自動轉(zhuǎn)換開關(guān)（ATS）在變電站中的應(yīng)用及投切問題

國網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司 焦?jié)蓮?侯彥農(nóng)

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自動轉(zhuǎn)換開關(guān)（ATS）在變電站中的應(yīng)用及投切問題

國網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司 焦?jié)蓮?侯彥農(nóng)

【摘要】為了保證重要負荷的供電連續(xù)性，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)（ATS） 在變電站中的低壓站用變系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。本文介紹自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的概念，性能以及某500kV變電站中616WN型ATS的結(jié)構(gòu)原理和電氣原理。由實際使用過程中遇到的問題做了相應(yīng)的現(xiàn)場實驗，從而針對這一型號ATS控制器的特點結(jié)合變電站特殊運行方式做出了合理的使用方法，解決了困擾變電站安全運行的問題。

【關(guān)鍵詞】自動轉(zhuǎn)換開關(guān)（ATS）；概念；性能；原理；控制器；問題

一、自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的類型及工作原理

（一）按結(jié)構(gòu)組合形式分類

（1）整體結(jié)構(gòu)方式。開關(guān)由兩組動觸頭、公用靜觸頭及電磁操作機構(gòu)、機電聯(lián)鎖機構(gòu)組成，配有獨立的控制器?？刂破饔型晟频膮?shù)檢測、工況顯示及告警功能。本體開關(guān)觸頭轉(zhuǎn)換的程序在機械結(jié)構(gòu)上就被固定，只能是“通—斷—通”，無論什情況發(fā)生都不會造成2個電源同時投入。（2）組合結(jié)構(gòu)方式。該開關(guān)結(jié)構(gòu)由2臺斷路器（或接觸點或開關(guān)）及電動（磁）執(zhí)行機構(gòu)、機電聯(lián)鎖機構(gòu)組成，配置獨立的或一體裝設(shè)的控制器。

（二）按電氣性能分類

（1）PC級自動轉(zhuǎn)換開關(guān)。PC級自動轉(zhuǎn)換開關(guān)能夠接通、承載短路，但不能分斷短路電流，未配備過電流脫扣保護。（2）CB級自動轉(zhuǎn)換開關(guān)。CB級自動轉(zhuǎn)換開關(guān)能夠接通、承載并允許分斷短路電流。在短路或過載時，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)閉鎖自動轉(zhuǎn)換功能，不進行自動轉(zhuǎn)換。只有當(dāng)電壓失壓或異常時，才進行自動轉(zhuǎn)換。

該變電站所用的616WN型ATS為整體結(jié)構(gòu)方式PC級。

（三）工作原理

ATS一般由三部分組成：開關(guān)主體、操作機構(gòu)和控制器。

主要工作原理是：通過控制器，實時檢測兩路電源的狀態(tài)。當(dāng)工作的電源回路發(fā)生失壓、欠壓、斷相等，控制器發(fā)出動作指令，ATS操作機構(gòu)在接到指令后，帶動開關(guān)本體的操作手柄投向備用電源回路，保證負荷端不間斷地供電。如圖1.1所示。

圖1.1 ATS示意圖

圖1.2 ACA220端子示意圖

控制器：

該站所用控制器型號為ACA220系列控制器，端子如圖1.2所示。

端子A1，B1，C1，N1和A2，B2，C2，N2是控制器裝置取用的主電源和備用電源。

其取用電源分別從站用變壓器進線端和柴油發(fā)電機進線端接入。如下圖2.1所示。

端子L1、L2：接ATS輔助開關(guān)作為判斷接通一路和二路相應(yīng)電源遙信。

端子VIN，GND：發(fā)電機組起動信號的發(fā)出。在該站系統(tǒng)中未使用。

端子M1、M2為主電源切換輸出無源接點。當(dāng)L1接收到相應(yīng)遙信后，M1、M2接通。該站將A1與M1短接，作為ATS在接通主電源后，為ATS跳合閘線圈提供電源。

端子M3、M4為備用電源切換輸出無源接點。作用及接線方法同“端子M1、M2”。

端子M5、M6為發(fā)電機組起動輸出常開無源觸點。當(dāng)主電源出現(xiàn)缺相、失壓時，M5、M6接通，發(fā)出啟動柴油發(fā)電機信號。

各接點動作時間：

M1、M2和M3、M4延時閉合：0～60秒，該站調(diào)整為30秒

M1、M2和M3、M4延時打開：0～60秒，該站調(diào)整為30秒

M5、M6延時閉合：一路異常后0～90秒，該站調(diào)整為30秒。

M5、M6延時打開：一路正常后0～90秒，該站調(diào)整為20秒。

二、自動轉(zhuǎn)換開關(guān)在站內(nèi)的應(yīng)用及遇到的問題

（一）自動轉(zhuǎn)換開關(guān)在該站的接線及運行方式

接線方式見圖2.1。正常運行方式下，11ZK、21ZK開關(guān)在合位，1號、2號站用變低壓側(cè)分別供交流Ⅰ、Ⅱ段負荷；備用電源由柴油發(fā)電機來承擔(dān)，1、2號ATS近制器均處于自動位置，31ZK為開關(guān)為常合狀態(tài)，32ZK開關(guān)斷開。

柴油發(fā)電機有三個位置：“停用”，“手動啟用”，“自動”。

（二）正常電源切換順序

1.事故時站用變壓器電源與備用電源柴油發(fā)電機的切換方式

當(dāng)1號（或2號）站用變壓器低壓側(cè)失電時，ATS控制器檢測到主電源無電，1ATS（或2ATS）M5、M6閉合發(fā)信號到柴油發(fā)電機組控制裝置，柴油發(fā)電機啟動合32ZK開關(guān)，當(dāng)1ATS（或2ATS）監(jiān)測到備用電源有電時，進行先斷后通切換，將負載切換到柴油發(fā)電機上。

2.站用變低壓側(cè)電源恢復(fù)時與柴油發(fā)電機電源的切換方式

當(dāng)1ATS（或2ATS）控制器監(jiān)測到站用變壓器低壓側(cè)電源恢復(fù)時，將負載切換到工作電源20S后收回啟動柴發(fā)信號（M5、M6分開），3min后柴油發(fā)電機自動關(guān)停，32ZK開關(guān)斷開。

圖2.1 站用變交流系統(tǒng)接線圖

（三）自動轉(zhuǎn)換開關(guān)應(yīng)用中遇到的問題

1.停用1號或2號站用變時存在的問題

由于諸多原因在施工時，將380V交流Ⅰ段母線和380V交流Ⅱ段母線使用兩備用出線負荷開關(guān)作為聯(lián)絡(luò)開關(guān)，聯(lián)結(jié)交流Ⅰ、Ⅱ段母線。使用運行的一臺站用電作為全站的主供電源，將柴發(fā)作為在站用電1或2停電時的備用電源。（即當(dāng)2號站用變停電時，把柴油發(fā)電機打至停用位置，將21ZK開關(guān)拉開，合上交流Ⅰ、Ⅱ段聯(lián)絡(luò)開關(guān)，1號站用電帶全站負荷，柴發(fā)打至自動位置）如上圖2.1所示。

以2號站用變停電為例：

操作順序如下：（1）柴油發(fā)電機由自動位置切換至停用位置。（2）將2ATS由自動位置切換為手動位置。（3）拉開21ZK開關(guān)。（4）合上交流Ⅰ、Ⅱ段母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)。（5）柴油發(fā)電機由停用切換至自動位置。

在操作完第4步以后，應(yīng)將柴油發(fā)電機恢復(fù)到自動位置，此時，柴油發(fā)電機啟動。

此時將兩臺ATS控制器M5、M6端口二次接線甩開，測量2號ATS控制器M5、M6接點，測量結(jié)果為閉合（即一直發(fā)送著啟動柴油發(fā)電機的信號）。

2.問題的解決

（1）ATS控制器手動位置下的實驗

模擬前狀態(tài)：2號站用變21ZK開關(guān)在分閘位置，交流Ⅰ、Ⅱ段母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)在合位，1ATS控制器在自動位置，2ATS控制器在手動位置，由11ZK開關(guān)供全站負荷，柴油發(fā)電機組在停用位置。將2ATS控制器M5、M6端口二次接線甩開。

進一步檢查發(fā)現(xiàn)2ATS控制器裝置電源由1號變用變低壓側(cè)電源供電。

通過拉合2ATS控制器裝置取用的兩路電源，配合ATS控制器“手動/自動”位置來模擬站用變低壓側(cè)的無電或有電狀態(tài)。模擬試驗結(jié)果如下：

2ATS控制器位置2ATS控制器起始狀態(tài)2ATS控制器最終狀態(tài)2ATS控制器M5、M6接點（起始狀態(tài)）2ATS控制器M5、M6接點（最終狀態(tài)）手動　主電源無電，柴發(fā)供電源無電主電源有電，柴發(fā)供電源無電　閉合　閉合自動　主電源無電，柴發(fā)供電源無電主電源有電，柴發(fā)供電源無電　閉合　30S后斷開

（2）結(jié)果分析

由上述實驗發(fā)現(xiàn)，ATS控制器在手動位置下，一旦一臺站用變低壓側(cè)失電，其ATS控制器將持續(xù)可靠地發(fā)出起動柴發(fā)信號，即使ATS控制器裝置恢復(fù)送電，仍繼續(xù)發(fā)出起動信號。保證控制器在手動模式下，人員可由手動切換任一路電源（站用電電源或柴油發(fā)電機電源）；而當(dāng)ATS在自動位置下，一旦站用變低壓側(cè)失電，ATS控制器發(fā)出起動柴發(fā)信號，檢測到柴油發(fā)電機一側(cè)有電時，切換到柴油發(fā)電機供電；當(dāng)站用變恢復(fù)送電后，恢復(fù)到正常供電方式。

結(jié)合實驗分析，在切換為上述方式后，2號站用變壓器停電，2ATS控制器裝置電源失電而后帶電，手動位置下的2ATS控制器仍然發(fā)出啟動信號。

（3）切換方式的改進。由實驗及實驗分析知道ATS控制器特性之后，將操作順序修改如下：以2號站用變壓器停電為例：1）柴油發(fā)電機由自動位置切換至停用位置。2）拉開21ZK開關(guān)。3）合上交流Ⅰ、Ⅱ段母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)。4）將2ATS由手動位置切換為自動位置。5）30S后，將柴油發(fā)電機由停用位置切換至自動位置。

（4）結(jié)論：經(jīng)現(xiàn)場實際停用2號站用變操作，柴油發(fā)電機在操作過程中不會起動，問題得以解決。將“2ATS控制器由手動位置改為自動位置”由停電前切換改為送電結(jié)束后操作。保證了柴油發(fā)電機正確啟動和停止。

三、結(jié)語

柴油發(fā)電機已在現(xiàn)代工業(yè)中廣泛應(yīng)用，但對于ATS控制器與其配合特性卻了解不深，需要在運行中引起重視。（1）由于柴油發(fā)電機作為備用電源有其根本的特性，而在變電站使用時更改其使用特性，應(yīng)結(jié)合站內(nèi)實際情況做好ATS與柴發(fā)、站內(nèi)電源的配合使用。（2）設(shè)計柴發(fā)作為備用電源時，應(yīng)考慮其電源使用頻率、時間長短作為設(shè)計備用電源的依據(jù)。

參考文獻

［1］VITZRO說明書［Z］.韓國飛龍株式會社.