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柴油發(fā)電機(jī)ATS柜與市電自動切換線路連接圖解 |
摘要:康明斯公司在本文中從安裝、調(diào)試、運(yùn)行效果等幾個方面介紹了市電與柴油發(fā)電機(jī)雙電源自動切換系統(tǒng)(簡稱ATS柜),ATS柜具有使用器件少、體積小、成本低、安裝調(diào)試簡單、占用空間小等特點(diǎn),該系統(tǒng)經(jīng)用戶運(yùn)行一年多來,經(jīng)歷多次市電故障考驗(yàn),運(yùn)行可靠,極大地縮短了由外電故障造成的生產(chǎn)時間,具有較強(qiáng)的實(shí)用性,特別適合配電設(shè)備陳舊的工廠企業(yè)推廣應(yīng)用。
一、雙電源轉(zhuǎn)換柜安裝
1、 ATS開關(guān)安裝
(1)ATS開關(guān)安裝位置。
從安全、方便操作等方面考慮,安裝位置選在配電室切換柜正面、柜門內(nèi)正上方位置。
表1 自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電氣性能與機(jī)械性能參數(shù)
額定電流
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20A
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40A
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63A
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80A
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100A
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125A
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160A
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250A
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400A
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630A
|
800A
|
1000A
|
1250A
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1600A
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2000A
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2500A
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3200A
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額定絕緣電壓UI
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750V
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1000V
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額定沖擊耐受電壓UImp
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8kV
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12kV
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額定工作電壓
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AC440V
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額定工作電流Ie
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AC-31A
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20
|
40
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63
|
80
|
100
|
125
|
160
|
250
|
400
|
630
|
800
|
1000
|
1250
|
1600
|
2000
|
2500
|
3200
|
AC-35A
|
20
|
40
|
63
|
80
|
100
|
125
|
160
|
250
|
400
|
630
|
800
|
1000
|
1000
|
1250
|
2000
|
2000
|
2500
|
|
AC-33A
|
20
|
40
|
63
|
80
|
100
|
125
|
160
|
250
|
400
|
630
|
800
|
1000
|
1000
|
1000
|
1250
|
1250
|
1250
|
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額定接通能力
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10le
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額定分段能力
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8le
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額定限制短路電源IS
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100kA
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70KA
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100KA
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120KA
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80KA
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轉(zhuǎn)換時間I-Ⅱ或Ⅱ-I
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7kA
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9Ka
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13kA
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26kA
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50kA
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55kA
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控制電源電壓
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0.45S
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0.6S
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1.25
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2.45
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電機(jī)耗能
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DC24V、48V、110V AC220V
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額定控制電壓
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啟動
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300W
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325W
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325W
|
400W
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440W
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600W
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正常
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55W
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62W
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74W
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90W
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98W
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120W
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重量(kg)
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DCQ1-160-3200G
|
7.0
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7.2
|
7.2
|
7.2
|
7.5
|
7.5
|
8.8
|
9
|
16.5
|
17
|
32
|
36
|
40
|
49
|
95
|
98
|
135
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DCQ1-100H
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4.2
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4.3
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4.4
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4.5
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(2)ATS開關(guān)一次回路安裝
將現(xiàn)用手動雙投切換開關(guān)的接線拆除,市電端接ATS開關(guān)I路輸入端,發(fā)電機(jī)端接ATS開關(guān)Ⅱ路輸入端,ATS開關(guān)輸出端接開關(guān)柜主斷路器,原用接線使用兩根35 mm2 BVR銅線,安全載流量350 A,能夠滿足要求,繼續(xù)使用。圖1為自動轉(zhuǎn)換開關(guān)安裝圖示,圖2為一次回路接線示意圖。
注:ATS開關(guān)分3個檔位,0檔、I檔、Ⅱ檔,0檔即空檔,處于中間位置,開關(guān)在此位置可進(jìn)行設(shè)備的維護(hù)檢修等工作,I檔接市電端,Ⅱ檔接發(fā)電機(jī)端。市電回路的過載、短路保護(hù)由DK1完成,發(fā)電機(jī)回路的過載、短路保護(hù)由DK2完成。
圖1 雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)安裝圖 |
圖2 ATS轉(zhuǎn)換開關(guān)一次回路接線示意圖 |
(3)ATS開關(guān)二次回路安裝。
ATS開關(guān)接線端子功能說明如表2所示。
表2 ATS開關(guān)二次回路接線端子功能說明
端子序號 |
接點(diǎn)序號 |
功能 |
說明 |
1 號 端 子 |
101、106 |
電源零線、火線輸出 |
有源輸出,1 A 220 VAC |
102、103 |
I路控制電源火線、零線輸入 |
220 VAC |
|
104、105 |
Ⅱ路控制電源火線、零線輸入 |
220 VAC |
|
2 號 端 子 |
201、206 |
斷開為無源控制,閉合為有源控制 |
I/Ⅱ路分閘 (注:201與206直連將實(shí)現(xiàn)全自動接線方式,I路接市電時,具有市電優(yōu)先功能。) |
202 |
外部無源控制信號輸入公共端 |
||
203 |
與202閉合后I路合閘 |
||
204 |
與202閉合后0路合閘 |
||
205 |
與202閉合后Ⅱ路合閘 |
||
3 號 端 子 |
301、306 |
發(fā)電機(jī)啟動接口閉合有效 |
無源輸出 |
302 |
無源位置反饋信號輸出公共端 |
||
303 |
I路合閘后與302閉合 |
||
304 |
0路合閘后與302閉合 |
||
305 |
Ⅱ路合閘后與302閉合 |
二次回路接線如圖3所示。
為避免與其他器件相互影響,將二次回路器件安裝在ATS開關(guān)上橫擔(dān)上沿,繼電器底座是插接方式,為保證可靠性,采用水平方式安裝,所有器件安裝在35mm導(dǎo)軌上,連線選用1.5 mm2阻燃軟銅線,接線頭用1.5~3與連線壓接,用黃、綠、紅三色熱縮管對三相采樣線進(jìn)行分色標(biāo)注,方便相序鑒別。英國深海DSE6120控制器遠(yuǎn)程啟動信號線,用4 x0.5 mm2銅芯橡套電纜二根并一根連接。
(1)Js為時間繼電器,線圈電壓為380 VAC,可設(shè)定0~60 s延時的時間繼電器,Js1為延時閉合常開觸頭。
(2)JZ5-6為斷相與相序保護(hù)繼電器常開輸出端,J為小型通用繼電器,J4-7、J6-9是它的兩組常開觸頭,采用并聯(lián)方式放大觸頭容量,J2-5為常閉觸頭。
(3)熔斷器FU1、FU2:10 A,F(xiàn)U3~FU7:6 A。
圖3 雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)二次回路接線示意圖 |
2、電瓶充電線路安裝
浮充器線路設(shè)計(jì):電瓶浮充器一是給英國深海DSE6120控制器長期供電,同時給電瓶小電流浮充,使電瓶長期保持滿電狀態(tài),接線如圖5所示,實(shí)物如圖6所示。
(1)CK1為雙極空氣開關(guān)40 A,CK2、CK3為雙極空氣開關(guān)10 A,F(xiàn)K為單極開關(guān)100 A。
(2)N為防反充電二極管,型號10A4,最大正向電流10 A,最大反向電壓500 V,防止發(fā)電機(jī)啟動后給浮充器反向充電,起隔離作用。
(3)+VADJ為電位器。
圖5 發(fā)電機(jī)組啟動電瓶充電線路圖 |
圖6 柴油發(fā)電機(jī)電瓶浮充器實(shí)物圖 |
二、雙電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)調(diào)試
1、ATS開關(guān)的調(diào)試
ATS開關(guān)必須與英國深海DSE6120控制器配合使用才能完成自動切換功能。英國深海DSE6120控制器的功能、參數(shù)設(shè)定及技術(shù)規(guī)格如下:
(1)控制器的功能
柴油發(fā)電機(jī)組一般由3個部分組成:發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)和控制器。其中發(fā)動機(jī)提供動力,發(fā)電機(jī)將發(fā)動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能,控制器是發(fā)電機(jī)組的大腦部分,不但提供發(fā)電機(jī)的開機(jī)、停機(jī)、數(shù)據(jù)測量、數(shù)據(jù)顯示和故障保護(hù)功能,而且還提供發(fā)電機(jī)的電量測量、電量顯示和電量保護(hù)等功能。英國深海DSE6120控制器是單機(jī)智能化控制器,不帶市電檢測功能,廣泛應(yīng)用于國產(chǎn)和進(jìn)口發(fā)電機(jī)組,可監(jiān)控發(fā)電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù),如轉(zhuǎn)速、頻率、電壓、電流、油壓、水溫、電池充電電壓、累計(jì)運(yùn)行時間等,在ICD顯示屏上切換顯示。通過IED指示燈指示故障出現(xiàn),并在ICD顯示屏上顯示具體故障狀況,可選擇自動、手動操作模式。在自動模式下,遠(yuǎn)程啟動輸入端口(10號接線端子,閉合有效),輸入.遙控啟動",發(fā)電機(jī)進(jìn)入啟動延時狀態(tài)(如果在啟動延時計(jì)時期間內(nèi)消除.遙控啟動"信號,將回到備用狀態(tài)),延時完成后,發(fā)電機(jī)啟動,進(jìn)入工作狀態(tài)。當(dāng).遙控啟動"信號消除,此時冷卻時間延時啟動,以使發(fā)電機(jī)組在關(guān)閉前冷卻一段時間,一旦冷卻時間計(jì)時完畢,發(fā)電機(jī)組停止,冷卻期間如重新激活.遙控啟動"信號,發(fā)動機(jī)重新加載。
(2)控制器參數(shù)設(shè)定
英國深海DSE6120控制器在停止和發(fā)動機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下,進(jìn)入前面板配置編輯器,根據(jù)需要可對配置參數(shù)進(jìn)行重新調(diào)整。英國深海DSE6120控制器出廠默認(rèn)配置參數(shù)如表3所示。
表3 英國深海DSE6120控制器出廠默認(rèn)配置參數(shù)表
參數(shù)功能 |
出廠設(shè)置值 |
0-啟動延時 |
5 s |
1-預(yù)加熱 |
0 s |
2-啟動時間 |
10 s |
3-啟動間隔時間 |
10 s |
4-安全延時 |
8 s |
5-暖機(jī)時間 |
0 s |
6-返回延時 |
30 s |
7-冷機(jī)時間 |
60 s |
① 啟動延時主要作用是排除市電瞬時、短時停電故障造成的誤動作。在啟動延時期間內(nèi),市電恢復(fù)正常,發(fā)電機(jī)將回到備用待機(jī)狀態(tài),將啟動延時調(diào)整為10s。
② 冷卻時間是除了讓發(fā)電機(jī)在關(guān)閉前起冷卻作用,還具有對市電恢復(fù)正常進(jìn)一步確認(rèn)功能。在冷卻時間期內(nèi),市電又出現(xiàn)停電故障,ATS開關(guān)將不再延時直接切換到發(fā)電位置,將冷卻時間調(diào)整為2分鐘。
2、ATS開關(guān)運(yùn)行調(diào)試
(1) ATS開關(guān)工作過程
xJ3-C型斷相與相序保護(hù)繼電器的1、2、3接線端采樣三相380 V市電A1、B1、C1相電壓,當(dāng)有任意一相斷相、三相電源中任意一相電壓與另兩相電壓之間不對稱度大于設(shè)定值、xJ3-C已認(rèn)定相序出錯時,保護(hù)器動作,指示燈滅,常開觸頭JZ5-6斷開,小型通用繼電器J線包失電,常開觸頭J4-7、J6-9斷開,ATS開關(guān)102端子(I檔控制電源)失電,同時,其常閉觸頭J2-5閉合,英國深海DSE6120控制器10號接線端子輸入"遙控啟動"信號,將延時啟動發(fā)電機(jī)。待發(fā)電機(jī)啟動后,Js時間繼電器線圈得電,開始延時,延時完成后Js1常開觸頭閉合,ATS開關(guān)104端子(Ⅱ路控制電源)得電,ATS開關(guān)從I路(市電)切向0位再切向Ⅱ路(發(fā)電),市電向發(fā)電切換完成,負(fù)載由發(fā)電機(jī)供電。當(dāng)市電恢復(fù)時,xJ3-C繼電器動作,指示燈亮,其常開觸頭JZ5-6閉合,J得電吸合,常開觸頭J4-7、J6-9閉合,ATS開關(guān)102端子得電,,這時I、Ⅱ控制電源同時有電,I路有優(yōu)先選擇權(quán),ATS開關(guān)從Ⅱ路切向0位再切向I路,發(fā)電機(jī)向市電切換完成,負(fù)載由市電供電。同時J2-5常閉觸頭斷開,英國深海DSE6120控制器10號接線端子"遙控啟動"信號清除,發(fā)電機(jī)進(jìn)入冷卻時間。冷卻時間結(jié)束后,發(fā)電機(jī)停機(jī),回到備用待機(jī)狀態(tài)。
(2)ATS開關(guān)調(diào)試
分5步進(jìn)行可靠性測試,第一,市電正常時,人工斷開CK刀開關(guān),模擬市電停電狀態(tài):第二,依次斷開熔斷器FU5、FU6、FU7模擬市電單相缺項(xiàng)狀態(tài):第三,依次斷開任意兩相熔斷器,模擬市電兩相缺相狀態(tài):第四,將xJ3-C繼電器1、2、3接線端子任意兩相互調(diào),模擬相序出錯狀態(tài):第五,將xJ3-C繼電器1、2、3接線端子依次串入一個單相交流調(diào)壓器,將電壓分別調(diào)到190 VAC和260 VAC,模擬三相不平衡狀態(tài)。在以上測試項(xiàng)目中,xJ3-C、JsZ3A-B、HH53P繼電器均能正確動作,發(fā)電機(jī)啟動正常,ATS開關(guān)切換可靠。
英國深海DSE6120控制器10號接線端子輸入"遙控啟動"信號,發(fā)電機(jī)進(jìn)入延時啟動狀態(tài),為避免瞬間或短時停電造成誤動作,將時間調(diào)整為10 s,發(fā)電機(jī)啟動。ATS開關(guān)延時切換時間是發(fā)電機(jī)啟動至穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的時間,為了縮短停播時間,應(yīng)在不損害發(fā)電機(jī)的情況下,選擇盡量短的時間。經(jīng)過多次啟動發(fā)電機(jī)負(fù)載測試后,確定將延時切換時間(Js時間繼電器延時時間)調(diào)整為10 s。從停電到切換完成,用時32 s左右(冬季與夏季略有差異)。
當(dāng)英國深海DSE6120控制器10號接線端子"遙控啟動"信號清除,發(fā)電機(jī)進(jìn)入冷卻時間,冷卻時間是除了讓發(fā)電機(jī)在關(guān)閉前起冷卻作用,還有就是對市電恢復(fù)正常的進(jìn)一步確認(rèn)。在冷卻時間期內(nèi),市電又出現(xiàn)停電故障,ATS開關(guān)將不再延時直接切換到發(fā)電位置,將冷卻時間調(diào)整為2分鐘。
3、浮充器的電壓設(shè)定及調(diào)試
發(fā)電機(jī)長期處于待機(jī)狀態(tài),浮充器一方面給英國深海DSE6120控制器提供待機(jī)電源,另一方面給電瓶組充電。英國深海DSE6120控制器的工作電壓為8~35 VDC,所以調(diào)整浮充器的輸出電壓并不會影響到英國深海DSE6120控制器的正常工作,其目的主要是控制電瓶充電電流的大小。浮充器在涓流浮充階段(電瓶滿電狀態(tài))表現(xiàn)為電壓源特性,輸出電壓可通過調(diào)節(jié)+VADJ電位器(如圖8)來設(shè)定,浮充器的輸出電壓應(yīng)略高于電瓶組滿電壓25 VDC,隨著設(shè)定電壓的升高,充電電源也會增大,這樣會增大電瓶電解液的消耗,還有可能造成過沖,嚴(yán)重影響電瓶壽命。經(jīng)過多次調(diào)整、比較和測量,最終將浮充器輸出電壓設(shè)定在26.7 VDC,經(jīng)過二極管N后,為26 VDC,此時,輸出電流180 mA,浮充電流控制在50 mA左右,以彌補(bǔ)電瓶自放電。電解液有極輕微氣泡溢出,溫度正常。
當(dāng)發(fā)電機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)時,英國深海DSE6120控制器由浮充器供電,電壓設(shè)置在26 VDC,而當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時,英國深海DSE6120控制器的供電由發(fā)電機(jī)自身提供,電壓為27.8 VDC。
三、改造效果
電源供電系統(tǒng)是發(fā)射機(jī)房的能源動力部位,其重要性毋庸置疑,最大限度減少由于外電造成的停播事故也是當(dāng)前工作的重中之重。我臺在2011年之前,市電停電時間即為發(fā)射機(jī)停播時間,而隨著自備發(fā)電機(jī)的投入使用,在市電停電的情況下又多了一種供電方式,構(gòu)成雙回路供電,大幅度降低了外電故障造成的停播時間,但這時的市電與發(fā)電機(jī)之間需要人工手動切換,發(fā)電機(jī)也需要手動啟動,由于人為因素,業(yè)務(wù)參差不齊,造成切換時間的不確定性。2016年供電切換裝置自動化升級改造后,雙回路供電實(shí)現(xiàn)了切換時間的標(biāo)準(zhǔn)化、一致性,大大縮短了切換時間。表4是雙電源運(yùn)行后歷年我臺市電停電時,市電、發(fā)電機(jī)切換時長統(tǒng)計(jì)表。
表4 雙電源運(yùn)行后歷年市電、發(fā)電機(jī)切換時長統(tǒng)計(jì)表
時間 |
市電至發(fā)電機(jī)切換時長 |
發(fā)電機(jī)至市電切換時長 |
2011年07月05日 |
2分03秒 |
/ |
2012年09月21日 |
5分36秒 |
5秒 |
2013年04月04日 |
2分38秒 |
5秒 |
2013年04月22日 |
2分25秒 |
4秒 |
2013年04月25日 |
5分25秒 |
5秒 |
2014年02月16日 |
4分00秒 |
7秒 |
2015年10月10日 |
2分53秒 |
4秒 |
2016年10月09日 |
40秒 |
9秒 |
2017年01月06日 |
39秒 |
10秒 |
2017年01月15日 |
41秒 |
9秒 |
2017年01月15日 |
37秒 |
/ |
2017年04月11日 |
36秒 |
4秒 |
2017年06月06日 |
39秒 |
/ |
注:該數(shù)據(jù)由省監(jiān)測中心提供,2016年6月之前為雙電源手動切換模式
目前,ATS開關(guān)安裝完成運(yùn)行已有一年多時間,期間多次出現(xiàn)供電部門計(jì)劃停電和故障停電,ATS開關(guān)均能完成自動切換,發(fā)電機(jī)自動啟動,運(yùn)行正常,可靠性、穩(wěn)定性得到初步驗(yàn)證。從監(jiān)測部門反饋的停播時間為市電停電切換至發(fā)電供電,停播時間約為39秒(發(fā)射機(jī)穩(wěn)壓源輸入輸出之間有幾秒鐘延時),發(fā)電切換至市電供電,停播時間約為9秒。從過去手動切換、手動啟動發(fā)電機(jī),用時2~5分鐘甚至更長時間,到現(xiàn)在自動切換、自動啟動發(fā)電機(jī),恢復(fù)播出用時約39秒,大幅度縮短了停播時間,自動化升級改造效果明顯,達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。
四、運(yùn)行維護(hù)
市電與柴油發(fā)電機(jī)雙電源切換裝置投入使用以來,工作穩(wěn)定可靠,只有及時到位的檢修維護(hù)工作,才能保證切換系統(tǒng)的正常運(yùn)行。下面結(jié)合我臺運(yùn)行維護(hù)方面的成功經(jīng)驗(yàn)分享如下:
1、運(yùn)行方式的設(shè)定
外電停電可分為計(jì)劃停電和故障停電兩種。計(jì)劃停電是供電部門根據(jù)工作需要對用戶采取的停電措施,停電時間、時長是用戶可知的,而故障停電是供電部門的供電設(shè)備突發(fā)故障造成的用戶停電故障,停電時間、時長用戶不可知。根據(jù)這兩種停電方式的特點(diǎn),可采用以下兩種不同的運(yùn)行方式:
(1)計(jì)劃停電的運(yùn)行方式:
將ATS切換開關(guān)設(shè)定為自動(平時為自動),發(fā)電機(jī)在已知的停電時間前5~10分鐘設(shè)定為手動(平時為自動)并手動啟動發(fā)電機(jī),讓發(fā)電機(jī)空載暖機(jī),待市電停電、ATS開關(guān)切換到發(fā)電機(jī)位置后,再將發(fā)電機(jī)設(shè)定為自動。這種運(yùn)行方式可將市電至發(fā)電切換停播時間由39秒縮短到7秒,同時提供給發(fā)電機(jī)一定的暖機(jī)時間,有利于延長發(fā)電機(jī)使用壽命。
(2)故障停電的運(yùn)行方式:
由于故障時間不可知,只能將ATS開關(guān)和發(fā)電機(jī)都設(shè)定為自動方式,這種方式也是平時雙電源切換裝置的使用方式。
2、維護(hù)重點(diǎn)
發(fā)電機(jī)只有在停電時才會啟動,每年的運(yùn)行時間很有限,機(jī)油、防凍液消耗及風(fēng)扇、皮帶摩擦比較輕微。結(jié)合這幾年在發(fā)電機(jī)維護(hù)中出現(xiàn)的問題,總結(jié)出電瓶的維護(hù)是重點(diǎn):一是電瓶是啟動發(fā)電機(jī)的唯一動力;二是現(xiàn)在電瓶是長期帶電待機(jī);第三就是發(fā)電機(jī)原配電瓶6-QA-105是加水電瓶,排氣口在電瓶上端相對故障多。
電瓶維護(hù)應(yīng)注意:定期對浮充器電壓進(jìn)行校驗(yàn),以消除環(huán)境及器件自身參數(shù)變化的影響;定期檢查電瓶電解液液面,正常應(yīng)在Max與Min線之間,若低于Min線應(yīng)補(bǔ)加適當(dāng)蒸餾水至正常,切不可用純凈水等代替;定期檢查電瓶接線樁頭卡子,觀察卡子是否有腐蝕現(xiàn)象,如有,應(yīng)將其拆下浸泡在熱水中除銹,晾干后恢復(fù)并在其表面涂一層黃油防腐;定期用電瓶放電叉檢測電瓶容量及活性,如容量低于正常值,即使還能啟動發(fā)電機(jī)也應(yīng)考慮更換,以免在市電真正停電時不能啟動,造成嚴(yán)重停播事故,有條件的單位,可考慮再接入一組備用電瓶組;在春、夏、秋季使用0#柴油,冬季使用-10#柴油,加油以半箱為宜,隨用隨加,到冬季再加入適量-10#柴油,既保證發(fā)電機(jī)正常工作,同時又可避免浪費(fèi)。
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