康明斯动力（深圳）有限公司

 

新闻主题	柴油发电机ATS柜与市电自动切换线路连接图解

 

摘要：康明斯公司在本文中从安装、调试、运行效果等几个方面介绍了市电与柴油发电机双电源自动切换系统（简称ATS柜），ATS柜具有使用器件少、体积小、成本低、安装调试简单、占用空间小等特点，该系统经用户运行一年多来，经历多次市电故障考验，运行可靠，极大地缩短了由外电故障造成的生产时间，具有较强的实用性，特别适合配电设备陈旧的工厂企业推广应用。

 

一、双电源转换柜安装

 

1、 ATS开关安装

（1）ATS开关安装位置。

      从安全、方便操作等方面考虑，安装位置选在配电室切换柜正面、柜门内正上方位置。

表1    自动转换开关电气性能与机械性能参数

 

（2）ATS开关一次回路安装

      将现用手动双投切换开关的接线拆除，市电端接ATS开关I路输入端，发电机端接ATS开关Ⅱ路输入端，ATS开关输出端接开关柜主断路器，原用接线使用两根35 mm2 BVR铜线，安全载流量350 A，能够满足要求，继续使用。图1为自动转换开关安装图示，图2为一次回路接线示意图。

注：ATS开关分3个档位，0档、I档、Ⅱ档，0档即空档，处于中间位置，开关在此位置可进行设备的维护检修等工作，I档接市电端，Ⅱ档接发电机端。市电回路的过载、短路保护由DK1完成，发电机回路的过载、短路保护由DK2完成。

 

图1    双电源自动转换开关安装图

图2  ATS转换开关一次回路接线示意图

 

 

（3）ATS开关二次回路安装。

      ATS开关接线端子功能说明如表2所示。

表2    ATS开关二次回路接线端子功能说明

     

      二次回路接线如图3所示。

      为避免与其他器件相互影响，将二次回路器件安装在ATS开关上横担上沿，继电器底座是插接方式，为保证可靠性，采用水平方式安装，所有器件安装在35mm导轨上，连线选用1.5 mm²阻燃软铜线，接线头用1.5~3与连线压接，用黄、绿、红三色热缩管对三相采样线进行分色标注，方便相序鉴别。英国深海DSE6120控制器远程启动信号线，用4 x0.5 mm²铜芯橡套电缆二根并一根连接。

（1）Js为时间继电器，线圈电压为380 VAC，可设定0~60 s延时的时间继电器，Js1为延时闭合常开触头。

（2）JZ5-6为断相与相序保护继电器常开输出端，J为小型通用继电器，J4-7、J6-9是它的两组常开触头，采用并联方式放大触头容量，J2-5为常闭触头。

（3）熔断器FU1、FU2：10 A，FU3~FU7：6 A。

图3  双电源转换开关二次回路接线示意图

 

2、电瓶充电线路安装

      浮充器线路设计：电瓶浮充器一是给英国深海DSE6120控制器长期供电，同时给电瓶小电流浮充，使电瓶长期保持满电状态，接线如图5所示，实物如图6所示。

（1）CK1为双极空气开关40 A，CK2、CK3为双极空气开关10 A，FK为单极开关100 A。

（2）N为防反充电二极管，型号10A4，最大正向电流10 A，最大反向电压500 V，防止发电机启动后给浮充器反向充电，起隔离作用。

（3）＋VADJ为电位器。

 

图5  发电机组启动电瓶充电线路图

图6  柴油发电机电瓶浮充器实物图

 

 

二、双电源转换系统调试

 

1、ATS开关的调试

      ATS开关必须与英国深海DSE6120控制器配合使用才能完成自动切换功能。英国深海DSE6120控制器的功能、参数设定及技术规格如下：

（1）控制器的功能

      柴油发电机组一般由3个部分组成：发动机、发电机和控制器。其中发动机提供动力，发电机将发动机的机械能转换为电能，控制器是发电机组的大脑部分，不但提供发电机的开机、停机、数据测量、数据显示和故障保护功能，而且还提供发电机的电量测量、电量显示和电量保护等功能。英国深海DSE6120控制器是单机智能化控制器，不带市电检测功能，广泛应用于国产和进口发电机组，可监控发电机运行数据，如转速、频率、电压、电流、油压、水温、电池充电电压、累计运行时间等，在ICD显示屏上切换显示。通过IED指示灯指示故障出现，并在ICD显示屏上显示具体故障状况，可选择自动、手动操作模式。在自动模式下，远程启动输入端口（10号接线端子，闭合有效），输入.遥控启动"，发电机进入启动延时状态（如果在启动延时计时期间内消除.遥控启动"信号，将回到备用状态），延时完成后，发电机启动，进入工作状态。当.遥控启动"信号消除，此时冷却时间延时启动，以使发电机组在关闭前冷却一段时间，一旦冷却时间计时完毕，发电机组停止，冷却期间如重新激活.遥控启动"信号，发动机重新加载。

（2）控制器参数设定

      英国深海DSE6120控制器在停止和发动机静止状态下，进入前面板配置编辑器，根据需要可对配置参数进行重新调整。英国深海DSE6120控制器出厂默认配置参数如表3所示。

表3    英国深海DSE6120控制器出厂默认配置参数表

 

① 启动延时主要作用是排除市电瞬时、短时停电故障造成的误动作。在启动延时期间内，市电恢复正常，发电机将回到备用待机状态，将启动延时调整为10s。

② 冷却时间是除了让发电机在关闭前起冷却作用，还具有对市电恢复正常进一步确认功能。在冷却时间期内，市电又出现停电故障，ATS开关将不再延时直接切换到发电位置，将冷却时间调整为2分钟。

2、ATS开关运行调试

（1） ATS开关工作过程

      xJ3-C型断相与相序保护继电器的1、2、3接线端采样三相380 V市电A1、B1、C1相电压，当有任意一相断相、三相电源中任意一相电压与另两相电压之间不对称度大于设定值、xJ3-C已认定相序出错时，保护器动作，指示灯灭，常开触头JZ5-6断开，小型通用继电器J线包失电，常开触头J4-7、J6-9断开，ATS开关102端子（I档控制电源）失电，同时，其常闭触头J2-5闭合，英国深海DSE6120控制器10号接线端子输入"遥控启动"信号，将延时启动发电机。待发电机启动后，Js时间继电器线圈得电，开始延时，延时完成后Js1常开触头闭合，ATS开关104端子（Ⅱ路控制电源）得电，ATS开关从I路（市电）切向0位再切向Ⅱ路（发电），市电向发电切换完成，负载由发电机供电。当市电恢复时，xJ3-C继电器动作，指示灯亮，其常开触头JZ5-6闭合，J得电吸合，常开触头J4-7、J6-9闭合，ATS开关102端子得电，，这时I、Ⅱ控制电源同时有电，I路有优先选择权，ATS开关从Ⅱ路切向0位再切向I路，发电机向市电切换完成，负载由市电供电。同时J2-5常闭触头断开，英国深海DSE6120控制器10号接线端子"遥控启动"信号清除，发电机进入冷却时间。冷却时间结束后，发电机停机，回到备用待机状态。

（2）ATS开关调试

      分5步进行可靠性测试，第一，市电正常时，人工断开CK刀开关，模拟市电停电状态：第二，依次断开熔断器FU5、FU6、FU7模拟市电单相缺项状态：第三，依次断开任意两相熔断器，模拟市电两相缺相状态：第四，将xJ3-C继电器1、2、3接线端子任意两相互调，模拟相序出错状态：第五，将xJ3-C继电器1、2、3接线端子依次串入一个单相交流调压器，将电压分别调到190 VAC和260 VAC，模拟三相不平衡状态。在以上测试项目中，xJ3-C、JsZ3A-B、HH53P继电器均能正确动作，发电机启动正常，ATS开关切换可靠。

       英国深海DSE6120控制器10号接线端子输入"遥控启动"信号，发电机进入延时启动状态，为避免瞬间或短时停电造成误动作，将时间调整为10 s，发电机启动。ATS开关延时切换时间是发电机启动至稳定运行状态的时间，为了缩短停播时间，应在不损害发电机的情况下，选择尽量短的时间。经过多次启动发电机负载测试后，确定将延时切换时间（Js时间继电器延时时间）调整为10 s。从停电到切换完成，用时32 s左右（冬季与夏季略有差异）。

      当英国深海DSE6120控制器10号接线端子"遥控启动"信号清除，发电机进入冷却时间，冷却时间是除了让发电机在关闭前起冷却作用，还有就是对市电恢复正常的进一步确认。在冷却时间期内，市电又出现停电故障，ATS开关将不再延时直接切换到发电位置，将冷却时间调整为2分钟。

3、浮充器的电压设定及调试

      发电机长期处于待机状态，浮充器一方面给英国深海DSE6120控制器提供待机电源，另一方面给电瓶组充电。英国深海DSE6120控制器的工作电压为8~35 VDC，所以调整浮充器的输出电压并不会影响到英国深海DSE6120控制器的正常工作，其目的主要是控制电瓶充电电流的大小。浮充器在涓流浮充阶段（电瓶满电状态）表现为电压源特性，输出电压可通过调节＋VADJ电位器（如图8）来设定，浮充器的输出电压应略高于电瓶组满电压25 VDC，随着设定电压的升高，充电电源也会增大，这样会增大电瓶电解液的消耗，还有可能造成过冲，严重影响电瓶寿命。经过多次调整、比较和测量，最终将浮充器输出电压设定在26.7 VDC，经过二极管N后，为26 VDC，此时，输出电流180 mA，浮充电流控制在50 mA左右，以弥补电瓶自放电。电解液有极轻微气泡溢出，温度正常。

      当发电机处于待机状态时，英国深海DSE6120控制器由浮充器供电，电压设置在26 VDC，而当发电机运行时，英国深海DSE6120控制器的供电由发电机自身提供，电压为27.8 VDC。

 

三、改造效果

 

      电源供电系统是发射机房的能源动力部位，其重要性毋庸置疑，最大限度减少由于外电造成的停播事故也是当前工作的重中之重。我台在2011年之前，市电停电时间即为发射机停播时间，而随着自备发电机的投入使用，在市电停电的情况下又多了一种供电方式，构成双回路供电，大幅度降低了外电故障造成的停播时间，但这时的市电与发电机之间需要人工手动切换，发电机也需要手动启动，由于人为因素，业务参差不齐，造成切换时间的不确定性。2016年供电切换装置自动化升级改造后，双回路供电实现了切换时间的标准化、一致性，大大缩短了切换时间。表4是双电源运行后历年我台市电停电时，市电、发电机切换时长统计表。

表4      双电源运行后历年市电、发电机切换时长统计表

注：该数据由省监测中心提供，2016年6月之前为双电源手动切换模式

      目前，ATS开关安装完成运行已有一年多时间，期间多次出现供电部门计划停电和故障停电，ATS开关均能完成自动切换，发电机自动启动，运行正常，可靠性、稳定性得到初步验证。从监测部门反馈的停播时间为市电停电切换至发电供电，停播时间约为39秒（发射机稳压源输入输出之间有几秒钟延时），发电切换至市电供电，停播时间约为9秒。从过去手动切换、手动启动发电机，用时2~5分钟甚至更长时间，到现在自动切换、自动启动发电机，恢复播出用时约39秒，大幅度缩短了停播时间，自动化升级改造效果明显，达到了预期目标。

 

四、运行维护

 

      市电与柴油发电机双电源切换装置投入使用以来，工作稳定可靠，只有及时到位的检修维护工作，才能保证切换系统的正常运行。下面结合我台运行维护方面的成功经验分享如下：

1、运行方式的设定

      外电停电可分为计划停电和故障停电两种。计划停电是供电部门根据工作需要对用户采取的停电措施，停电时间、时长是用户可知的，而故障停电是供电部门的供电设备突发故障造成的用户停电故障，停电时间、时长用户不可知。根据这两种停电方式的特点，可采用以下两种不同的运行方式：

（1）计划停电的运行方式：

      将ATS切换开关设定为自动（平时为自动），发电机在已知的停电时间前5~10分钟设定为手动（平时为自动）并手动启动发电机，让发电机空载暖机，待市电停电、ATS开关切换到发电机位置后，再将发电机设定为自动。这种运行方式可将市电至发电切换停播时间由39秒缩短到7秒，同时提供给发电机一定的暖机时间，有利于延长发电机使用寿命。

（2）故障停电的运行方式：

      由于故障时间不可知，只能将ATS开关和发电机都设定为自动方式，这种方式也是平时双电源切换装置的使用方式。

2、维护重点

      发电机只有在停电时才会启动，每年的运行时间很有限，机油、防冻液消耗及风扇、皮带摩擦比较轻微。结合这几年在发电机维护中出现的问题，总结出电瓶的维护是重点：一是电瓶是启动发电机的唯一动力；二是现在电瓶是长期带电待机；第三就是发电机原配电瓶6-QA-105是加水电瓶，排气口在电瓶上端相对故障多。

       电瓶维护应注意：定期对浮充器电压进行校验，以消除环境及器件自身参数变化的影响；定期检查电瓶电解液液面，正常应在Max与Min线之间，若低于Min线应补加适当蒸馏水至正常，切不可用纯净水等代替；定期检查电瓶接线桩头卡子，观察卡子是否有腐蚀现象，如有，应将其拆下浸泡在热水中除锈，晾干后恢复并在其表面涂一层黄油防腐；定期用电瓶放电叉检测电瓶容量及活性，如容量低于正常值，即使还能启动发电机也应考虑更换，以免在市电真正停电时不能启动，造成严重停播事故，有条件的单位，可考虑再接入一组备用电瓶组；在春、夏、秋季使用0#柴油，冬季使用-10#柴油，加油以半箱为宜，随用随加，到冬季再加入适量-10#柴油，既保证发电机正常工作，同时又可避免浪费。

 

 

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