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摘要：文章主要介绍了自动转换开关电器ATSE的发展历程和特点，并针对ATSE在发电厂中的应用情况，提出了采用PC级新型自动转换开关，能提高厂用电源的快速性、可靠性、安全性。
关键词：自动转换开关 ATSE 电厂中的应用
中图分类号：F407.61文献标识码：A 文章编号：
1 ATSE的定义及分类
1.1 ATSE的定义
依据 GB/T14048.11-2002《低压开关设备和控制设备第 6 部分：多功能电器第 1 篇：自动转换开关电器》，自动转换开关电器ATSE（Automatic transfer switching equipment）定义为：由一个（或几个）转换开关电器和其它必需的电器组成，用于监测电源电路、并将一个或几个负载电路从一个电源自动转换至另一个电源的电器。电气行业中简称为“双电源自动转换开关”或“双电源开关”。主要用在交流不超过1000V或直流不超过1500V 的紧急供电系统，将负载电路从一个电源自动换接至另一个（备用）电源的开关电器，以确保重要负荷连续、可靠运行。
1.2 ATSE的分类
自动转换开关电器ATSE可分为PC 级和CB 级两个级别。
PC级：能够接通、承载、但不具备分断短路电流的ATSE。此类ATSE只有双电源转换功能，没有短路及过载保护功能，整个开关通常采用独立设计的一体式结构形式，操作机构简单、可靠，主触头切换容量大，抗氧化性能好，耐短路电流冲击能力强，转换速度快。
CB 级：能够接通、承载、并且具有分断短路电流功能的ATSE。此类ATSE配备过电流脱扣器, 除了实现双电源切换外，还具有短路保护功能。
2 ATSE的发展历程
自动转换开关电器发展大体经历了四个发展阶段：接触器类、断路器类、负荷隔离开关类、一体式自动转换开关电器类。
2.1 接触器类
接触器型转换开关为第一代ATSE，它是以2台接触器为切换执行部件，用中间继电器或逻辑控制模块搭接组成二次回路完成控制功能，一般为非标产品。此类产品缺点是主回路接触器工作需要二次回路长期通电，容易产生温升发热、机械触点粘结、线圈烧毁等故障，而且由于是非标产品，其组成元器件较多，产品质量受元器件、制造工艺制约，故障率较高，因而在工程中越来越少采用。
2.2 断路器类
断路器式转换开关为第二代，此类电源切换开关以2个断路器为切换执行部件，切换功能采用自动控制单元完成，具有机械和电气连锁，功能完善，操作性能好，使用寿命高，安装方便。该类属CB级转换开关电器，接通/分断能力比繼电器类高很多，产品稳态时由机械结构进行保持，由于断路器具有过流保护功能，因此在过电流状况下的应用效果不如PC级产品。代表产品有施耐德公司的Compact ATS系列、万高WATSN系列，ABB 公司DPT系列，德国穆勒NZM系列等。
2.3 负荷隔离开关类
负荷隔离开关型转换开关电器产品为第三代,是在两个负荷隔离开关的基础上加装电动操作机构、机械连锁机构、自动控制单元等一体化组装而成。电流的分断单元为负荷隔离开关，其触头灭弧系统是以分断一次电弧要求设计的，不具备过流保护功能。此类产品属于PC级产品，因为采用了弹簧储能、瞬时释放的加速机构，能快速接通、分断电路或进行电路的转换，操作可靠。代表产品有法国溯高美SMV，沈阳斯沃GLD 系列等。
2.4 一体式自动转换开关电器类
机电一体式开关电器产品为第四代，它是集开关与逻辑控制于一体，无需外加控制器，真正实现机电一体化的自动转换开关。此类电源切换系统产品的触头系统采用“单刀双掷”设计，为统一设计制造，体积小，结构简单。该产品不具备电流保护功能，属于PC级转换开关电器产品。该类产品一般转换时间比较小，开关切换驱动采用电机驱动，切换平稳可靠，操作器电机驱动只在开关切换瞬间有电流通过，稳态时无需提供工作电流，节能显著。开关带有机电联锁装置，可实现自投自复、自投不自复、失压、欠压、断相保护、手动－自动转换、延时控制等功能，是目前市场上双电源切换类主流产品。代表产品有美国ASCO、ONAN、通用电气ZTS、台湾飞腾WN3，日本高田TGME等
3 ATSE的产品比较
目前，国内外ATSE产品主要性能及结构形式对比见表1。
表1
4 ATSE在电厂中的应用
DL/T 5153-2002《火力发电厂厂用电设计技术规定》4.7.5条“对单台的I、II类电动机应单独设立1个双电源供电的电动机控制中心，双电源应从不同的动力中心引接；对接有I类负荷的电动机控制中心双电源应自动切换”，按此标准，接有I类负荷或者有电源自动切换要求的双电源开关，可采用自动转换开关实现其无扰切换功能。
现根据ATSE在电厂实际工程中双电源MCC的应用情况，比较以往常规接线方式，对使用ATSE前后的接线方式予以简单说明（在此不对切换逻辑予以讨论）。发电厂双电源MCC原有接线见图一。
在此接线方式下，MCC两路进线开关3DL、4DL通常采用带有电动操作机构的框架负荷开关（无保护功能），上级框架开关1DL、2DL电源分别取自不同母线段。正常工作时，1DL、2DL开关闭合，为了保证MCC母线不失电，3DL和4DL由专用控制装置或者DCS逻辑完成自动切换。考虑到装置的采样周期、运算时间以及开关固有动作时间，其切换时间一般为2-5秒，基本满足电厂运行要求。其缺点主要表现在，由于3DL和4DL采用断路器进行联琐切换，缺少机械上的闭锁，因此存在两个电源开关长期同时并联运行的风险，影响到整个厂用电系统的稳定性。
图一
图二
当双电源MCC采用ATSE时，接线见图二。
此接线方式，将原有电动操作的框架负荷开关3DL、4DL用一台一体式的PC级ATSE取代，上级框架开关1DL、2DL电源仍分别取自不同母线段，正常工作时候同时闭合，同时兼做下级ATSE的过流保护元件。由于PC级ATSE采用的是切换开关与控制器一体化设计，开关切换时间很快，是ms级别的切换；同时具有电气和机械闭锁，从根源上完全避免了人为误操作和两种电源长期并联运行的问题，而且试验在制造厂完成，因此装置可靠性有较大的保证。绝大多数PC级产品还具备同步相位捕捉功能，可以很好的解决两路不同电源的同期问题。
另外，考虑到ATSE可靠性，为解决实际生产运行中对ATSE的检修维护问题，还可以在接线图二的基础上适当改进优化：在ATSE切换后的输出侧装设一个手动隔离开关，或者增加检修专用的手动旁路隔离开关以保证连续供电。用户自己可根据本地区的使用习惯和系统要求来选择ATSE的级别和接线方式，同时结合其他电气元件来组建应急供电系统。
5 结束语
随着现代各行业的快速发展，众多行业地铁、航空、医院、电信、高层建筑、变电站、发电厂等对供电的可靠性都有了非常高的要求。电力质量日益受到人们的重视，而供电的连续性是电力质量一个重要方面。自动转换开关电器(ATSE)是一种保证供电连续性，提高供电可靠性的新产品，对其本身的可靠性有着更高要求。随着技术的不断发展和进步，必然向大电流、更多电压等级、切换可靠性更高、功能更完善的方向发展，在工业与民用建筑中将得到更广泛的应用。
参考文献：
[1] GB/T14048.11-2002 自动转换开关电器[S]。
[2] DL/T 5153-2002 火力发电厂厂用电设计技术规定[S]。
[3] 胡雪松，王加法，自动转换开关电器的发展与应用[R] 第四届中国智能电工技术论坛报告文集，上海（2008）: 100~104。
关键词：自动转换开关 ATSE 电厂中的应用
中图分类号：F407.61文献标识码：A 文章编号：
1 ATSE的定义及分类
1.1 ATSE的定义
依据 GB/T14048.11-2002《低压开关设备和控制设备第 6 部分：多功能电器第 1 篇：自动转换开关电器》，自动转换开关电器ATSE（Automatic transfer switching equipment）定义为：由一个（或几个）转换开关电器和其它必需的电器组成，用于监测电源电路、并将一个或几个负载电路从一个电源自动转换至另一个电源的电器。电气行业中简称为“双电源自动转换开关”或“双电源开关”。主要用在交流不超过1000V或直流不超过1500V 的紧急供电系统，将负载电路从一个电源自动换接至另一个（备用）电源的开关电器，以确保重要负荷连续、可靠运行。
1.2 ATSE的分类
自动转换开关电器ATSE可分为PC 级和CB 级两个级别。
PC级：能够接通、承载、但不具备分断短路电流的ATSE。此类ATSE只有双电源转换功能，没有短路及过载保护功能，整个开关通常采用独立设计的一体式结构形式，操作机构简单、可靠，主触头切换容量大，抗氧化性能好，耐短路电流冲击能力强，转换速度快。
CB 级：能够接通、承载、并且具有分断短路电流功能的ATSE。此类ATSE配备过电流脱扣器, 除了实现双电源切换外，还具有短路保护功能。
2 ATSE的发展历程
自动转换开关电器发展大体经历了四个发展阶段：接触器类、断路器类、负荷隔离开关类、一体式自动转换开关电器类。
2.1 接触器类
接触器型转换开关为第一代ATSE，它是以2台接触器为切换执行部件，用中间继电器或逻辑控制模块搭接组成二次回路完成控制功能，一般为非标产品。此类产品缺点是主回路接触器工作需要二次回路长期通电，容易产生温升发热、机械触点粘结、线圈烧毁等故障，而且由于是非标产品，其组成元器件较多，产品质量受元器件、制造工艺制约，故障率较高，因而在工程中越来越少采用。
2.2 断路器类
断路器式转换开关为第二代，此类电源切换开关以2个断路器为切换执行部件，切换功能采用自动控制单元完成，具有机械和电气连锁，功能完善，操作性能好，使用寿命高，安装方便。该类属CB级转换开关电器，接通/分断能力比繼电器类高很多，产品稳态时由机械结构进行保持，由于断路器具有过流保护功能，因此在过电流状况下的应用效果不如PC级产品。代表产品有施耐德公司的Compact ATS系列、万高WATSN系列，ABB 公司DPT系列，德国穆勒NZM系列等。
2.3 负荷隔离开关类
负荷隔离开关型转换开关电器产品为第三代,是在两个负荷隔离开关的基础上加装电动操作机构、机械连锁机构、自动控制单元等一体化组装而成。电流的分断单元为负荷隔离开关，其触头灭弧系统是以分断一次电弧要求设计的，不具备过流保护功能。此类产品属于PC级产品，因为采用了弹簧储能、瞬时释放的加速机构，能快速接通、分断电路或进行电路的转换，操作可靠。代表产品有法国溯高美SMV，沈阳斯沃GLD 系列等。
2.4 一体式自动转换开关电器类
机电一体式开关电器产品为第四代，它是集开关与逻辑控制于一体，无需外加控制器，真正实现机电一体化的自动转换开关。此类电源切换系统产品的触头系统采用“单刀双掷”设计，为统一设计制造，体积小，结构简单。该产品不具备电流保护功能，属于PC级转换开关电器产品。该类产品一般转换时间比较小，开关切换驱动采用电机驱动，切换平稳可靠，操作器电机驱动只在开关切换瞬间有电流通过，稳态时无需提供工作电流，节能显著。开关带有机电联锁装置，可实现自投自复、自投不自复、失压、欠压、断相保护、手动－自动转换、延时控制等功能，是目前市场上双电源切换类主流产品。代表产品有美国ASCO、ONAN、通用电气ZTS、台湾飞腾WN3，日本高田TGME等
3 ATSE的产品比较
目前，国内外ATSE产品主要性能及结构形式对比见表1。
表1
4 ATSE在电厂中的应用
DL/T 5153-2002《火力发电厂厂用电设计技术规定》4.7.5条“对单台的I、II类电动机应单独设立1个双电源供电的电动机控制中心，双电源应从不同的动力中心引接；对接有I类负荷的电动机控制中心双电源应自动切换”，按此标准，接有I类负荷或者有电源自动切换要求的双电源开关，可采用自动转换开关实现其无扰切换功能。
现根据ATSE在电厂实际工程中双电源MCC的应用情况，比较以往常规接线方式，对使用ATSE前后的接线方式予以简单说明（在此不对切换逻辑予以讨论）。发电厂双电源MCC原有接线见图一。
在此接线方式下，MCC两路进线开关3DL、4DL通常采用带有电动操作机构的框架负荷开关（无保护功能），上级框架开关1DL、2DL电源分别取自不同母线段。正常工作时，1DL、2DL开关闭合，为了保证MCC母线不失电，3DL和4DL由专用控制装置或者DCS逻辑完成自动切换。考虑到装置的采样周期、运算时间以及开关固有动作时间，其切换时间一般为2-5秒，基本满足电厂运行要求。其缺点主要表现在，由于3DL和4DL采用断路器进行联琐切换，缺少机械上的闭锁，因此存在两个电源开关长期同时并联运行的风险，影响到整个厂用电系统的稳定性。
图一
图二
当双电源MCC采用ATSE时，接线见图二。
此接线方式，将原有电动操作的框架负荷开关3DL、4DL用一台一体式的PC级ATSE取代，上级框架开关1DL、2DL电源仍分别取自不同母线段，正常工作时候同时闭合，同时兼做下级ATSE的过流保护元件。由于PC级ATSE采用的是切换开关与控制器一体化设计，开关切换时间很快，是ms级别的切换；同时具有电气和机械闭锁，从根源上完全避免了人为误操作和两种电源长期并联运行的问题，而且试验在制造厂完成，因此装置可靠性有较大的保证。绝大多数PC级产品还具备同步相位捕捉功能，可以很好的解决两路不同电源的同期问题。
另外，考虑到ATSE可靠性，为解决实际生产运行中对ATSE的检修维护问题，还可以在接线图二的基础上适当改进优化：在ATSE切换后的输出侧装设一个手动隔离开关，或者增加检修专用的手动旁路隔离开关以保证连续供电。用户自己可根据本地区的使用习惯和系统要求来选择ATSE的级别和接线方式，同时结合其他电气元件来组建应急供电系统。
5 结束语
随着现代各行业的快速发展，众多行业地铁、航空、医院、电信、高层建筑、变电站、发电厂等对供电的可靠性都有了非常高的要求。电力质量日益受到人们的重视，而供电的连续性是电力质量一个重要方面。自动转换开关电器(ATSE)是一种保证供电连续性，提高供电可靠性的新产品，对其本身的可靠性有着更高要求。随着技术的不断发展和进步，必然向大电流、更多电压等级、切换可靠性更高、功能更完善的方向发展，在工业与民用建筑中将得到更广泛的应用。
参考文献：
[1] GB/T14048.11-2002 自动转换开关电器[S]。
[2] DL/T 5153-2002 火力发电厂厂用电设计技术规定[S]。
[3] 胡雪松，王加法，自动转换开关电器的发展与应用[R] 第四届中国智能电工技术论坛报告文集，上海（2008）: 100~104。