转换开关电器在特殊场所的应用

转换开关电器在特殊场所的应用

摘

要本文分别以码头轮胎吊机和错峰用电的应用场合为例，介绍了转换开关电器的使用条件、功能和工作原理。关键词转换开关电器控制器故障AbstractTakingtheapplicationsofpiertirecraneandpeakloadshiftingforexample,thispaperintroducestheworkingconditions,functionandworkingprincipleoftransferswitchingequipment.Keywordstransferswitchingequipment,controller,malfunction1引言在比较重要的场所，为了保证负载的正常供电，一般由两路电源供电，对两路电源的选择，运用最多的是自动转换开关电器(ATSE)，该开关电器由控制器部分与本体开关两部分组成。用于市电与市电或市电与发电机两路电源之间的转换。主要功能是：当两组电源设定为一主一备时，将优先使用主电源，当主电源出现故障时，例如：电源的停电、欠压、过压、缺相（部分产品具有对频率的检测，超过设定值时同样具有转换功能），控制器部分能够进行快速故障判断，确认出现故障时对本体开关部分发出控制信号，将电源转换至备用电源，保证给负载持续供电。当主电源正常时，控制器部分对本体开关部分发出控制信号，将电源转换至主电源，由主电源给负载供电。当两组电源设定为互为备用时，控制器部分将选择任意一路电源给负载供电，只有在该电源出现故障时，控制器部分将对本体开关部分发出控制信号，将电源转换至另一路电源。控制器部分在各个转换过程具有延时可调、指示、报警、通信等辅助功能。产品符合国际标准IEC60947-6-1和国家标准《低压开关设备和控制设备第6-1部分：多功能电器转换开关电器》（GB/T14048.11）。一般应用于两路电源为相同电压、相同频率的交流电源之间的转换。本文所述的特殊场所的应用主要是指非相同电压、相同频率、相同相数的电源之间的转换。2码头轮胎吊机上ATSE的运用码头轮胎吊机原设计为自带三相柴油同步发电机，提供轮胎吊机的所有电能，额定功率为350kW，采用三相三线制，额定线电压为440V±5%，电流约为550A。采用此种方式，存在以下明显缺点：1）柴油内燃发电机噪声相当大，实际现场往往是多台吊机同时工作，更加明显。2）柴油内燃机尾气污染大，造成严重的空气污染。3）柴油发电成本高，发电机接近满负荷工作时发出1kWh电，消耗柴油约为0.35~0.45L，折合约2.8~3.5RMB，柴油发电机轻载或空载时单位油耗更大，成本更高。另外，柴油发电机还有不少的维修、维护费用。如果使用地面电网电源，成本将极大的降低。为解决以上问题，同时防止出现电源缺相情况发生，降低电源传送的难度，考虑从地面配电房送直流电源给各台轮胎吊机供电，除了可以满足要求外，更具有以下优点：1）多台轮胎吊机组网由地面直流电源供电，吊装物品在下降时吊机的主电机工作在发电机状态，可以为直流电网反馈电能，节能效果相当明显。2）由于是多台轮胎吊机组网，大大提高直流电网（局部网）的抗冲击能力。因此，选择直流电源为优先使用电源。直流电源由地面专用的三相变压器输出，经过全波整流后取得。三相变压器的线电压为440V±10%,整流后电压为600V±10%，单台轮胎吊机的额定电流约为580A。ATSE本体开关的选择。A电源（主电源）侧：额定电压600V±10%（DC），额定电流630A。B电源（备用电源）侧：额定电压：440V±5%（AC），额定电流630A。具体电路系统如图1所示。图1码头轮胎吊机电路系统图ATSE的特殊要求：1）本体开关部分：（1）本体开关应具有独立的交流电源输入/输出接口与直流电源输入/输出接口，交直流电源之间完全隔离。（2）直流电源供电时，直流电压达到660V,在大电流、高电压情况下，直流电源通断时灭弧相当困难，应采用多极串联的方式，为提高灭弧效果，在设计上可以考虑运用磁吹灭弧，另外对开关转换的同步性要求极高，应对结构设计及工艺严格保证。2）控制器部分：（1）为保证工作可靠，应加强控制器EMC抗干扰设计；电源端增加防浪涌器件（如压敏电阻或放电管），使其最低能耐受6kV的冲击电压；为抵抗谐波或感性负载运行时的干扰串扰到电源线上，在控制器电源输入端加装吸收EFT（脉冲群抗扰度）干扰的装置（如EFT抑制器或安规电容和电感）。电源谐波还会叠加到控制器电压采样电路，为保证电源电压采样的准确性，避免误动作，在控制器采样电路要增加低通滤波处理，软件设计时也要进行采样数据的平滑处理。（2）采用数码管显示，显示直观、设置方便，抗干扰能力强。（3）具有与上位机通信的功能，方便集中控制。（4）主电源应改为直流采样，备用电源应改为交流线电压采样。（5）控制器部分电源除了采用400V交流、600V直流供电外，还增加了第三路的24V直流蓄电池供电，当两路电源均出现故障时，仍然可以保证控制器正常工作：正常指示、报警、通信。（6）本体开关部分的辅助开关与控制器的反馈线接口连接，实现闭环实时控制，本体开关转换更加可靠。3在三相电源变成单相电源时转换开关的运用一般情况下，一个电网中用户的三相负载占大多数，但也有单相负载，单相负载中主要是单相照明负载，各单相负载比较均匀地分配在三相电源的各相中，当用电紧张需要错峰用电时，必须强制停止三相负载，但是又应该保证用户单相负载，特别是单相照明负载的正常供电。这种情况下，运用转换开关（TSE）的转换功能，起到三相电源变成单相电源的作用，是极好的选择。用电紧张需要错峰用电，转换开关需要转换时，由供电局监控中心远程发出指令，传输至各台转换开关的控制器，因此控制器需要具有通讯功能，且能够与监控中心进行实时通讯，彼此之间通讯协议需要完全匹配。这种情况下，该双电源自动转换开关的功能、用途已经发生了改变，不再是传统的“当一路电源出现故障（例如：停电、欠压、过压、缺相、过频率、欠频率）后，快速自动转换到另外一路电源（假设此电源是正常的）”。该转换开关完全是由供电局远程控制，按实际要求操作转换，也就是说是人为的远程操作、控制转换，与电源是否有故障没有任何关系。因此，控制器对电源的检测只用于显示，不进行判断，也不根据电源是否出现故障情况对本体开关进行转换控制。不同区域负载使用不同的转换开关进行控制，不同的转换开关单相进线选择接入不同的相线，即L1、L2、L3的其中一相，从而达到电网各相负载的平衡。三相变成单相运用原理图（以三台TSE分别控制三个不同区域为例）见图2。图2三相变单相运用原理图对TSE的特殊要求：1）本体开关部分：使用通用的3极本体开关，无特殊要求。2）控制器部分：（1）为保证工作可靠，应加强控制器EMC抗干扰设计；电源端增加防浪涌器件（如压敏电阻或放电管），使其最低能耐受6kV的冲击电压；为抵抗谐波或感性负载运行时的干扰串扰到电源线上，在控制器电源输入端加装吸收EFT（脉冲群抗扰度）干扰的装置（如EFT抑制器或安规电容和电感）。电源谐波还会叠加到控制器电压采样电路，为保证电源电压采样的准确性，避免误动作，在控制器采样电路要增加低通滤波处理，软件设计时也要进行采样数据的平滑处理。（2）采用数码管显示，显示直观、设置方便，抗干扰能力强。（3）具有与上位机通信的功能，方便集中控制，实现转换功能。（4）本体开关部分的辅助开关与控制器的反馈线接口连接，实现闭环实时控制，本体开关转换更加可靠。4结束语自动转换开关电器(ATSE)在有两路电源供应且比较重要的场所已经广泛运用，技术成熟。在一些有特殊要求的场所，对产品进行局部的设计改进，完全可以满足实际使用要求，并且改进、验证周期短，经济效益相当明显。由于本产品已经纳入国家“3C”认证产品范畴，应进行相关的补差的形式试验测试，取得证书后方可以投入生产、使用。参考文献[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.低压开关设备和控制设备第6-1部分：多功能电器转换开关电器（GB/T14048.11-2008）[S].北京：中国标准出版社,2008.[2]翁瑞琪编.电子工程师手册[M].北京：机械工业出版社,