái)解決，接線(xiàn)方式如圖6所示。

1、選擇信號源

      雙電源市電柴油發(fā)電機組需要接收自啟動(dòng)信號，首先需要選擇合適的信號源。一般情況下可選擇以下信號源：

（1）公用電網(wǎng)信號：市電信號可以直接接入發(fā)電機組自啟動(dòng)裝置，當市電掉電時(shí)，發(fā)電機組將會(huì )接收到停電信號，自動(dòng)啟動(dòng)發(fā)電機組發(fā)電。

（2）開(kāi)關(guān)量信號：開(kāi)關(guān)量信號可以直接接入自啟動(dòng)裝置，一旦接收到開(kāi)關(guān)量信號，發(fā)電機組將會(huì )自動(dòng)啟動(dòng)發(fā)電。

（3）手動(dòng)信號：手動(dòng)信號需要操作人員手動(dòng)按下按鈕或者打開(kāi)開(kāi)關(guān)才能發(fā)送信號，觸發(fā)發(fā)電機組自動(dòng)啟動(dòng)。

2、確定信號線(xiàn)接口

      在選擇好合適的信號源后，需要確定信號線(xiàn)的接口。常用的接口有以下幾種：

（1）數字接口：數字接口是目前應用最廣泛的接口之一，多數發(fā)電機組都兼容數字接口。它具有傳輸速度快、傳輸精度高等優(yōu)點(diǎn)，但是數字接口需要額外連接調制解調器才能進(jìn)行傳輸。

（2）模擬接口：模擬接口是傳輸自啟動(dòng)信號的另一種方式，它具有成本低、穩定性好等優(yōu)點(diǎn)，但是需要耗費較多的電線(xiàn)，傳輸性能也不如數字接口。

（3）無(wú)線(xiàn)接口：無(wú)線(xiàn)接口是使用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)傳輸自啟動(dòng)信號的方式，它可以實(shí)現無(wú)纜的傳輸方式，但是需要額外購買(mǎi)無(wú)線(xiàn)通信設備，并會(huì )受干擾等問(wèn)題的影響。

3、信號線(xiàn)接線(xiàn)步驟

      在對柴油發(fā)電機啟動(dòng)信號線(xiàn)進(jìn)行接線(xiàn)時(shí)，需要將其連接到控制系統中相應的位置。一般來(lái)說(shuō)，控制系統中會(huì )有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的接口供啟動(dòng)信號線(xiàn)連接。在接線(xiàn)前，需要先將發(fā)電機的電源關(guān)閉，并斷開(kāi)與電網(wǎng)的連接。接線(xiàn)時(shí)，應按照以下步驟進(jìn)行：

（1）找到啟動(dòng)信號線(xiàn)的接口。這個(gè)接口通常標有“啟動(dòng)信號”等字樣。

（2） 將啟動(dòng)信號線(xiàn)的插頭和接口對準，插入接口并擰緊。

（3） 檢查接線(xiàn)是否牢固，確保插頭和接口之間沒(méi)有松動(dòng)的地方。

（4）最后，恢復發(fā)電機的電源，并重新連接到電網(wǎng)上。

4、信號線(xiàn)連接注意事項

      在實(shí)際接線(xiàn)過(guò)程中中，還需要注意以下問(wèn)題：

（1）接線(xiàn)前應先切斷電源，以免造成安全事故。

（2）接線(xiàn)時(shí)應按照說(shuō)明書(shū)和圖紙進(jìn)行，避免接錯線(xiàn)或接反線(xiàn)。

（3）定期檢查接線(xiàn)是否松動(dòng)，如有松動(dòng)應及時(shí)擰緊。

二、雙電源轉換系統的設計思路

1、問(wèn)題的提出

      在工程設計中， 對于不能取得第二路城市電網(wǎng)電源的一、二級負荷和消防負荷的地方， 應急康明斯柴油發(fā)電機以其啟動(dòng)迅速 （ 可控制在15~30s之內完成啟動(dòng)并投入工作） 、啟動(dòng)完成后供電可靠性高， 特別是供電容量大和持續供電時(shí)間長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應用并取得了良好的效果。

      康明斯柴油發(fā)電機在啟動(dòng)時(shí)必須有啟動(dòng)控制信號， 既能夠保證它在主電源停電時(shí)迅速啟動(dòng)以保證及時(shí)供電， 同時(shí)又還要防止其誤啟動(dòng)。關(guān)于這部分內容， 在《供配電系統設計規范》 （ GB 50052- 95） 第3.0.2 條中有明確規定， 同時(shí)在對該條文的解釋中也明確提出“例如應急電源原動(dòng)機的啟動(dòng)命令必須由正常電源主開(kāi)關(guān)的輔助接點(diǎn)發(fā)出， 而不是由繼電器的接點(diǎn)發(fā)出”。本文著(zhù)重討論防止因啟動(dòng)信號來(lái)源的設置 錯誤而造成康明斯柴油發(fā)電機誤啟動(dòng)的問(wèn)題。

      在工程設計中， 電源自動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)電器 （ ATS） 得到廣泛應用。眾所周知， 大多數ATS都包含兩種類(lèi)型， 即“市電- 市電”型和“市電- 發(fā)電機” 型。其中“市電- 市電”型僅完成兩路電源之間的轉換， 而“市電- 發(fā)電機” 型中多了一根啟動(dòng)康明斯柴油發(fā)電機的啟動(dòng)信號線(xiàn)， 它具有啟動(dòng)康明斯柴油發(fā)電機的功能。在僅有一路市電電源和一臺康明斯柴油發(fā)電機的工程設計中， 將安裝在配電房的ATS選用為“市電- 發(fā)電機”型， 這本身沒(méi)錯， 因為在配電房的ATS其第二電源確是引自康明斯柴油發(fā)電機。并且該類(lèi)ATS除有兩路電源的三相缺相檢測、三相過(guò)欠電壓檢測外， 還具備康明斯柴油發(fā)電機電源頻率檢測的功能， 可以在確定康明斯柴油發(fā)電機電源穩定后才將其觸頭閉合， 以保證康明斯柴油發(fā)電機電源在穩定可靠的前提下投入使用。

      但是， 不分場(chǎng)合地利用“市電- 發(fā)電機”型ATS的啟動(dòng)信號線(xiàn)去啟動(dòng)康明斯柴油發(fā)電機就值得斟酌了， 部分設計人員這樣作因為他們認為這是市電是否有 電的“最可靠”的檢測點(diǎn)。筆者認為這是缺乏依據 的， 筆者將其分為3種場(chǎng)合并分別分析如下 （ 在后面的討論中將“市電- 發(fā)電機”型ATS簡(jiǎn)稱(chēng)為“ATS”，   將“康明斯柴油發(fā)電機”簡(jiǎn)稱(chēng)為“柴油發(fā)電機”） 。

2 、問(wèn)題分析

（1）單臺配電變壓器，  配電房?jì)葐蝹€(gè)ATS，  無(wú)消防負荷，  且非消防重要負荷僅有一個(gè)出線(xiàn)回路的情況

      此種情況下利用柴油發(fā)電機型ATS的啟動(dòng)信號線(xiàn)去啟動(dòng)柴油發(fā)電機是沒(méi)什么問(wèn)題的， 因為此時(shí)ATS開(kāi)關(guān)僅對它后面的重要負荷回路負責， 只要它檢測到其前端無(wú)電， 都要立即啟動(dòng)柴油發(fā)電機。而部分地方供電部門(mén)將用電負荷按用途進(jìn)行了不同的計量分類(lèi)， 在這種情況下重要負荷有可能會(huì )因計量不同而采用兩臺及以上數量的ATS，  本文為簡(jiǎn)化僅考慮二臺）。那么此時(shí)柴油發(fā)電機啟動(dòng)信號線(xiàn)該取自哪一臺ATS呢? 我們已經(jīng)可以看出， 任意一臺ATS前端的信號輸出點(diǎn)都是一段小母線(xiàn)或內部電纜接頭處的電源情況的反映， 而不能表示系統電源的真實(shí)情況。