摘要：双电源切换装置的种类众多，在选择双电源产品时需要考虑多项指标。本文以武汉地铁低压配电系统为例，综合分析产品特性、使用环境、配电系统的技术要求，从而合理选择双电源的产品，确保终端设备的稳定运行。
关键词：双电源切换装置、选择、使用类别
1．引言
随着现代化建设的发展，大型城市建设地铁的脚步加快，对通信、消防、照明等一级负荷的供电系统可靠性的要求也越来越高。根据GB 50157-2013《地铁设计规范》中的要求，“一级负荷必须采用双电源双回线路供电。”这里就对双电源转换设备的选型及质量有很高的要求。双电源自动切换装置（ATSE）作为双路电源转换设备在配电系统中起到举足轻重的作用。
2．双电源的分类
双电源自动切换装置（ATSE）是由一个或多个开关电器及其他必需的电器组成，用于检测电源电路（如电压、频率等），并将一个或几个负载电路以一个电源自动转至另一个电源的电器。
2.1 电气级别
根据国家标准《GB 14048.11-2016 低压开关设备和控制设备 第6-1部分：多功能电器 转换开关电器》，ATSE可分为PC级、CB级、CC级。其中PC级、CB级产品是行业内国内外各厂家主推产品。PC级ATSE能够实现两路电源的自动切换，但不可分断短路电流；CB级ATSE是有断路器搭接而成，在能够实现自动切换的同时，也可以分断短路电流，但是CB级ATSE的执行断路器与低压配电系统中上下级的断路器很难实现选择性保护，为避免出现开关的误动作造成大面积停电，在地铁项目中更多选择的是PC级ATSE产品。
2.2 转换时间
对于ATSE一个重要的指标就是转换时间。根据《JGJ 243-2011 交通建筑电气设计规范》对应急电源的分级及切换时间的要求，“人员密集场所、容易引起人员恐慌场所的应急照明类设施，0.15s之内自动恢复有效供电”。对于电源转换时间有严格要求的设备，需要考虑到ATSE的转换时间，同时为了避免电源的快速切换带来的电弧问题，双电源的触头系统应该配有灭弧装置。
2.3 使用类别
选择ATSE需要综合考虑配电系统的特点以及负荷特性，因此在明确额定电流、短路保护特性、接通与分断能力、转换时间等参数时，还要考虑双电源的使用类别。根据GB/T 14048.11-2016中的规定，自动转换开关的使用类别如表1所示。
表1 自动转换开关的使用类别
目前市面比较常见的双电源使用类别有AC-31、AC-33i和AC-33三种类型。从负载特性上看，实际项目中使用的设备如照明、消防电机、电梯等，有阻性负载也有感性负载，因此选择使用类别不低于AC-33i的ATSE即可满足实际需求。
2.4 操作方式
双电源产品的操作方式分为自投自复和自投不自复。根据GB/T 31142-2014《转换开关电器（TSE）选择和使用导则》的规定：自投自复操作是指，常用电源被监测到出现偏差时，ATSE自动将负载从常用电源转换至备用（或应急）电源；如果常用电源恢复正常时，则自动将负载返回到常用电源。自投不自复操作又叫作互为备用，是指常用电源被监测到出现偏差时，ATSE自动将负载从常用电源转换至备用（或应急）电源；如果常用电源恢复正常时，ATSE不能自动返回到常用电源，仅在备用（或应急）电源出现故障或人工干预后，ATSE才能返回到常用电源。
一般项目在选择ATSE的时候，往往会忽略操作方式的选择，因此就要求厂家生产的双电源可以具有自投自复与自投不自复两种模式可选，以便在实际应用中根据配电系统要求、负荷特性、断电时间要求等来自行选择两种操作方式。
2.5 ATSE结构
双电源自动转换开关电器主要由控制器、执行机构组成。其中控制器是双电源的“大脑”，负责实时监测两路供电电源的电压、频率、相位等参数，能够对过压、欠压、过频、欠频、缺相等故障及时做出反应，同时为执行机构提供可靠的电气互锁。执行机构为ATSE主体开关部分，此部分至少需要满足两点：1）必须设置灭弧系统，确保ATSE在转换过程中能够及时熄灭电弧避免烧坏动静触头；2）配备可靠的机械连锁，避免主备两路电源同时合闸。
在选择双电源产品的时候，为了保证双电源控制器与执行机构协调工作，确保使用的安全性，建议选择控制器与执行机构是同一厂家生产。
3．武汉地铁环境对ATSE的要求
双电源产品的使用环境，满足国家标准GB14048.1的要求：环境温度不高于+40℃，不低于-5℃；温度为+40℃时，相对湿度不超过50%；
《GB50490-2009城市轨道交通技术规范》中对地铁站台及区间隧道的温度、湿度进行了明确的规定：夏季时，区间隧道温度不应高于40℃；站厅温度不应超过30℃；站台温度比站厅温度低1~2℃，相对湿度应在40%~65%之间。
然而，地铁站台及区间隧道实际环境比上述的情况要严酷的多。以武汉地铁3号线东风公司站为例，在夏季空调季节的站台和站厅能够满足预期的实际要求（站厅30℃，站台28℃），但是实际的相对湿度达到70%以上[1]。而对于地上运行的部分站点，电器设备就需要能够适应武汉的室外温湿度。下面两张图片是2016年7月、8月的温湿度统计图。
图2 武汉市2016年8月份下午13时-16时温度和湿度统计图
根据统计可以发现，武汉夏季的气候属于高温高湿度的环境，温度最高达到了38℃，相对湿度最高达到了92%。这就要求ATSE不仅仅满足国标中的环境要求，应该要能够适应武汉的高温高湿度环境。另外综合考虑武汉的特殊环境及项目施工、投入运行的周期，要求ATSE的控制器同样能够满足现场环境要求，并且在项目正式运行之前不会受到其他设备的信号干扰。所以要求ATSE的控制器需要采取高防护措施，使其具有抗湿热同时具有良好的电磁兼容性。
4．总结
在轨道交通系统的低压配电中存在大量的一级、二级负荷。为保障这些重要负荷的可靠供电ATSE起着非常重要的作用，一旦ATSE发生故障将引起不可估量的损失。因此在选择双电源产品时，需要综合考虑到负载特性、使用环境及双电源本身技术性能等多方面的因素。合理选择ATSE产品是轨道交通系统正常运行的基础保障。
参考文献
[1]苏文博.武汉地铁车站温湿度模拟分析[D].2012，华中科技大学.
[2]GB 14048.11-2016 低压开关设备和控制设备 第6-1部分：多功能电器 转换开关电器.
[3]GB 50490-2009城市轨道交通技术规范.
[4]JGJ 243-2011 交通建筑电气设计规范.
[5]GB 50157-2013 地铁设计规范
论文作者:李江
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/13
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