【摘要】雙電源切換裝置是一級(jí)負(fù)荷和其他重要負(fù)荷等用電設(shè)備中經(jīng)常使用的關(guān)鍵設(shè)備。隨著科技發(fā)展，雙電源切換裝置已有多種產(chǎn)品和型式供用戶選擇。本文重點(diǎn)對(duì)“Y”型和“H”型雙電源切換裝置的原理、發(fā)展過程、特點(diǎn)等進(jìn)行論述，為電氣設(shè)計(jì)、采購、及維護(hù)人員提供技術(shù)參考。

【關(guān)鍵詞】雙電源；切換裝置；特點(diǎn)

Abstract： In power supply system， Automatic Transfer Switching equipment（ATES） is one of the key device for class one and other important loads. With the development of science and technology， variety types and products of ATES can be chosen by users. This paper focuses on the principle， development and characteristics of ATSE for demonstration. It intends to provide technical reference for designers， purchasers， maintainers .

Keyword： Dual power supply， switching device， characteristics

一、概述

雙電源切換裝置是兩路電源用戶經(jīng)常使用的一種常規(guī)產(chǎn)品，應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，型式也多種多樣。當(dāng)前比較流行的是“Y”和“H”兩種類型的雙電源切換裝置。本文重點(diǎn)對(duì)這兩類雙電源切換裝置的原理、發(fā)展過程、特點(diǎn)等進(jìn)行論述。

二、“Y”型雙電源切換裝置特點(diǎn)

“Y”型雙電源切換工作原理，是兩路電源進(jìn)線經(jīng)過切換裝置饋出一路向負(fù)荷供電，當(dāng)一路電源停電時(shí)，雙電源切換裝置自動(dòng)切換至另一路電源供電，從而保證負(fù)荷不間斷供電。簡稱“兩進(jìn)一出、主備運(yùn)行”。

“Y”型雙電源切換裝置型式大致分為接觸器（繼電器）型、機(jī)械控制型和電氣控制型。見圖1“Y”型雙電源切換裝置原理圖。

1.接觸器（繼電器）控制型

見圖1（A）

“Y”型雙電源切換裝置最原始的實(shí)現(xiàn)方式就是通過接觸器或繼電器搭建控制回路，工作原理如下：

①當(dāng)主電源有電時(shí)，接觸器（繼電器）受電，常開接點(diǎn)閉合，接通主回路，同時(shí)常閉接點(diǎn)打開，斷開備用回路。

②當(dāng)主電源失電時(shí)，接觸器（繼電器）失電，常開接點(diǎn)打開，斷開主回路，同時(shí)常閉接點(diǎn)閉合，接通備用回路。

③當(dāng)主電源來電后，接觸器（繼電器）受電，自動(dòng)恢復(fù)主回路供電。

接觸器（繼電器）控制型雙電源切換裝置也有采用雙接觸器（繼電器）型式，其工作原理與上述相同，只是不要求主電源來電自動(dòng)復(fù)歸，減少切換次數(shù)。一般應(yīng)用于主備電源供電可靠性基本相同處。本文不在此處詳細(xì)論述。

接觸器（繼電器）控制型雙電源切換裝置的優(yōu)點(diǎn)是切換速度快，一般可以控制在0.15秒內(nèi)，在早期沒有UPS不間斷電源作為電源切換時(shí)間內(nèi)保證負(fù)荷不斷電的情況下，其特點(diǎn)顯得更加突出。

接觸器（繼電器）控制型雙電源切換裝置也存在一些不足：

①對(duì)外電源有電、無電的控制能夠正常切換，但在外電源非正常狀態(tài)（如低電壓、電壓波動(dòng)等）情況下會(huì)出現(xiàn)紊亂現(xiàn)象，特別是電壓在接觸器（繼電器）啟動(dòng)臨界點(diǎn)波動(dòng)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)接觸器（繼電器）抖動(dòng)，導(dǎo)致頻繁動(dòng)作現(xiàn)象。

在實(shí)際運(yùn)行中曾出現(xiàn)這樣現(xiàn)象，主電源電壓低至（180V左右）已不能滿足用戶使用條件，但沒有達(dá)到接觸器（繼電器）失電條件，盡管備路電源正常，但不能完成電源切換，導(dǎo)致負(fù)荷停止工作。

由于接觸器（繼電器）動(dòng)作采用的是磁鐵原理，離散性大，通過調(diào)整定值達(dá)到一致的啟動(dòng)條件是比較困難的。

②對(duì)三相電源控制比較困難，如圖一（A）中只采集單相電源信號(hào)并控制三相電源的切換，當(dāng)電源缺相等故障時(shí)，就不能保證正確切換；如果采集三相電源信號(hào)進(jìn)行控制，控制回路將極其復(fù)雜。

③接觸器（繼電器）常閉接點(diǎn)長期處于斷開位置，容易疲勞變形，當(dāng)需要閉合時(shí)常常發(fā)生閉合不到位現(xiàn)象，導(dǎo)致供電失效或電源虛接。同理，常開接點(diǎn)長期處于閉合位置，長期通電，容易粘連，需要斷開時(shí)失效。

④使用壽命短，人工維護(hù)工作量大。

2.機(jī)械控制型

見圖1（B）

機(jī)械控制型雙電源切換裝置（也稱機(jī)械式ATS）是在解決接觸器（繼電器）控制薄弱問題的背景下問世的。機(jī)械控制型雙電源切換裝置與接觸器（繼電器）控制型工作原理基本相同，只是在此基礎(chǔ)上，取消了接觸器（繼電器）而直接控制電源開關(guān)。

機(jī)械控制型雙電源切換裝置在兩電源開關(guān)間安裝一個(gè)控制器，其工作原理相當(dāng)于在主、備電源開關(guān)中使用了一個(gè)杠桿，將一個(gè)電源開關(guān)控制在合位另一個(gè)控制在分位，切換時(shí)杠桿使得兩個(gè)電源開關(guān)分別變位。

機(jī)械控制型雙電源切換裝置解決了接觸器（繼電器）控制型雙電源切換裝置存在的③④項(xiàng)不足。部分裝置采集了三相電源信號(hào)，解決了接觸器（繼電器）控制型雙電源切換裝置②的不足。

機(jī)械控制型雙電源切換裝置的切換時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于接觸器（繼電器）控制型雙電源切換裝置的切換時(shí)間。一般在用戶使用UPS或?qū)η袚Q時(shí)間要求不高的條件下應(yīng)用。

3.電氣控制型

見圖1（C）

電氣控制型雙電源切換裝置（也稱電氣式ATS）是在機(jī)械控制型雙電源切換裝置（也稱機(jī)械式ATS）基礎(chǔ)上發(fā)展而來，在電源開關(guān)上增加電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，使用可編程控制器PLC控制電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)從而控制電源開關(guān)完成切換工作。

電氣控制型雙電源切換裝置的特點(diǎn)：

①將控制方式變?yōu)橛?jì)算機(jī)程序控制，使得對(duì)雙電源切換更加靈活，增強(qiáng)了邏輯判斷、參數(shù)設(shè)定等功能，可適時(shí)通過修改PLC程序，增加、補(bǔ)充、修訂控制邏輯，滿足運(yùn)行實(shí)際需求。②由于PLC具備通信接口，使得雙電源切換裝置具備遠(yuǎn)程監(jiān)控條件。③能夠采集三相電源信號(hào)。④解決了接觸器（繼電器）控制型、機(jī)械控制型雙電源切換裝置所有的不足。⑤與上述兩種控制方式相比，不足的方面是只能具備了兩電源間的電氣聯(lián)鎖而缺少了機(jī)械聯(lián)鎖。

“Y”型雙電源切換裝置隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步經(jīng)歷了不斷發(fā)展與完善的過程，逐步走向成熟。但需要指出的是，由于“Y”型雙電源切換裝置只有一路出線（出線無備用），當(dāng)這條出線（或負(fù)荷側(cè)）發(fā)生故障時(shí)，將導(dǎo)致兩路電源開關(guān)跳閘，所帶負(fù)荷失電，成為“Y”型雙電源切換裝置的薄弱點(diǎn)。

三、“H”雙電源切換裝置特點(diǎn)

雙電源用戶負(fù)荷大多為一級(jí)或重要負(fù)荷，意味著除電源外所帶負(fù)荷也主、備雙套配置，以保證負(fù)荷不能間斷工作。在此背景下，為克服“Y”型雙電源切換裝置的薄弱點(diǎn)，“H”雙電源切換裝置問世。

“H”雙電源切換裝置工作原理，簡稱為“兩進(jìn)兩出一聯(lián)絡(luò)，并列運(yùn)行”。

見圖2 ，“H”雙電源切換裝置原理圖。

“H”雙電源切換裝置的工作原理是：

①主、備電源各接引一路負(fù)荷，主、備電源間增加聯(lián)絡(luò)開關(guān)K3，通過可編程控制器PLC控制K1、K2、K3開關(guān)。②正常運(yùn)行時(shí)，兩電源開關(guān)K1、K2處于合閘狀態(tài)，主、備電源各一路負(fù)荷，聯(lián)絡(luò)開關(guān)處于K3分閘狀態(tài)。③當(dāng)一路電源停電或不正常時(shí)，斷開該路電源開關(guān)，合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)，一路電源帶全部負(fù)荷。當(dāng)外電源恢復(fù)正常時(shí)，切換裝置自動(dòng)復(fù)位。④當(dāng)一路負(fù)載故障導(dǎo)致電源開關(guān)跳閘時(shí)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)不合閘，保證另一路正常供電。⑤電源開關(guān)K1、K2與聯(lián)絡(luò)開關(guān)K3間具備電氣連鎖，保證3個(gè)開關(guān)中最多只能2個(gè)處于合閘狀態(tài)，保證兩路電源不會(huì)并網(wǎng)。⑥可以具備遠(yuǎn)程監(jiān)控功能?！癏”雙電源切換裝置除具備“Y”型雙電源切換裝置（C）的所有特點(diǎn)外，增加了出線備用功能，解決了負(fù)荷側(cè)故障時(shí)兩路電源全部中斷的問題，保證一路正常供電。

“H”雙電源切換裝置不具備電源開關(guān)K1、K2與聯(lián)絡(luò)開關(guān)K3間的機(jī)械閉鎖。見圖2，在面板操作時(shí)是具備閉鎖（電氣閉鎖）功能的，但人為打開箱門直接手動(dòng)操作開關(guān)時(shí)，是能夠?qū)?個(gè)開關(guān)同時(shí)合上的（注：只是短時(shí)，此狀態(tài)下PLC將發(fā)K3分閘命令，即保護(hù)功能）。

四、雙電源切換裝置的功能驗(yàn)證

雙電源切換裝置應(yīng)經(jīng)過試驗(yàn)室的功能檢驗(yàn)，而試驗(yàn)的關(guān)鍵是能夠全面、系統(tǒng)地模擬出外電源運(yùn)行中可能出現(xiàn)的各種工況。試驗(yàn)重點(diǎn)一是驗(yàn)證非正常和故障時(shí)雙電源切換裝置能否正確動(dòng)作，二是外部電源條件恢復(fù)正常時(shí)雙電源切換裝置能否自動(dòng)復(fù)位。本文列舉一些應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)的項(xiàng)目：

1.電源開關(guān)在不同的初始狀態(tài)下，兩路電源先后、同時(shí)來電時(shí)，切換裝置工作是否正常。2.電源失電時(shí)切換動(dòng)作試驗(yàn)3.電壓波動(dòng)（包含電壓非正常狀態(tài)）切換動(dòng)作試驗(yàn)4.負(fù)荷側(cè)發(fā)生故障時(shí)的切換、保護(hù)試驗(yàn)（包含處理故障后的復(fù)位試驗(yàn)）5.邏輯控制過程中的狀態(tài)發(fā)生變化的試驗(yàn)

例：①電源一失電（或低電壓），聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘過程中電源一又來電。②電源一失電（或低電壓），聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘過程中電源二又失電（或低電壓）。③一路電源電壓在正常與非正常間頻繁變化（模擬電壓在臨界波動(dòng)）。④開關(guān)在各種初始狀態(tài)下，電源來電后的動(dòng)作是否正確。

6.聯(lián)鎖試驗(yàn)

①電氣聯(lián)鎖試驗(yàn)；②機(jī)械聯(lián)鎖試驗(yàn)。

7.保護(hù)功能試驗(yàn)：如人為將“H”型切換裝置三個(gè)開關(guān)同時(shí)合上時(shí)，切換裝置保護(hù)功能是否起作用。

8.遠(yuǎn)程操控試驗(yàn)

五、結(jié)論

本文章分析與論證了“Y”和“H”型式雙電源切換裝置的工作原理、特點(diǎn)，同時(shí)提出了雙電源切換裝置應(yīng)進(jìn)行的試驗(yàn)室試驗(yàn)項(xiàng)目，從而驗(yàn)證雙電源切換裝置功能的實(shí)效性，可供設(shè)計(jì)、使用者根據(jù)不同的使用要求進(jìn)行設(shè)備選型。

伴隨著時(shí)代發(fā)展與科技進(jìn)步，雙電源切換裝置的應(yīng)用范圍將越來越廣泛，型式也將向著多樣化、智能化方向創(chuàng)新與發(fā)展，為使用者提供更多的選擇。

作者簡介

李焱（1961年），男，漢族，籍貫北京，中國鐵路總公司運(yùn)輸局，牽引供電專業(yè)，高級(jí)工程師，工學(xué)學(xué)士。