柴油发电机ATS柜与电网自动切换的装配调试

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讲解了市电与柴油发电机双电源自动切换机构（简称ATS柜），ATS柜具有使用器件少、体积小、成本低、安装调试简易、占用空间小等优点，该装置经用户运转一年多来，经历多次电网故障考验，运转可靠，极大地缩短了由外电事故造成的生产时间，具有较强的实用性，特别适用配电设备陈旧的工厂企业推广应用。

      从安全、方便操作等方面考虑，安装位置选在配电室转换柜正面、柜门内正上方位置柴油发电机十大品牌排行榜。

      将现用手动双投切换开关的接线拆装，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 BVR铜线 A，能够满足要求，继续使用。图1为自动切换开关装配图示，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保养检修等工作，I档接市电端柴油机故障码一览表，Ⅱ档接发电机端。大电回路的过载、短路保护由DK1完成，发电机回路的过载、短路保护由DK2完成。

      ATS开关接线    ATS开关二次回路接线端子功用说明

      为避免与其他器件相互危害，将二次回路器件装配在ATS开关上横担上沿柴油机常见故障及处理方法，继电器底座是插接方法，为保证可靠性，采用水平方法装配，所有器件装配在35mm导轨上，连线阻燃软铜线与连线压接，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控制界面远程起动信号线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，采用并联方法放大触头功率，J2-5为常闭触头。

（2）N为防反充电二极管，类型10A4，较大正向电流10 A，较大反向电压500 V，预防发电机起动后给浮充器反向充电，起隔离用途。

      ATS开关必须与英国深海DSE6120监控系统配合操作才能完成自动切换用途。英国深海DSE6120控制面板的功能、参数设定及技术说明如下：（1）操作界面的功用      康明斯发电机组通常由3个部分构造：发电机、发电机和控制界面。其中发电机提供动力，发电机将发电机的机械能切换为电能，控制屏是发电机组的大脑部分，不但供应发电机的开机、停机、数据测量、参数显示和损坏保护功用，而且还提供发电机的电量检测、电量显示和电量保护等功能。英国深海DSE6120控制系统是单机智能化控制模块，不带大电检修功能，广泛运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显示屏上转换显示。通过IED指示灯指示损坏发生，并在ICD显示屏上显示主要故障状况，可选用自动、手动使用模式。在自动模式下，远程起动输入端口（10号接线端子，闭合有效），输入.遥控启动，发电机进入起动延时状态（如果在起动延时计时期间内解决.遥控起动信号，将回到备载状态），延时完成后，发电机起动，进入工作状态。当.遥控起动信号消除，此时冷却时间延时起动，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，发电机重新加载。

      英国深海DSE6120控制界面在停止和发电机静止状态下，进入前面板配置编辑器，根据需要可对配置数据进行重新调整。英国深海DSE6120控制屏出厂默认配置数据如表3所示。

② 冷却时间是除了让发电机在关闭前起冷却功用，还具有对电网恢复正常进一步确认功能。在冷却时间期内，市电又发生停电故障，ATS开关将不再延时直接切换到发电位置，将冷却时间调节为2分钟。

      xJ3-C型断相与相序保护继电器的1、2、3接线相电压，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操作界面10号接线端子输入遥控启动信号，将延时起动发电机。待发电机起动后，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（电网）切向0位再切向Ⅱ路（发电），电网向发电转换完成，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路有优先选用权，ATS开关从Ⅱ路切向0位再切向I路，发电机向市电转换完成，负荷由市电供电。同时J2-5常闭触头断开，英国深海DSE6120控制模块10号接线端子遥控启动信号消除，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。

      分5步进行可靠性测试，第一，电网正常时，人工断开CK刀开关，模拟大电停电状态：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，模拟电网两相缺相状态：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继电器均能准确动作，发电机启动正常，ATS开关转换可靠。

       英国深海DSE6120控制模块10号接线端子输入遥控启动信号，发电机进入延时起动状态，为防止瞬间或短时停电造成误动作，将时间调节为10 s，发电机启动。ATS开关延时转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，选购尽量短的时间。经过多次起动发电机负荷测试后，确定将延时转换时间（Js时间继电器延时时间）调节为10 s。从停电到切换完成，用时32 s左右（严冬与夏日略有差异）。      当英国深海DSE6120控制界面10号接线端子遥控起动信号排查，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功能，还有就是对大电恢复正常的进一步确认。在冷却时间期内，大电又产生停电损坏，ATS开关将不再延时直接切换到发电位置，将冷却时间调节为2分钟。

      发电机持久处于待机状态，浮充器一方面给英国深海DSE6120控制系统提供待机电源，另一方面给电瓶组充电。英国深海DSE6120操作系统的作业电压为8~35 VDC，所以调节浮充器的输出电压并不会影响到英国深海DSE6120控制面板的正常作业，其目的具体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）表现为电压源特点，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蓄电池组满电压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、比较和测定，较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，以弥补蓄电池自放电。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操作系统由浮充器供电，电压设置在26 VDC，而当发电机运转时，英国深海DSE6120监控系统的供电由发电机自身提供，电压为27.8 VDC。

      电源供电系统是发射机房的能源动力部位，其必要性毋庸置疑，较大限度降低由于外电造成的停播损坏也是当前作业的重中之重。我台在2011年之前，大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，在市电停电的状况下又多了一种供电程序，结构双回路供电，大幅度降低了外电事故造成的停播时间，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，造成转换时间的不确定性。2016年供电转换设备智能化升级整改后，双回路供电实现了转换时间的标准化、一致性，大大缩短了切换时间。表4是双电源运转后历年我台电网停电时，大电、发电机切换时长统计表。

表4      双电源运行后历年大电、发电机切换时长统计表

      目前，ATS开关装配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开关均能完成自动转换，发电机自动起动，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电网停电转换至发电供电，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，智能化升级改造效果明显，达到了预期目标。

      外电停电可分为计划停电和损坏停电两种。计划停电是供电部门根据作业需要对用户采取的停电办法，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事故造成的用户停电损坏，停电时间、时长用户不可知。根据这两种停电程序的优点，可采用以下两种不同的运行程序：

（1）计划停电的运转步骤：      将ATS切换开关设定为自动（平常为自动），发电机在已知的停电时间前5~10分钟设定为手动（平常为自动）并手动起动发电机，让发电机空载暖机，待大电停电、ATS开关切换到发电机位置后，再将发电机设定为自动。这种运行步骤可将电网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，有利于延迟发电机使用寿命。

      由于事故时间不可知，只能将ATS开关和发电机都设定为自动步骤，这种步骤也是日常双电源转换装置的操作规范。

      发电机只有在停电时才会启动，每年的运转时间很有限，机油、冷却水消耗及风扇、皮带摩擦比较轻微。结合这几年在发电机维保中发生的问题，总结出蓄电池的保养是重点：一是蓄电池是起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是加水蓄电池，排气口在蓄电池上端相对故障多。

       蓄电池维保应注意：定期对浮充器电压进行校验，以解决环境及器件自身数据变化的影响；定时查验电瓶电解液液面，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；定时查看电瓶接线桩头卡子，观察卡子是否有腐蚀情形，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；定时用电瓶放电叉检修电瓶容量及活性，如功率低于正常值，即使还能起动发电机也应考虑更换，以免在大电真正停电时不能起动，造成严重停播故障，有因素的单位，可考虑再接入一组后备蓄电池组；在春、夏、秋季使用0#柴油，冬天操作-10#柴油，加油以半箱为宜，随用随加，到寒冬再加入适量-10#柴油，既保证发电机正常工作，同时又可防止浪费。