自动转换开关（ATS）在变电站中的应用及投切问题

陈灵

摘 要：本文在对ATS的主要类型与特点分析基础上，对其在变电站建设中的应用及其进行变电站运行自动投切控制的有关问题进行研究，以为有关实践及研究提供参考。

关键词：自动转换开关；变电站；应用；投切问题

在我国社会经济与电力事业快速发展的影响下，当前电力工程建设中变电站电压等级越来越高，对变电站运行的自动化与智能化要求也越来越高，在这种情况下，随着特高压智能变电站的建设，在满足人们不断增长的电力需求与推动电力事业进一步发展方面，都起到了非常积极的作用和意义。其中，自动转换开关作为电力系统的重要电器控制元件，主要在电力工程紧急供电系统设计中进行应用，能够实现对负载电路从一个电源向另一个备用电源自动切换，从而对电力系统正常工作与运行进行支持，在智能变电站建设中具有非常重要的作用。

1 自动转换开关的主要类型与特点分析

1）自动转换开关的结构类型与特点分析。自动转换开关作为电力系统的重要元器件，其在电力系统电路运行的电源切换控制中运用，可以作为一个独立的整体结构装置进行设计运用，也可以通过组合设计方式进行应用实现。其中，作为独立的整体结构装置形式进行电路运行的电源切换支持中，它是由动、静触头以及机电联锁机构、电磁操作机构等组成，其中设置有独立的控制器，能够在自动转换开关工作运行中根据其控制器参数设置及检测情况进行相应的工况显示与报警提示，以对电路运行中电源切换与控制功能进行支持。其次，通过组合设计在电力系统中应用的自动转换开关，主要由断路器以及电动/磁执行机构、机电联锁机构等组成，需要通过一个相对独立或者是一体装设的控制器配备，以对电力系统中电路运行的电源投切进行支持。

此外，根据自动转换开关的电气性能不同，又可以分为PC级与CB级两种类型的自动转换开关。其中，PC级自动转换开关在电力系统中设计运用，能够实现电力系统短路问题下的电源自动接通与承载，但在实现短路电流分断上存在局限性，并且其实际应用中未进行过电流脱扣保护配备；而CB级自动转换开关，在电力系统中设计运用具有承载、接通以及分断短路电流功能，在电路运行发生短路或者是过载问题时，能够通过其电路闭锁与自动转换功能进行短路或者是过载电流分断，但是不能进行自动转换，只有在电压异常等情况下，才能够实现自动转换，为电力系统的安全与稳定运行提供支持。

2）自动转换开关的工作原理。结合上述对自动转换开关的主要类型与功能特点分析，可以看出自动转换开关一般由开关主体、控制器以及操作机构三个结构部分组成，其工作运行中是通过控制器进行两路电源状态的实时监测，从而在工作电源的回路出现电压不稳或者是异常、断相情况下，由控制器进行相应的动作指令发出，然后通过操作机构控制开关本体的操作手柄实现向备用电源的自动投切，以对负荷端进行正常供电支持，确保整个电力系统稳定工作与正常运行。如下图1所示，即为自动转换开关的结构原理示意圖。

图1 自动转换开关的结构原理示意图

2 自动转换开关在变电站中的应用与投切问题

1）变电站站用电系统的特点分析。根据上述对自动转换开关及其结构原理的分析，以220KV变电站工程为例，由于220KV变电站规划建设中，一般会从主变压器的低压侧进行两台容量相容并且能够互为备用的变压器设备连接设置，这两台变压器在变电站工作运行中为分列运行状态，其中，对每台变压器的设置选择是按照整个变电站的计算负荷进行合理设置的，变电站运行中，只有一台主变压器工作情况下，另一台变压器的电源是从外部连接设计的。此外，在变电站运行中，变电站内部电源连接支持的变压器设备，其电源的低压侧一般采用三相四线电路设计，电源电路的中性点为直接接地设计，额定电压一般设置为220KV，母线设计按照工作变压器划分的单母线形式，对相邻两段的工作母线之间进行分段设置或者是采用联络断路器进行连接控制，以在整个变电站运行中实现同时供电与分列运行，确保变电站运行中其中一台变压器退出时，另一台变压器能够自动切换到失去电源支持的供电电路工作母线段对变电站运行进行继续供电支持，以确保变电站工作运行的稳定性。此外，变电站系统运行中其内部供电电源负荷由变电站所在的配电系统进行直接供电支持，对重要负荷电路应通过在两段母线的双回路上分别连接设计，以满足其系统运行的供电需求。同时，对强油风冷主变压器的冷却装置以及带电滤油装置、有载调压装置等重要装置电路连接设计，需要按照相应的电路设计要求进行互为备用的双回路电源进线设计，并且确保其在冷却装置控制箱内进行自动切换，以对变电站工作运行进行支持。

2）自动转换开关在变电站中的应用及有关问题分析。根据上述对变电站站用电系统特点分析，以某变电站系统为例，该变电站站用电系统是由高电压降低为三相四线380V电压等级，该变电站的占用变压器共设计有两台，正常工况下为分开运行状态，为确保变电站运行中电路负载符合其运行要求，通过将两台站用变压器低压侧交流接触器设置为互为备用装置，以确保变电站站用变压器中的一台出现失压或者是故障问题时，另一台站用变压器能够作为备用变压器满足负荷自动转换需求，以对变电站运行的可靠性进行支持。需要注意的是，由于上述变电站系统设计在实际运行中容易出现发生接触器触头烧坏以及线圈噪声等问题，对变电站站用变压器正常转换造成影响，因此，需要采用自动转换开关对变电站进行改造设计，以确保其在自动转换支持下的正常运行实现。

结合这一情况，该变电站改造设计中，以降低改造成本为原则，采用ASCO300系列四极150A自动转换开关在原有的旧转换屏基础上进行改造，转换改造中通过加强电击时间以及设备短路故障问题的安全控制，然后在变电站低压开关柜内进行角钢增加以进行转换开关固定，并根据控制器与转换开关的情况进行电缆长度合理设计，在开关柜门上进行控制器固定，同时通过在开关柜门上开孔进行控制面板安装；在此基础上，通过对原来的交流接触器进行拆除，将电源与负载接线连接在转换开关对应位置，确保转换开关与控制器、控制面板的二次控制电缆连接到位，对控制器进行接地设计，确定变电站的两路电源相序与电压一致后，进行试验检验符合要求后即完成对该变电站的改造建设，结果显示，自动转换开关在变电站电源自动切换支持中作用效果十分显著。

值得注意的是，自动转换开关在变电站中设计应用时，由于变电站系统的两台变压器工作运行中，备用电源一般采用柴油发电机作为供电电源，与变电站所在的配电系统电源存在一定的区别，在作为变电站供电电源进行改进设计中需要对其使用特性进行改变，为避免其对变电站运行中自动转换的影响，需要结合变电站实际情况，加强对自动转换开关与站内电源、备用电源的配合设置，同时在进行备用电源设计时，需要针对其电源使用的频率、时间长短等因素进行综合考虑后合理设计，以避免对变电站系统的自动转换开关及其作用产生影响。

3 结束语

总之，对自动转换开关在变电站中的应用与投切问题进行研究，有利于促进其在变电站中设计应用，从而对变电站的正常运行提供可靠的支持，具有十分积极的作用和意义。

参考文献

[1]张志鹏，王维，郭朝云.智能变电站新型断路器转换开关及控制回路设计分析[J].河北电力技术，2015，34（02）：20-24.