自動轉換開關（ATS）在變電站中的應用及投切問題

陳靈

摘 要：本文在對ATS的主要類型與特點分析基礎上，對其在變電站建設中的應用及其進行變電站運行自動投切控制的有關問題進行研究，以為有關實踐及研究提供參考。

關鍵詞：自動轉換開關；變電站；應用；投切問題

在我國社會經濟與電力事業(yè)快速發(fā)展的影響下，當前電力工程建設中變電站電壓等級越來越高，對變電站運行的自動化與智能化要求也越來越高，在這種情況下，隨著特高壓智能變電站的建設，在滿足人們不斷增長的電力需求與推動電力事業(yè)進一步發(fā)展方面，都起到了非常積極的作用和意義。其中，自動轉換開關作為電力系統(tǒng)的重要電器控制元件，主要在電力工程緊急供電系統(tǒng)設計中進行應用，能夠實現(xiàn)對負載電路從一個電源向另一個備用電源自動切換，從而對電力系統(tǒng)正常工作與運行進行支持，在智能變電站建設中具有非常重要的作用。

1 自動轉換開關的主要類型與特點分析

1）自動轉換開關的結構類型與特點分析。自動轉換開關作為電力系統(tǒng)的重要元器件，其在電力系統(tǒng)電路運行的電源切換控制中運用，可以作為一個獨立的整體結構裝置進行設計運用，也可以通過組合設計方式進行應用實現(xiàn)。其中，作為獨立的整體結構裝置形式進行電路運行的電源切換支持中，它是由動、靜觸頭以及機電聯(lián)鎖機構、電磁操作機構等組成，其中設置有獨立的控制器，能夠在自動轉換開關工作運行中根據(jù)其控制器參數(shù)設置及檢測情況進行相應的工況顯示與報警提示，以對電路運行中電源切換與控制功能進行支持。其次，通過組合設計在電力系統(tǒng)中應用的自動轉換開關，主要由斷路器以及電動/磁執(zhí)行機構、機電聯(lián)鎖機構等組成，需要通過一個相對獨立或者是一體裝設的控制器配備，以對電力系統(tǒng)中電路運行的電源投切進行支持。

此外，根據(jù)自動轉換開關的電氣性能不同，又可以分為PC級與CB級兩種類型的自動轉換開關。其中，PC級自動轉換開關在電力系統(tǒng)中設計運用，能夠實現(xiàn)電力系統(tǒng)短路問題下的電源自動接通與承載，但在實現(xiàn)短路電流分斷上存在局限性，并且其實際應用中未進行過電流脫扣保護配備；而CB級自動轉換開關，在電力系統(tǒng)中設計運用具有承載、接通以及分斷短路電流功能，在電路運行發(fā)生短路或者是過載問題時，能夠通過其電路閉鎖與自動轉換功能進行短路或者是過載電流分斷，但是不能進行自動轉換，只有在電壓異常等情況下，才能夠實現(xiàn)自動轉換，為電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運行提供支持。

2）自動轉換開關的工作原理。結合上述對自動轉換開關的主要類型與功能特點分析，可以看出自動轉換開關一般由開關主體、控制器以及操作機構三個結構部分組成，其工作運行中是通過控制器進行兩路電源狀態(tài)的實時監(jiān)測，從而在工作電源的回路出現(xiàn)電壓不穩(wěn)或者是異常、斷相情況下，由控制器進行相應的動作指令發(fā)出，然后通過操作機構控制開關本體的操作手柄實現(xiàn)向備用電源的自動投切，以對負荷端進行正常供電支持，確保整個電力系統(tǒng)穩(wěn)定工作與正常運行。如下圖1所示，即為自動轉換開關的結構原理示意圖。

圖1 自動轉換開關的結構原理示意圖

2 自動轉換開關在變電站中的應用與投切問題

1）變電站站用電系統(tǒng)的特點分析。根據(jù)上述對自動轉換開關及其結構原理的分析，以220KV變電站工程為例，由于220KV變電站規(guī)劃建設中，一般會從主變壓器的低壓側進行兩臺容量相容并且能夠互為備用的變壓器設備連接設置，這兩臺變壓器在變電站工作運行中為分列運行狀態(tài)，其中，對每臺變壓器的設置選擇是按照整個變電站的計算負荷進行合理設置的，變電站運行中，只有一臺主變壓器工作情況下，另一臺變壓器的電源是從外部連接設計的。此外，在變電站運行中，變電站內部電源連接支持的變壓器設備，其電源的低壓側一般采用三相四線電路設計，電源電路的中性點為直接接地設計，額定電壓一般設置為220KV，母線設計按照工作變壓器劃分的單母線形式，對相鄰兩段的工作母線之間進行分段設置或者是采用聯(lián)絡斷路器進行連接控制，以在整個變電站運行中實現(xiàn)同時供電與分列運行，確保變電站運行中其中一臺變壓器退出時，另一臺變壓器能夠自動切換到失去電源支持的供電電路工作母線段對變電站運行進行繼續(xù)供電支持，以確保變電站工作運行的穩(wěn)定性。此外，變電站系統(tǒng)運行中其內部供電電源負荷由變電站所在的配電系統(tǒng)進行直接供電支持，對重要負荷電路應通過在兩段母線的雙回路上分別連接設計，以滿足其系統(tǒng)運行的供電需求。同時，對強油風冷主變壓器的冷卻裝置以及帶電濾油裝置、有載調壓裝置等重要裝置電路連接設計，需要按照相應的電路設計要求進行互為備用的雙回路電源進線設計，并且確保其在冷卻裝置控制箱內進行自動切換，以對變電站工作運行進行支持。

2）自動轉換開關在變電站中的應用及有關問題分析。根據(jù)上述對變電站站用電系統(tǒng)特點分析，以某變電站系統(tǒng)為例，該變電站站用電系統(tǒng)是由高電壓降低為三相四線380V電壓等級，該變電站的占用變壓器共設計有兩臺，正常工況下為分開運行狀態(tài)，為確保變電站運行中電路負載符合其運行要求，通過將兩臺站用變壓器低壓側交流接觸器設置為互為備用裝置，以確保變電站站用變壓器中的一臺出現(xiàn)失壓或者是故障問題時，另一臺站用變壓器能夠作為備用變壓器滿足負荷自動轉換需求，以對變電站運行的可靠性進行支持。需要注意的是，由于上述變電站系統(tǒng)設計在實際運行中容易出現(xiàn)發(fā)生接觸器觸頭燒壞以及線圈噪聲等問題，對變電站站用變壓器正常轉換造成影響，因此，需要采用自動轉換開關對變電站進行改造設計，以確保其在自動轉換支持下的正常運行實現(xiàn)。

結合這一情況，該變電站改造設計中，以降低改造成本為原則，采用ASCO300系列四極150A自動轉換開關在原有的舊轉換屏基礎上進行改造，轉換改造中通過加強電擊時間以及設備短路故障問題的安全控制，然后在變電站低壓開關柜內進行角鋼增加以進行轉換開關固定，并根據(jù)控制器與轉換開關的情況進行電纜長度合理設計，在開關柜門上進行控制器固定，同時通過在開關柜門上開孔進行控制面板安裝；在此基礎上，通過對原來的交流接觸器進行拆除，將電源與負載接線連接在轉換開關對應位置，確保轉換開關與控制器、控制面板的二次控制電纜連接到位，對控制器進行接地設計，確定變電站的兩路電源相序與電壓一致后，進行試驗檢驗符合要求后即完成對該變電站的改造建設，結果顯示，自動轉換開關在變電站電源自動切換支持中作用效果十分顯著。

值得注意的是，自動轉換開關在變電站中設計應用時，由于變電站系統(tǒng)的兩臺變壓器工作運行中，備用電源一般采用柴油發(fā)電機作為供電電源，與變電站所在的配電系統(tǒng)電源存在一定的區(qū)別，在作為變電站供電電源進行改進設計中需要對其使用特性進行改變，為避免其對變電站運行中自動轉換的影響，需要結合變電站實際情況，加強對自動轉換開關與站內電源、備用電源的配合設置，同時在進行備用電源設計時，需要針對其電源使用的頻率、時間長短等因素進行綜合考慮后合理設計，以避免對變電站系統(tǒng)的自動轉換開關及其作用產生影響。

3 結束語

總之，對自動轉換開關在變電站中的應用與投切問題進行研究，有利于促進其在變電站中設計應用，從而對變電站的正常運行提供可靠的支持，具有十分積極的作用和意義。

參考文獻

[1]張志鵬，王維，郭朝云.智能變電站新型斷路器轉換開關及控制回路設計分析[J].河北電力技術，2015，34（02）：20-24.