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转换开关电器在特殊场所的应用

 

  本文分别以码头轮胎吊机和错峰用电的应用场合为例,介绍了转换开关电器的使用条件、功能和工作原理。

关键词 转换开关电器 控制器 故障

Abstract Taking the applications of pier tire crane and peak load shifting for example, this paper introduces the working conditions, function and working principle of transfer switching equipment.

Keywords transfer switching equipment, controller, malfunction

1 引言

在比较重要的场所,为了保证负载的正常供电,一般由两路电源供电,对两路电源的选择,运用最多的是自动转换开关电器(ATSE),该开关电器由控制器部分与本体开关两部分组成。用于市电与市电或市电与发电机两路电源之间的转换。主要功能是:当两组电源设定为一主一备时,将优先使用主电源,当主电源出现故障时,例如:电源的停电、欠压、过压、缺相(部分产品具有对频率的检测,超过设定值时同样具有转换功能),控制器部分能够进行快速故障判断,确认出现故障时对本体开关部分发出控制信号,将电源转换至备用电源,保证给负载持续供电。当主电源正常时,控制器部分对本体开关部分发出控制信号,将电源转换至主电源,由主电源给负载供电。当两组电源设定为互为备用时,控制器部分将选择任意一路电源给负载供电,只有在该电源出现故障时,控制器部分将对本体开关部分发出控制信号,将电源转换至另一路电源。控制器部分在各个转换过程具有延时可调、指示、报警、通信等辅助功能。产品符合国际标准IEC60947-6-1和国家标准《低压开关设备和控制设备 第6-1部分:多功能电器 转换开关电器》(GB/T14048.11)。一般应用于两路电源为相同电压、相同频率的交流电源之间的转换。本文所述的特殊场所的应用主要是指非相同电压、相同频率、相同相数的电源之间的转换。

2头轮胎吊机上ATSE的运用

码头轮胎吊机原设计为自带三相柴油同步发电机,提供轮胎吊机的所有电能,额定功率为350kW,采用三相三线制,额定线电压为440V±5%,电流约为550A。采用此种方式,存在以下明显缺点:1)柴油内燃发电机噪声相当大,实际现场往往是多台吊机同时工作,更加明显。2)柴油内燃机尾气污染大,造成严重的空气污染。3)柴油发电成本高,发电机接近满负荷工作时发出1kWh电,消耗柴油约为0.35~0.45L,折合约2.8~3.5RMB,柴油发电机轻载或空载时单位油耗更大,成本更高。另外,柴油发电机还有不少的维修、维护费用。如果使用地面电网电源,成本将极大的降低。

为解决以上问题,同时防止出现电源缺相情况发生,降低电源传送的难度,考虑从地面配电房送直流电源给各台轮胎吊机供电,除了可以满足要求外,更具有以下优点:1)多台轮胎吊机组网由地面直流电源供电,吊装物品在下降时吊机的主电机工作在发电机状态,可以为直流电网反馈电能,节能效果相当明显。2)由于是多台轮胎吊机组网,大大提高直流电网(局部网)的抗冲击能力。因此,选择直流电源为优先使用电源。直流电源由地面专用的三相变压器输出,经过全波整流后取得。三相变压器的线电压为440V±10%,整流后电压为600V±10% ,单台轮胎吊机的额定电流约为580A

ATSE本体开关的选择。A电源(主电源)侧:额定电压600V±10%DC) ,额定电流630AB电源(备用电源)侧:额定电压:440V±5%AC),额定电流630A。具体电路系统如图1所示。

1 码头轮胎吊机电路系统图

ATSE的特殊要求:

1)本体开关部分:(1)本体开关应具有独立的交流电源输入/输出接口与直流电源输入/输出接口,交直流电源之间完全隔离。(2)直流电源供电时,直流电压达到660V,在大电流、高电压情况下,直流电源通断时灭弧相当困难,应采用多极串联的方式,为提高灭弧效果,在设计上可以考虑运用磁吹灭弧,另外对开关转换的同步性要求极高,应对结构设计及工艺严格保证。

2)控制器部分:(1)为保证工作可靠,应加强控制器EMC抗干扰设计;电源端增加防浪涌器件(如压敏电阻或放电管),使其最低能耐受6kV的冲击电压;为抵抗谐波或感性负载运行时的干扰串扰到电源线上,在控制器电源输入端加装吸收EFT(脉冲群抗扰度)干扰的装置(如EFT抑制器或安规电容和电感)。电源谐波还会叠加到控制器电压采样电路,为保证电源电压采样的准确性,避免误动作,在控制器采样电路要增加低通滤波处理,软件设计时也要进行采样数据的平滑处理。(2)采用数码管显示,显示直观、设置方便,抗干扰能力强。(3)具有与上位机通信的功能,方便集中控制。(4)主电源应改为直流采样,备用电源应改为交流线电压采样。(5)控制器部分电源除了采用400V交流、600V直流供电外,还增加了第三路的24V直流蓄电池供电,当两路电源均出现故障时,仍然可以保证控制器正常工作:正常指示、报警、通信。(6)本体开关部分的辅助开关与控制器的反馈线接口连接,实现闭环实时控制,本体开关转换更加可靠。

3在三相电源变成单相电源时转换开关的运用

一般情况下,一个电网中用户的三相负载占大多数,但也有单相负载,单相负载中主要是单相照明负载,各单相负载比较均匀地分配在三相电源的各相中,当用电紧张需要错峰用电时,必须强制停止三相负载,但是又应该保证用户单相负载,特别是单相照明负载的正常供电。这种情况下,运用转换开关(TSE)的转换功能,起到三相电源变成单相电源的作用,是极好的选择。

用电紧张需要错峰用电,转换开关需要转换时,由供电局监控中心远程发出指令,传输至各台转换开关的控制器,因此控制器需要具有通讯功能,且能够与监控中心进行实时通讯,彼此之间通讯协议需要完全匹配。这种情况下,该双电源自动转换开关的功能、用途已经发生了改变,不再是传统的“当一路电源出现故障(例如:停电、欠压、过压、缺相、过频率、欠频率)后,快速自动转换到另外一路电源(假设此电源是正常的)。该转换开关完全是由供电局远程控制,按实际要求操作转换,也就是说是人为的远程操作、控制转换,与电源是否有故障没有任何关系。因此,控制器对电源的检测只用于显示,不进行判断,也不根据电源是否出现故障情况对本体开关进行转换控制。

不同区域负载使用不同的转换开关进行控制,不同的转换开关单相进线选择接入不同的相线,即L1L2L3的其中一相,从而达到电网各相负载的平衡。三相变成单相运用原理图(以三台TSE分别控制三个不同区域为例)见图2

2 三相变单相运用原理图

TSE的特殊要求:

1)本体开关部分:使用通用的3极本体开关,无特殊要求。

2)控制器部分:(1)为保证工作可靠,应加强控制器EMC抗干扰设计;电源端增加防浪涌器件(如压敏电阻或放电管),使其最低能耐受6kV的冲击电压;为抵抗谐波或感性负载运行时的干扰串扰到电源线上,在控制器电源输入端加装吸收EFT(脉冲群抗扰度)干扰的装置(如EFT抑制器或安规电容和电感)。电源谐波还会叠加到控制器电压采样电路,为保证电源电压采样的准确性,避免误动作,在控制器采样电路要增加低通滤波处理,软件设计时也要进行采样数据的平滑处理。(2)采用数码管显示,显示直观、设置方便,抗干扰能力强。(3)具有与上位机通信的功能,方便集中控制,实现转换功能。(4)本体开关部分的辅助开关与控制器的反馈线接口连接,实现闭环实时控制,本体开关转换更加可靠。

4结束语

自动转换开关电器(ATSE)在有两路电源供应且比较重要的场所已经广泛运用,技术成熟。在一些有特殊要求的场所,对产品进行局部的设计改进,完全可以满足实际使用要求,并且改进、验证周期短,经济效益相当明显。由于本产品已经纳入国家“3C”认证产品范畴,应进行相关的补差的形式试验测试,取得证书后方可以投入生产、使用。

参考文献

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.低压开关设备和控制设备 第6-1部分:多功能电器 转换开关电器(GB/T 14048.11-2008[S].北京:中国标准出版社,2008.

[2]翁瑞琪编.电子工程师手册[M].北京:机械工业出版社,2006.

[3]牛新国编.电工技术常用公式与数据手册[M].北京:总后金盾出版社,2005.

作者简介

 

        曾舟,就职于深圳泰永科技股份有限公司,任公司电源事业部副总经理兼ATS技术总工,主要研究方向为转换开关电器及控制设备,从事多年的ATS技术开发,有较高的理论素养,对转换开关产品的设计和制造有较为丰富的实践经验,熟悉行业的前沿技术和应用。

作者:曾 舟 来源:《智能建筑电气技术》2014年第1期 点击数: 发布时间:2014年04月09日
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