三峽船閘雙電源互投裝置選型研究

胡航 陳友之 黃小亮 朱小龍 吳炅

摘 要：本文介紹了雙電源互投裝置的設備結構組成以及在三峽船閘的應用情況。針對三峽船閘現場特點和運用需求進行了雙電源互投裝置的選型研究，內容涵蓋進口設備和國產設備的調研考察和多方位比選，綜合各項性能提出了雙電源互投裝置的合理化選型建議。

關鍵詞：雙電源互投裝置;斷路器;選型研究;三峽船閘

中圖分類號：U641 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006—7973（2021）02-0101-03

雙路電源冗余切換是保證持續可靠供電的有效手段[1]。正常狀態下，由一回進線供電，當一回進線失電時，由雙電源切換裝置迅速完成切換為另一回進線供電，保障設備持續運行。目前電源冗余切換裝置根據轉換開關的不同，主要分為2類，自動轉換開關電器（ATSE）和靜態轉換開關（STS）[2]。ATSE 采用繼電器或者斷路器完成切換，STS則是采用可控硅、IGBT等電力電子器件完成切換，二者各有優劣[3]，分別應用于不同場合。其中，自動轉換開關電器（ATSE）主要適用于交流不超過1200V或直流不超過1500V的低壓緊急供電系統，用于兩路電源之間的切換[4]。三峽船閘采用的雙電源互投裝置屬于自動轉換開關電器（ATSE）類型。

雙電源互投裝置運用于三峽南北兩線船閘24個現地子站。其中，由變電所提供的兩回0.4kV交流電源，是本子站的主要電源動力來源。兩回進線電源通過雙電源自動互投裝置進行自動投切，確保子站供電可靠。作為關鍵器件，雙電源自動互投裝置目前已安全運行十幾年正面臨器件老化、設備停產斷供的情況。根據設備運行維保需求，針對三峽船閘的現場特點，本文進行了雙電源互投裝置的選型研究。

1雙電源互投裝置介紹

1.1基本結構組成

三峽船閘的雙電源互投裝置采用的是梅蘭日蘭公司的產品。裝置主要由2個塑殼斷路器Compact NS630和一套C801轉換開關組成。該系統額定工作電壓Ue=AC400V、額定工作電流Ie=800A、額定極限短路分斷能力Icu=70kA，最小轉換動作時間不大于0.4S，具有兩段保護，長延時保護和瞬時保護，并帶有機械互鎖連桿，防止2個斷路器同時接入電路。

具體的系統組成包括BA控制器面板、IVE電氣聯鎖、ACP輔助控制板和開關及機械套件，各控制組件之間采用控制排線連接。操作方式為電動操作，控制器面板具有強制N段、強制R段、自動和斷開四個位置。

1.2在三峽船閘的應用情況

雙電源互投轉換裝置安裝在三峽船閘子站機房三號柜中，三號柜的整體尺寸為800x2050x600mm，實際操作空間為800x1650x600mm。該套雙電源轉換系統于2000年投入使用，使用時間達到電氣設備使用年限20年，隨著雙電源互投技術的不斷發展，市場上該型號已被淘汰，無法購買到用于三峽船閘子站配電系統維護更換的備件，且維護與更換耗時較長，無法滿足現在日益增長的通航要求，急需更換新型號。

以維修為例，現有雙電源互投裝置型號如果僅電操機構壞損，更換電操機構時長約為1小時，并且需要變電所停電。斷路器本體一般不會故障，但一但故障更換流程及其復雜，斷路器本體上下端為銅排連接，更換時需拆解幾十顆螺栓，更換時長約為3小時。兩種維修時長均超過半小時，所以需提前申請停航時段進行檢修，維修的時間、人力、礙航成本較大。

2選型需求分析

根據三峽船閘雙電源互投裝置的使用情況，本項目旨在市場上選擇一款性能穩定、備件供應可靠的雙電源互投裝置新型號，尺寸符合現場安裝要求，維護更換簡單，具有良好的保護功能。

2.1安全可靠性

保證供電可靠，在I端進線失電時能迅速切換至II段供電，有效保障船閘運行的供電可靠性。同時有軟硬互鎖、機械連鎖避免兩回同時合閘造成短路。

2.2維保便捷性

確保設備維修保養便捷，維修更換不超過30分鐘。

2.3實施可行性

要因地制宜，充分考慮三峽船閘子站機柜現有布置情況，確保設備滿足現場安裝需求。

3雙電源互投裝置選型研究

根據雙電源互投裝置的市場情況，項目組選取多個設備品牌進行廠內調研考察，主要包括施耐德、常熟開關廠、西門子等。現根據考察情況，從國內品牌、進口品牌各選取一個進行研究比選。

3.1國產設備考察選型

根據國產設備的市場情況，國產設備方案采用常熟開關制造有限公司的最新產品，方案有兩種。

3.1.1基于萬能式斷路器的CA1W大容量自動轉換開關電器，配合CW3系列智能型萬能式斷路器

該自動轉換開關電器為CB級，由自動轉換控制器、轉換器、控制電纜和智能型框架斷路器四部分組成，可選機械聯鎖配合使用。額定工作電流200A-6300A。具有兩路電源轉換轉換解決方案，具有手動、自投自復、自投不自復（互為備用）、強制等轉換模式，并可提供強制并聯轉換功能，滿足負載側不間斷供電的要求，控制器集成度高。過電壓類別分為Ⅳ類，沖擊耐受電壓為12kV，額定短路分斷/額定短路接通最大達100kA/220kV，滿足大容量變壓器電源斷需求。

根據三峽船閘現地設備技術需求，選用CA1W-2500殼架，其額定工作電流Ie為800A，額定工作電壓Ue為AC400V，機械壽命12500次，電氣壽命8000次。控制器型號ZTF（智能通信自投自復型）。通過智能型框架斷路器比選，優先選擇CW3-2500H智能型框架斷路器。該斷路器具有良好的擴展性，為后期的通信等功能升級提供了可能性。

自動轉換控制器ZTF安裝于開關柜門板上，轉換器安裝于開關柜安裝板上，控制器至轉換器、轉換器至斷路器由控制電纜連接接。目前三峽船閘子站機房機柜尺寸為800x2050x600mm，若兩臺智能型框架斷路器橫向并排安裝尺寸超過機柜寬度，所以采用上下并列安裝的方案，兩臺智能型框架斷路器采用抽屜式的安裝，整體尺寸為438x800x395mm，考慮到低壓母排安全距離，又涉及到銅排翻排的安全距離，600mm的柜深無法滿足施工要求，需要更換800x2050x800mm的電氣柜。

3.1.2采用CAP3-800b產品，配合iH5控制器

CAP3系列高性能自動轉換開關電器（以下簡稱為裝置）為PC級專用型自動轉換開關電器，主要用于交流50/60Hz，額定工作電壓AC230/240V、AC400/415V，額定工作電流16A至4000A的電源系統，因一路電源發生異常而進行電源之間的切換，保證其供電的連續性和可靠性。CAP3-800b主要參數為：額定工作電流Ie為800A，額定工作電壓Ue為AC400/415V，額定短時耐受電流為85kA/1s，最小轉換動作時間<100ms，電氣壽命6000次，機械壽命10000次。

本裝置尺寸為347x568x196.5mm，遠小于現場機柜的可施工尺寸，通過下進線的方式安裝母排，將抽屜式CAP3自動電源轉換系統安裝于三號柜原雙電源系統位置，于柜門上開孔，便于觀察和操作。

此系統安裝方便，且該裝置為一個整體，故障點少檢修方便;PC級自動轉換開關轉換速度快;使用類別高達AC-33A，可由斷路器作為SCPD，額定限制短路電流高;功能齊全、智能化程度高，可后期升級。

3.2進口設備考察選型

根據進口設備的市場情況，進口設備方案采用施耐德電氣有限公司的最新產品，方案有兩種。

一是采用NS800H4P塑殼斷路器配合BA控制器的CB級產品;二是采用ATMT800H4P2A產品。

ATMT自動電源轉換系統由控制器、適配器和執行斷路器構成。執行斷路器加裝適配器后通過控制連接線與適配器連接，實現對供電電源的檢測;控制器通過設定的程序自動完成電源間的轉換。

ATMT自動電源轉換系統具備電源電壓、頻率檢測功能，除常規的轉換功能外，還提供特殊需求的閉環控制功能（并聯轉換）。該系統具有良好的電電磁兼容性能力，保證自動電源轉換系統的穩定運行;具備控制系統邏輯鎖，控制線路電氣聯鎖，執行斷路器機械聯鎖保證了電力的安全轉換。該ATMT自動電源轉換系統選用2B型控制器、2B進線適配器和MT08H1b執行斷路器。MT08H1b執行斷路器為自動電源轉換系統的執行機構，負責合斷電源，可選用連桿聯鎖或纜繩聯鎖對系統保護。

安裝方式為適配器與斷路器一同安裝，通過二次線分別與控制器相連，上下并列安裝于三號柜內，柜門改為三段設計，下兩段門各開一孔用于觀察斷路器情況，2BA控制器安裝于三號柜最上端的柜門板上，方便控制設備。

兩臺智能型框架斷路器采用抽屜式的安裝，整體尺寸為438x800x395mm，考慮到低壓母排安全距離，又涉及到銅排翻排的安全距離，600mm的柜深無法滿足施工要求，需要更換800x2050x800mm的電氣柜。

3.3設備比選

根據三峽船閘子站機房現用的自動電源轉換系統，新方案主要技術指標為多段保護、轉換時間、使用壽命和安裝簡易程度等。方案對比如表1所示。

4結論

根據方案對比，常熟開關有限公司的CA1W-2500H和施耐德電氣有限公司的ATMT800兩個自動電源轉換系統更為符合需求。

參考文獻：

[1]馮旭，趙軍玉 . 站用雙路電源自動切換方案分析 [J]. 河北電力技術，2017，36（8）：60-62.

[2]朱曉明 . 交流電源冗余切換裝置的研制 [D]. 杭州：浙江大學，2013.

[3]蔡志遠，陳朝輝，王新偉 . 自動轉換開關電器的發展和應用 [J]. 智能電器，2011（22）：11-15.

[4]張躍慶.雙電源自動轉換開關電器的選擇和應用[J]. 科技風，2010.