双电源自动转换开关（ATSE）智能检测系统的设计与探讨

黄乐

(湖南电器科学研究院有限公司，湖南长沙，410009)

0 引言

伴随着我国电力水平地不断提升，人们对其提出更高的标准。而实际上，供电的连续性是电力质量的关键评估标准之一。针对部分重要的用电单位诸如医院，军事设施等重要场所，一旦失电会造成巨大损耗。 确保供电的连续性，一般会采取的手段即为供电对象提供主、辅各两路电源，由此推动了转换开关电器ATSE的发展。

1 ATSE的现状与组成

双电源自动转换开关出现较早，相关的工作人员把电能转变成能源之后，因为对重要负载的供电存在一些电源间的转换难题，而 ATSE常常会被运用。ATSE通常就是由开关本体以及控制器两部分构成。开关本体接在主电路，是一个重要的ATSE的执行单位，通常就是由接触装置、断路装置以及负荷开关等装置构成，属于ATSE的重点部分。其具备电气以及机械的重要联锁，如此一来，就能够避免常用电源以及备用电源在同一时间联接。图1为自动电源转换开关典型应用示意图。ATSE控制器能够被用于实时监测电源(两路)运作情况，其原理框图如图2所示。一项技术新型、可靠程度较高的ATSE，要求开关本体部分和控制器都能够发挥充分的作用，任何一部分的不合理都将有损ATSE性能挥。

图1 自动转换开关典型应用

图2 双电原转换开关控制器的原理图

2 ATSE的性能测试

2.1 试验电路

通常来说，IEC60947.6.1标准对自动转换器分类描述如下：根据自动转换装置具备有无短路电流分断能力(short-circuitcapability)，能够把它们进一步划分成PC级以及CB级，二者的区别就体现在其本体。PC级ATSE采取接触器或负荷开关作为重要的主开关，可以进一步连接、承载线路负载电流，无法切断短路电流。CB级ATSE采取具有电动操作机构的塑壳式断路器(或万能式断路器)作为重要的开关，此时不但可以连接、承载线路负载，同时还可以进一步连通、分断短路电流。现如今，我国市场ATSE 产品可以划分为如下四种，具体如下：

（1）由接触器构成；（2）CB级 ATSE通常是由断路器加机械连锁构成；（3）由两个负荷开关加电动执行装置构成；（4）PC级（一体式）的ATSE。从上述分类不难得出，不管是PC级或CB级ATSE，动作时都需要一定的电源功率，该测验系统充分地考量到各个产品需求，为契合各个ATSE在动作期间中对控制电源的要求，采取输出功率为20kVA的电源。

如图3所示，试验电源回路主要涵括电源投切、电源转换、试验电源换相切换以及测验电源断相切换地部分。电源转换部分包括两台等容量程控电源。三相输出电源的相电压大小能够单独进行调节，各个相电源的输出电压取值都能够迅速地获得上升、下降以及保持功能，电压的变化也能够单独进行设置。A相、B相以及C相电源的输出频率常常在40至70赫兹左右，其分辨率也大致为0.01 Hz，在输出电压期间，能够有效地实现频率上升、下降以及保持功能；也能够通过程控来调节频率升降速率。对于试验电源换相切换来说，其常常由两台接触装置组成。两个接触器的输入端按照顺序连接可编程电源的三相输出端口，两个接触器的输出端一极并联，而第二，三极交叉联结之后继续传输出去。

图3 实验电源回路

试验电源断相部分常常通过三个单独的接触器构成，各自联结至测验电源换相切换部分的三处输出端。电源转换的三相经过试验电源换相切换以及试验电源断相切换之后，进一步传输至装置的常用侧以及备用侧端口，顺次标识为常用一端的 A1.BI,C1 以及备用侧端 A2.B2.C2。在开展测验之前，相关的工作人员要把ATSE的接线端子以及面板上的端子根据常用侧，备用侧以及负载侧的次序予以联结。测验回路端子板给出的两路独立电源输出。负载侧电压端口为测量端口，从而为其提供 ATSE 的负载侧电压测量，在测验过程中，相关的工作人员还要把被试品的负载侧顺次联结至这一端口。

2.2 试验流程分析

该试验系统需要展开多个试验流程测验，具体内容如下：

(1)自动状态下ATSE控制器的测试。试验方法:通过本体联结到装置的对应信号回路输入端口，系统自动调节电源能够让ATSE顺次处在常用、备用以及断开方位，系统顺次测验ATSE的方位。

(2)常用电源侧失压期间的电压及动作实验。测试方法具体如下：先在常用端以及备用端施加额定电压，被试品应该处在常用侧方位，接着再按照顺序中断常用侧的A1.BI以及C1相，与此同时，被试品需要转移至备用侧方位，之后，常用侧电源回到既定的额定值.被试品需要进一步转移至常用侧方位。

(3)常用电源侧所有相电压降低期间的电压及动作实验。测试方法具体如下：相关的工作人员需要设定额定电压Un以及额定频率fn，测验重复N次。动作电压即k1Un,下降速度即k2Un/min。在测验期间，有关的工作人员务必要把相关装置连接试品的常用侧和备用侧，同时要施加额定电压，保持一定时间；然后根据既定的下降速率，常用侧电压渐渐下降，下降的目标值就是k1Un；如果电压下降至k1Un之后，在维持一定时长后，接着检测被试品有无转变至备用侧；最后常用侧施加额定电压，检测被试品有无已转变至常用侧。

(4)常用电源侧单相电压降低时的电压和动作试验。测试方法具体如下:该测验按照测验3的试验方法，主要的区别就在于试验3属于三相电压的同时下降、该测验属于三相电压依次轮流降低、判断被试品有无根据既定规范开始操作。

(5)备用电源侧电压以及频率转换可行性实验(电压最低)。测试方法具体如下：该试验设定常用额定电压Un,常用电源频率即fn1,与此同时，其备用电源频率即fn2。在测验过程中，相关的工作人员需要将被试品常用侧传输额定电压，而且还需要中断一相常用电源，备用侧电源从电压k1Un起，根据上升速k2Un/min升起电压；如果试品转移至备用侧，那么就需要维持备用侧电压，仔细登记测验品的动作电压值。

(6)备用电源侧电压以及频率转换可行性测试(频率)。该测验与测验5的测验手段有所差异，也就是说，测验6的备用侧电源保持电压稳定，而频率逐渐上升，而测验5则与之相反。

(7)验证控制器故障记录核查。测试方法具体如下：验证控制器故障登记测验，如果控制器两小时内记录的故障和系统记录的故障保持统一性，那么测验结果就是PASS，不然的话就是FAIL。此时故障记录检测流程如图4。

图4 故障记录检测流程

(8)触头转换时间测量。测试方法具体如下：相关的工作人员要把常用侧主触头以及备用侧主触头顺次接入系统“常用侧辅助触点”以及"备用侧辅助触点”之上，接着再进一步把制被试品，从常用侧转移至备用侧，系统实时地记录下了常用侧触头断开到备用侧触头闭合的这段时间。测验结束后，系统输出试验结果即转换时长。

(9)转换动作时长测量。测试方法具体如下：被试品常用侧以及备用侧分别输入额定电压值，接着，相关的工作人员就要中断常用侧A相电压，被试品因为出现断相问题，那么就需要自动转变至备用侧，系统登记转换期间，负载侧呈现的A相的波形。试验结果波形如图5所示。图5中，模拟量信息采样频率即20 kHz，转换动作时间即A相断电的时间。图5的开始动作时和结束动作时的局部波形如图6和图7所示。

图5 动作时间测试完整波形图

图6 开始动作局部波形

图7 动作结束局部波形

(10)总动作时长测量。在正式测验之前，相关的工作人员要预先设置被试品的延时时长。转换动作时长和引入的延时时长之和即为总动作时间。

(11)远程控制功能测验。测试方法具体如下：针对那些携带远程控制效能的设施，系统给出RS-232、RS-485.TCP/UDP等通信手段，以无源触点输出模式朝着被试品传送常用侧合闸指示以及断开指示，顺次检查被试品有没有按照既定要求转变至常用方位、断开方位以及备用方位,该测验每个方位要重复执行2000次。

(12)现场测验。测试方法具体如下：相关系统会提供无源触点，接着再利用无源触点控制操作单位完成常用侧合闸以及断开等动作，按照既定的顺序检查试品有无根据既定规范转变到常用方位，断开方位以及备用方位，本测验各个方位重复执行2000次。

(13)相序检测功能。测试方法具体如下：相关的工作人员先要在被试品的常用电源以及备用电源端，根据ABC的次序顺次输入额定电压，然后再通过常用侧测验电源换相切换部分切换常用电源的相序，从而确保常用电源侧电源相序是A、C.B。然后相关的工作人员要仔细地监测被试品有无报警；接着等到常用电源侧恢复正常，让备用电源侧电源相序保持A.C.B,最后要核查检测被试品有无报警。

(14)熔焊测试。试验方法：通过远程与现场测试功能，向被试品传送 “断开位置”指令，试品常用侧和备用侧施加额定电源，检测试品负载侧电压，若无电压输出，则测试结果通过。

(15)机构联锁功能测试。试验方法：将常用侧触头与备用侧触头连接至系统的对应位置，系统通过远程控制与现场测试功能，同时向被试品传送动作至”常用位置”和动作至“备用位置”的指示。然后检测是否同时合闸，若未检测到同时连通，试验为通过。

3 结语

自动电源转换开关设备ATSE属于一项极为关键的低压配电产品，它的安全性在很大程度上会影响到负荷的供电情况。基于此，本文详尽地分析了ATSE的不同类型设备的特点，说明了ATSE性能测试试验系统的硬件组成、各个试验流程以及试验方法的要点。该试验系统设备是针对GB/T 14048.11-2016标准要求特别设计制造，取得了良好的测试效果。还有一定的不足和待完善的地方,后续将不断地完善。