＊曾耀傳

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 福建 350008）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的飛速發(fā)展，對(duì)電力供應(yīng)的連續(xù)性需求逐步上升，如不能滿足一些重要場(chǎng)所的連續(xù)用電需求將會(huì)造成嚴(yán)重后果，比如醫(yī)院突然停電不僅會(huì)造成較大的損失，同時(shí)還可能延誤病人的最佳救護(hù)時(shí)間，造成意外。此外機(jī)場(chǎng)、核電站、軍事設(shè)施以及一些大型生產(chǎn)線等對(duì)于電力需求龐大的場(chǎng)所在停止供電后會(huì)出現(xiàn)巨大損失[1]。所以為了滿足這些重要用電場(chǎng)所的連續(xù)性供電需求，我國(guó)的電力供應(yīng)系統(tǒng)也在不斷完善。一般采用主、備兩路獨(dú)立電源供電模式來保證供電連續(xù)性，所以當(dāng)主電路電源出現(xiàn)問題時(shí)，我們需要用自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器（ATSE）來完成主、備兩路獨(dú)立電源的自動(dòng)切換以保證供電的持續(xù)。

ATSE是Auto Transform System Equipment的縮寫，主要用于需要連續(xù)供電的場(chǎng)合，其至少有兩路電源，工作時(shí)一路電源與負(fù)載連接，當(dāng)該路電源出現(xiàn)故障不能供電時(shí)，可以自動(dòng)斷開，并把負(fù)載連接到另一路電源上，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定連續(xù)的供電。經(jīng)濟(jì)水平提高的同時(shí)也使得用電需求不斷上升，而且還是持續(xù)穩(wěn)定的電力需求。因此，市場(chǎng)上對(duì)ATSE的需求正在逐年增加。

1.ATSE的結(jié)構(gòu)

ATSE由兩部分構(gòu)成：開關(guān)本體和控制器。開關(guān)本體是ATSE的核心，為機(jī)械部分，執(zhí)行控制器發(fā)出的切換命令，完成主、備電源之間的切換操作。ATSE類型不同，開關(guān)本體差別較大，主要由接觸器、斷路器、負(fù)荷開關(guān)等設(shè)備組成[2]?？刂破鞯墓δ軇t是檢測(cè)主、備兩路電源的接通狀態(tài)，屬于電子部分，當(dāng)控制器檢測(cè)到某一路電源接通異常時(shí)，就會(huì)給主體部分發(fā)出主、備電源切換指令。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)接收到信號(hào)帶動(dòng)操作機(jī)構(gòu)完成觸頭的切換，保證供電持續(xù)性。

2.ATSE分類

ATSE的兩個(gè)主要組成部分是控制器和開關(guān)本體，其中控制器的主要功能在于監(jiān)測(cè)兩路電源的連接情況，當(dāng)某一路供電電源出現(xiàn)問題時(shí)。控制器便會(huì)給主體部分發(fā)出切換指令，當(dāng)開關(guān)本體接收到來自控制器的指令后就會(huì)切換到另外一路電源，保證供電的連續(xù)。而開關(guān)本體又分為兩種，第一種是有整體式的PC級(jí)、第二種是帶有斷路器的CB級(jí)。PC級(jí)：具有接通電源，承載負(fù)荷的功能，但不可用于分?jǐn)喽搪冯娏?。PC級(jí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換動(dòng)作快，轉(zhuǎn)換只需0.1-0.2s，其次，就是體積小，不需要太多安裝空間，除此之外，PC級(jí)ATSE沒有過電流脫扣器，尤其適用于消防泵這些場(chǎng)所的應(yīng)用。CB級(jí)：與PC級(jí)不同，這種ATSE上面配帶有過電流脫扣器，CB級(jí)ATSE的主觸頭同時(shí)具有接通電流和斷開電流的的功能。CB級(jí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)也有缺點(diǎn)，比如其切換時(shí)間較長(zhǎng)，轉(zhuǎn)換需1-5s，但因其用兩臺(tái)斷路器，各有各的電弧熄滅措施，不會(huì)形成兩電源短路故障，所以CB級(jí)ATSE一般均帶有過壓、欠壓、缺相、相序、切換延時(shí)、返回延時(shí)等動(dòng)作閥值設(shè)定。我國(guó)市場(chǎng)目前存在的四種雙路電流轉(zhuǎn)換產(chǎn)品，分別是接觸器、斷路器、電動(dòng)負(fù)荷開關(guān)、PC級(jí)（一體式）ATSE。

相比于國(guó)外而言，我國(guó)的ATSE研發(fā)較晚，在21世紀(jì)之前，我國(guó)主要依賴西方國(guó)家生產(chǎn)的ATSE產(chǎn)品，到了21世紀(jì)，在改革開放政策以及經(jīng)濟(jì)全球化的催化下，本土ATSE企業(yè)迅速發(fā)展起來，為了ATSE企業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，國(guó)家質(zhì)檢總局在2002年頒布了GB/T 14048.11－2002《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第6部分：多功能電器自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并在2016年對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了更新，使其成為3C認(rèn)證的技術(shù)法規(guī)。

目前市面上占比最高的ATSE產(chǎn)品類型當(dāng)屬PC級(jí)，大約占據(jù)了70%的市場(chǎng)，并且還在朝著更高的市場(chǎng)占比發(fā)展，ATSE市場(chǎng)份額占比第二高的當(dāng)屬CB級(jí)，大約占據(jù)了28%，但目前處于持續(xù)緩慢下降趨勢(shì)，CC級(jí)已很難在市場(chǎng)上見到，生產(chǎn)CC級(jí)的企業(yè)也逐漸面臨重組或者產(chǎn)品更新?lián)Q代的局面。因此，未來的ATSE主流產(chǎn)品類型極大可能是PC級(jí)的，尤其是一體式的專用型PC級(jí)ATSE將占據(jù)絕大部分兩路電源轉(zhuǎn)換開關(guān)市場(chǎng)。

3.國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

ATSE的發(fā)展可以粗略的分為三個(gè)階段。首先是基于雙接觸器模式的ATSE，其主要是通過兩臺(tái)接觸器搭接的方式實(shí)現(xiàn)電源的切換。由于使用的接觸器不具短路保護(hù)功能，因此該階段主要是以CC級(jí)ATSE為主。深圳強(qiáng)電通科技公司的QTS1系列就是以交流接觸器作為主觸頭的產(chǎn)品[3]。還有一種類似的產(chǎn)品是雙繼電器模式，但是由于使用壽命短，現(xiàn)在基本被淘汰了。其次是雙斷路器加機(jī)械連鎖模式的ATSE，因?yàn)榫哂卸搪繁Ｗo(hù)能力，因此屬于CB級(jí)產(chǎn)品，所以使用范圍較廣。最后是成套一體機(jī)的ATSE，這是現(xiàn)在比較多見的一種集成化程度較高的ATSE，其主要采用特定的電磁或電機(jī)驅(qū)動(dòng)，外加設(shè)定的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)觸頭的自動(dòng)切換功能。由于具有特定的操動(dòng)機(jī)構(gòu)，因而一體式的ATSE具有較高的可靠性。但是由于帶有保護(hù)特性的ATSE設(shè)計(jì)較困難，因而一體式的ATSE主要屬于保護(hù)性不強(qiáng)的PC級(jí)產(chǎn)品。

(1)國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)企業(yè)從20世紀(jì)90年代開始，天津低壓電器廠首先研制生產(chǎn)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ATSE，其產(chǎn)品主要是基于兩臺(tái)斷路器再加機(jī)械連鎖裝置設(shè)計(jì)而成。隨后，上海歐雅斯電氣有限公司研發(fā)了各種型號(hào)的ATSE，典型代表為QYQ1系列整體式ATSE，其具有CB級(jí)和PC級(jí)的功能，通過對(duì)觸頭材料方面的深入研究和創(chuàng)新，轉(zhuǎn)換時(shí)間縮短至約60ms，該時(shí)間比PC級(jí)一體式ATST略小[4]。上海華通開關(guān)廠研發(fā)的SQ30Z具有機(jī)械連鎖和電氣聯(lián)鎖的雙重保護(hù)，另外還有遠(yuǎn)程調(diào)試與通信功能[5]。廣東順開電氣集團(tuán)研發(fā)了一種具有獨(dú)特轉(zhuǎn)換方式的操動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)斷路器的通斷功能[6]。杭州之江開關(guān)有限公司研發(fā)的HSQ6屬于PC級(jí)ATSE，該產(chǎn)品不會(huì)有同時(shí)通電的現(xiàn)象發(fā)生，而且轉(zhuǎn)換時(shí)間也較短[7]。浙江天正智能電器有限公司研發(fā)的THQ1-63，通過對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使操動(dòng)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性得到了大幅提升[8]。深圳泰永科技股份有限公司研發(fā)的TBBQ12，采用控制系統(tǒng)與開關(guān)本體完全分離的模式，大幅減小了電磁干擾和機(jī)械振動(dòng)的影響[9]。

我國(guó)一些科研院所和高校也對(duì)ATSE進(jìn)行了一系列的研究工作。王舜堯[1]設(shè)計(jì)了一款具有智能化功能的控制器，該控制器具有強(qiáng)制工作、間歇工作、自動(dòng)工作和停止工作共4種工作模式，并可調(diào)整欠壓上下限值和切換延時(shí)時(shí)間。李強(qiáng)[10]基于單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)了上位PC機(jī)與智能ATSE之間通信的功能。一些研究還分析了轉(zhuǎn)換開關(guān)控制系統(tǒng)的工作原理，利用單片機(jī)對(duì)電源狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的控制電路，從而提高準(zhǔn)確率和靈敏度[11-12]。另外，王興利針對(duì)ATSE結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大和功能少等問題，優(yōu)化開發(fā)了一種小型ATSE[13]。

(2)國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)際上，美國(guó)偏向于研究可靠性能好和響應(yīng)速度快的ATSE，所以產(chǎn)品屬于PC級(jí)一體式的ATSE。其中美國(guó)的阿斯卡（ASCO）公司，在1920年就開發(fā)了第一代一體式切換開關(guān)，如今ASCO公司研制生產(chǎn)的ATSE，占據(jù)了美國(guó)近6成的市場(chǎng)。美國(guó)的通用電氣（GE）和康明斯（CMI）等公司也是ATSE研發(fā)生產(chǎn)的主要企業(yè)。與美國(guó)不同的是，一些歐洲國(guó)家，如法國(guó)、瑞士等研發(fā)生產(chǎn)的ATSE，更加注重產(chǎn)品的短路保護(hù)功能，因此主要屬于CB級(jí)，主要以法國(guó)的溯高美（SOCOMEC）、施耐德（SCHNEIDER ELECTRIC）和瑞士的阿西布朗勃法瑞（ABB）生產(chǎn)的產(chǎn)品為代表。

4.ATSE的應(yīng)用

自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的應(yīng)用越來越廣，尤其是在石油化工行業(yè)、煤礦行業(yè)、建筑行業(yè)、消防安全、機(jī)場(chǎng)碼頭以及醫(yī)療等重要行業(yè)。

石化工業(yè)規(guī)模發(fā)展得越來越大，一般情況下不允許出現(xiàn)斷續(xù)生產(chǎn)的情況，所以對(duì)于連續(xù)供電要求極高，一旦供電中止，會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失甚至爆炸或引起火災(zāi)。如若條件過于苛刻，比如在深?；蛘呱衬葮O端地段進(jìn)行石化生產(chǎn)時(shí)，電力難免出現(xiàn)問題，但是至少要確保生產(chǎn)裝置能夠平穩(wěn)進(jìn)入停工狀態(tài)，防止因電力突然斷開而出現(xiàn)的生產(chǎn)意外，如火災(zāi)、爆炸等事故，否則企業(yè)將承受巨大經(jīng)濟(jì)損失；對(duì)于民用建筑，當(dāng)建筑層數(shù)達(dá)到一定時(shí)，有關(guān)于消防類用電的要求在最末一級(jí)配電箱處設(shè)置自動(dòng)切換裝置。對(duì)于消防電源，可靠性要求很高，消防負(fù)荷國(guó)標(biāo)要求必須使用PC級(jí)ATSE[14]；由于PC級(jí)ATSE的穩(wěn)定性以及安全性，一般將其用于醫(yī)院，辦公樓等公共建筑的配電轉(zhuǎn)換；信號(hào)塔等通訊設(shè)備，大型服務(wù)器等也首選PC級(jí)ATSE[15]。

在煤礦行業(yè)中，由于環(huán)境較惡劣，光線、溫度以及濕度等條件較差，ATSE控制機(jī)構(gòu)中的電子元件性能容易受到影響，導(dǎo)致參數(shù)偏移和線路信號(hào)偏差等問題，降低ATSE在使用過程中的可靠性[16]。如果環(huán)境有較大的濕度，在使用過程中自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的控制器以及外部區(qū)域容易出現(xiàn)凝露的現(xiàn)象，這樣容易產(chǎn)生短路甚至燒壞的風(fēng)險(xiǎn)。所以一些使用環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合對(duì)ATSE控制機(jī)構(gòu)的可靠性提出了較高的要求，可以通過使用有效的預(yù)防措施對(duì)其關(guān)鍵電子元件進(jìn)行防護(hù)，從而確保ATSE在使用過程中的穩(wěn)定性和有效性[17]。

不同的使用環(huán)境中對(duì)ATSE的要求有所不同，對(duì)于消防、化工、醫(yī)院等供電連續(xù)性要求高的場(chǎng)合，對(duì)ATSE的切換速度提出了較高的要求，像煤礦這些環(huán)境條件差的場(chǎng)合，必須對(duì)電子元件進(jìn)行必要的防護(hù)措施。所以，選擇合適的ATSE至關(guān)重要。

5.如何選擇ATSE

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展所帶來的影響有好也有壞，好處在于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使得國(guó)民生活水平上升，不好之處則是現(xiàn)代生活和工業(yè)用電的需求越來越大，如若缺少電力供應(yīng)會(huì)影響大部分人的生產(chǎn)生活，所以現(xiàn)在要求雙路供電的場(chǎng)合越來越多，因此，有需求就會(huì)有市場(chǎng)，生產(chǎn)廠家也在增多，但不同的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品類型和質(zhì)量又有所區(qū)別，所以在選擇ATSE時(shí)應(yīng)注意以下問題：

(1)工作方式

ATSE的工作方式分為自投自復(fù)和自投不自復(fù)兩種，自投自復(fù)式ATSE的控制器一直保持著對(duì)常用電源和備用電源的監(jiān)控，一旦常用電源發(fā)生故障，備用電源狀態(tài)正常時(shí)，控制器會(huì)發(fā)出信號(hào)給開關(guān)本體，完成常用電源到備用電源的切換，常用電源故障解除時(shí)，控制器將新的信號(hào)發(fā)送給開關(guān)本體，這時(shí)開關(guān)本體再將備用電源切換回主電源。自投不自復(fù)又包括互為備用和自投手復(fù)，互為備指的是主電源與備用電源沒有主次之分，只有當(dāng)某一路電源出現(xiàn)故障時(shí)才會(huì)切換到另外一路電源，否則一直使用未出故障電源，即使當(dāng)原故障電源恢復(fù)也不自動(dòng)切換回主電源。自投手復(fù)指的是當(dāng)電源切換到備用電源時(shí)一直保持穩(wěn)定不變，只能通過手動(dòng)將其恢復(fù)到主電源[18]。

用戶在選擇ATSE時(shí)，選擇哪種工作方式也十分重要，自投自復(fù)是常用電源正常時(shí)，返回常用電源，適用于常用電源為電網(wǎng)備用電源由發(fā)電機(jī)提供的模式，但是發(fā)電機(jī)成本太高，所以當(dāng)主電源恢復(fù)正常時(shí)，依然使用電網(wǎng)是更加節(jié)省的選擇。然而當(dāng)兩路都是電網(wǎng)供電時(shí)，選擇互為備用的工作方式，因?yàn)槊堪l(fā)生一次轉(zhuǎn)換負(fù)載就會(huì)停一次電，選擇自投不自復(fù)的工作方式可以使負(fù)載少停一次電。自投手復(fù)的方式一般適用于電梯、廣播等負(fù)荷[19,20]。

(2)ATSE轉(zhuǎn)換動(dòng)作時(shí)間

目前市場(chǎng)上最為流行PC級(jí)和CB級(jí)兩類雙電源開關(guān)，CB級(jí)ATSE的切換速度慢，總動(dòng)作時(shí)間一般在2000-3000ms，PC級(jí)ATSE有兩位式（兩段式）和三位式（三段式），二位式開關(guān)主觸頭僅有常用電源和備用電源兩個(gè)工作位，切換速度較快，總動(dòng)作時(shí)間一般為350-600ms，三位式觸頭有常用電源、備用電源及零位三個(gè)工作位，零位是主觸頭處于空擋，便于用戶維修，三位式ATSE的切換速度較慢，總動(dòng)作時(shí)間一般為2000-3000ms[21-22]。

如若對(duì)轉(zhuǎn)換時(shí)間有特殊需求的可以選擇使用二位式PC級(jí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，比如醫(yī)院、超級(jí)市場(chǎng)、證券交易中心等，就要求轉(zhuǎn)換時(shí)間盡可能短。至于對(duì)轉(zhuǎn)換時(shí)間沒有特殊要求的或者要求不嚴(yán)格的場(chǎng)合可以使用其他級(jí)別ATSE，如CB級(jí)。例如，在已經(jīng)配備了UPS的機(jī)房中使用的ATSE可以選擇CB級(jí)，因?yàn)閁PS本身可以維持供電10min以上，這種情況屬于對(duì)轉(zhuǎn)換動(dòng)作時(shí)間要求不嚴(yán)格的狀態(tài)，所以此時(shí)選用CB級(jí)ATSE可以有效降低投入。另外對(duì)于負(fù)載電路中感性負(fù)載比較多，轉(zhuǎn)換時(shí)分?jǐn)嗪徒油娏鞔?，快速切換反而對(duì)負(fù)載不利時(shí)，也應(yīng)選擇CB級(jí)ATSE。

6.結(jié)語

自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)作為一種重要的低壓配電產(chǎn)品，它的穩(wěn)定性及可靠性對(duì)于供電的連續(xù)性至關(guān)重要。ATSE的發(fā)明對(duì)于電力系統(tǒng)的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用，保障了很多重要場(chǎng)合供電的連續(xù)性，提高了生產(chǎn)的穩(wěn)定性，然而要使ATSE更加廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)生活中，還面臨著很多的問題，比如提高觸頭切換速度、快速滅弧、減小裝置體積等。對(duì)于我國(guó)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器的研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)制造企業(yè)，還需要進(jìn)一步的優(yōu)化ATSE結(jié)構(gòu)，以制造出大批高質(zhì)量的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器。這些問題的研究解決需要各行各業(yè)相關(guān)企事業(yè)以及人員的協(xié)同配合。通過不斷優(yōu)化ATSE結(jié)構(gòu)，最終生產(chǎn)出安全高效的裝置。