中压自动转换开关电器

1.     引言

自动转换开关电器简称ATSE,是 Automatic Transfer Switching Equipment的缩写， 在两路电源供电系统中，当一路电源发生电源质量故障，将负载电路从常用电源切换至另一路（备用）电源，以确保重要负载连续、安全、可靠运行，并使常用电源、备用电源、双回路供电系统具有电压检测、自动切换、自投自复、自动启动及停止发电机等功能。应用于工况、医院、军用场所、机场、通讯设施、计算机中心、电厂等重要场合，保障了供电的连续性 。

中压ATSE是3~10kV的应用，额定电流从630A 到4000A，短路开断电流25/31.5/40kA，需要采用真空断路器作为主开关，真空灭弧室作为 灭弧装置，弹簧或永磁操作机构，控制器负责监测进线电源端出线欠压、过压和断相等故障，在出线故障时控制真空断路器快速切断、转换。ATSE控制器需要接入市电、发电机电压状态信号，需要在市电和发电机电源进线侧配置电压互感器。中压ATSE有一般有单套两进一出电缆连接和引线、计量、压变、多个出线等排列使用的方案 。

2.     产品方案

2.1.   方案一，中置柜方案。

中压ATSE一般的做法是采用三台中置柜两台可抽出式断路器一台作为正常市电进线，一台作为应急柴油发单机进线，一台或多台是馈出隔离回路。通过切换控制单元并同时实现对线路的保护功能。电气连锁保证了任何时间里只有一对主触头可以闭合，真空断路器与控制器分别装在两个不同的柜子，很好的实现了物理隔离。该方案结构简单，不改变通用型配电真空断路器和中压开关柜设计，通过直接集成双电源控制器即可实现ATS系统应用。缺点是尺寸较大，成本高，两个断路器之间的机械联锁实现比较困难，绝大多数使用电气联锁，部分使用钢丝绳、钥匙联锁等方式联锁，不能实现刚性联锁机构，可靠性不高。

2.2.   方案二，双层柜方案

双层开关柜是一台开关柜配有两个真空断路器。 这样只需要两台开关柜就可以实现一组ATSE电缆进、出方案，一台开关柜安装两个断路器用于市电电源进线和柴油机应急电源进线，标准的两个VCB，具有小于100毫秒的并行时间，快速触点转换时间40-100毫秒。 而另一台柜 配两个电压互感器手车，用于电压信号和提供操作电源。 断路器 的储能和合闸就是V-V连接的电压互感器提供的控制电源完成，电压互感器容量 2000VA。 跳闸采用电容器跳闸装置，保证失电情况下跳闸，电压互感器柜同时用于关键负载的出线连接。

该方案结构紧凑，一组设备宽度只有1100mm，极大的节省了空间，通过使用小巧紧凑的智能型断路器可以通过断路器自备的保护单元实现短路故障跳闸等的保护功能，减少了综保的使用。一台柜子上下布置的抽出式断路器通过自平衡连杆机构实现刚性机械联锁。

缺点是结构过于紧凑，不能满足国家电网开关柜的相应标准，同时，也不能满足内部故障的要求。该产品大量用于韩国电信数据中心。

2.3.   方案三

采用两个断路器头对头垂直布置专用型ATSE 一体式开关，保持原真空断路器设计，结构简单，机械联锁较易实现。 缺点是断路器比较高，开关柜需要独特设计。

成套方案应用于整个配电系统中，根据供电局要求加入市电引线、开关、计量单元，通过ATES开关柜连接多个出线，逐级投切控制，市电市电后，根据柴油发电机状态，控制器可按预先设定的顺序切除相应负载出线断路器，负载切除后，跳开全部市电电源断路器，再合上备用电源断路器，备用电源（柴发）合闸后，按预先设定的顺序延时投入各负载出线断路器，实现逐级投切，避免多台变压器带负载同时投退时，出现强大励磁涌流和启动电流对进线以及供电的冲击，引起进线跳闸或者上级变电站跳闸。

市电电源 进线总开关 计量 ATS & 发电机电源进线 提升 出线。。。。。，该产品生产厂家不多，客户接受程度还有待提高。

2.4.   方案四 专用型ATSE

新型一体化专用型ATSE，一个断路器配并列两套单模块弹簧操作机构。 极柱采用每相两个真空灭弧室一体固封设计，上触臂同相两个分开相互绝缘，且有高度差，便于开关柜绝缘设计要求； 下触臂同相连接在一起，作为关键负载出线。 灭弧室操作主轴内外相套，两套操作机构带动主轴分别分、合对应的灭弧室。

 

 

1250A 31.5/40kA 的断路器宽度尺寸仅有853mm，可安装于1000mm宽开关柜，

机械联锁：

通过与各自主轴连接的连杆机构直接锁住另外一个操作机构的合闸推杆，保证当一个机构合闸后，另一个机构不能被合闸。

电气联锁：辅助开关触点接入另一侧弹簧机构的控制回路，当一侧合闸时，主轴带动的辅助开关变换触点为断开，另一侧机构不能接通合闸。

一体化专用型断路器，结构紧凑，单一车架，共享极柱，单弹簧操作机构模块，便于更换，成本低，机械联锁可靠；

成套系统应用更为简单，1000mm宽的柜体，普通断路器隔室稍作修改即可使用，主母线位置与一般中置柜相同，联络母线也基本一致，柴发应急进线连接采用带金属涂层的LONG PDS 设计，可以直接使用低压电流互感器安装在LONG PDS上，也可以使用支柱式电流互感器。吊装安装电压互感器，背装接地开关，柴油机进线也不占用更多空间。同时此设计还可以保证满足国网对开关柜电气净距125mm要求，同时满足内部故障等级要求，各高压隔室有独立的压力释放通道。

对于单组ATSE电缆进、出方案，可以实现柜宽只有1200mm的紧凑型设计，两路抽出式进线电压互感器手车，后上部左右两侧用于连接进线电缆，后中部下侧用于连接关键电源出线电缆。

 

  2.5.   其它专用型ATSE方案

TBBQ12双电源自动转换开关采用固封极柱背靠背布置， 模块化设计，结构简单，可拆卸零件少，可靠性高， 动力采用励磁式驱动，线圈瞬间吸合完成转换功能，可靠性高。转换速度快线圈的瞬间吸合带动开关动作完成转换，速度更快，寿命长线圈不会长时间带电，减少发热量，提高使用寿命。触头的传动机构采用平面四连杆双摇和触头传动系统完美配合，实现触头的同步分合闸。具有机械及电气连锁装置以防止误操作造成两路电源同时投入。

 

3.   结语

中压ATSE要求开关设备转换可靠性高、转换时间短、结构简单，电气、机械双重互锁功能，应用、维护方便，以便保障供电安全。因此中压断路器、开关柜的设计就需要充分考虑上述要求，并按照国家标准《中压转换开关电器及成套开关设备》设计，同时考虑国网、南网、供电局和用户使用要求。一体化专用型断路器机构紧凑，可靠性高，是ATSE发展的必然趋势，在数据中心10kV供电系统中应用中优势显著，可以为数据中心打造高可靠性及高效节能的供电系统提供了安全保障。