刁先强：采用并联切换MVATS提高芯片厂供电可靠性和连续性研究

传统“先分后合”的中压切换方案，采用先分断主供电源、再闭合备供电源的工作方式，并且通常在执行单元设置了机械连锁，使两路电源不能并列运行。

在计划停电或市电恢复，市政电源与柴油发电机电源互相切换时，传统“先分后合”的中压ATS方案从常用侧向备用侧转换或从备用侧向常用侧恢复的过程中，下游用电设备都要经受短暂的电源中断，切换时间约为0.6 ~ 5 s，末端用电负荷将会经历失电到得电的过程。电动机类负荷将会停机、照明类负荷将会出现明显的闪烁、电脑等电子类设备将会关机，失电后即使得电也需重新手动启动才能运转，各系统重新运转时互相配合到最佳状态又会经历一段时间。

中压侧不允许并列运行（也可称为“合环运行”）是基于国内电网的要求，但芯片厂在调试、运行、检修及扩容时为了保障末端负载不断电，对并列运行有实际的需求；并且厂内建有110 kV或220 kV总降压变电站，特殊工况下中压侧短时并列风险较小，且对电网安全几乎无影响。

  > > > >   一次系统架构

并联切换MVATS可用于市电与市电、市电与柴油发电机之间的电源切换，本文讨论市电与柴油发电机之间的切换方案。并联切换MVATS将优先使用来自总降压变电站的市政电源，当两路市政电源均故障或者失电时，由并联切换MVATS发出柴油发电机启动信号，柴油发电机系统并机输出后，并联切换MVATS采用标准转换方式切换到柴油发电机电源。当有计划停电及进行计划维护时，由运行人员选择触发并联转换过程，并联切换MVATS发出柴油发电机启动信号，柴油发电机系统并机输出后，并联切换MVATS经并联转换方式切换到柴油发电机电源。市电恢复后，从柴油发电机电源向市政电源切换的过程也为并联转换方式。典型一次系统架构见图1。通常，10 kV母线A段与B段互为备用，变压器A与B互为备用。

图2是某系统市电与柴油发电机切换图控界面。

  > > > >   二次系统架构

本方案采用的并联转换装置去除了传统转换装置采用的机械连锁机构，在电气连锁回路设置“闭锁”和“解锁”选择开关。根据实现并联转换功能的需要，设计并验证了并联切换MVATS控制系统架构，包括电源状态检测、执行单元状态采集、并联转换系统状态指示、人机界面、应急柴油发电机系统启停控制、柴油发电机系统接口、柴油发电机训练等切换装置特有的功能均基于此系统实现。核心的切换控制器专门为切换功能设计，并应满足变电站应用环境的要求，通过电力自动化相关设备标准检验。典型二次系统架构见图3。

  > > > >    柴油发电机侧主动跟踪市电的控制接口

为了有效提高操作效率，本文设计了主动跟踪市电并根据市电电压、频率状态对柴油发电机系统进行主动调节以加快满足设定条件的同期接入点出现的工作流程。系统采用的检测回路见图4。

系统同时检验市政电源与柴油发电机电源的电压、频率及相位，根据系统运行经验及当前设备的制造水平，电压条件已经非常容易满足，在10 % 压差条件设定下几乎不做调节，发电机系统的数字电压调整功能就能将电压差调整到5 % ~ 10 % 的水平，本系统包含电压调节输出功能。

系统设计了4个专用控制输出触点，分别定义为加速、减速、升压、降压，对柴油发电机系统的频率（转速）及电压进行主动控制。当需要柴油发电机系统提高转速时，其控制逻辑方法见图5。

本装置在电压差和频率差满足整定要求后，只需经过1 ~ 2个滑差周期，约5 ~ 10 s就可完成并列操作。典型的预知停电和计划检修并联转换工作流程见图6。

若外部电源突发故障或失电，则向应急柴油发电机系统的转换为标准转换，即先分断常用电源再合上应急电源，市电恢复正常后经并联转换恢复到常用电源供电。其工作流程见图7。

以上过程中的延时范围均为可调。

  > > > >   柴油发电机系统带载测试的测试功能及工作方式

为了保证应急电源系统功能正常，应定期对其进行实际带载运行测试，使系统各个部分的功能都时刻保持正常，并帮助运维人员及时发现潜在的设备问题，保证需要应急电源系统供电时能正常运行。

芯片厂系统容量随着制程升级不断增大，柴油发电机系统多为多台柴油发电机并机运行方式，为了全面检验柴油发电机系统设备状态，测试功能应能包括单机和整组测试方式，图8是某系统发电机测试图控界面。其中A区是检同期过程中市电电源与柴油发电机电源的电压与频率、压差、频差，B区是实时监测压差、频差、角差是否在允许范围内，C区是检同期过程中市电电源与柴油发电机电源的角差，D区是检同期压差、频差、角差均在允许范围内时，“SYNC STATUS”为蓝色，可以按下“START N2E AUTO CLOSE”或“START E2N AUTO CLOSE”，同时显示柴油发电机测试的运行时间。

  > > > >   主要技术指标

根据芯片厂的使用需求，并结合当地电网参数，提出并联切换MVATS的主要技术指标，见表1。

  > > > >   主要技术特点

本文提出的并联切换MVATS系统方案，具有以下技术特点：① 单次市政电源中断对生产负载的影响从2次断电下降到1次；计划停电和设备维护工况对生产负载的影响从2次断电下降到0次。② 并联切换MVATS具有对柴油发电机系统跟踪市电的调节控制功能，提高了整体电源转换效率，更快实现同期条件中的角差调节。通过采用并联转换装置及其主动柴油发电机调整功能，柴油发电机电源投入时长从30 ~ 60 s降低到5 ~ 10 s。③ 本系统设计的柴油发电机训练功能，能有效测试备用柴油发电机系统的每台柴油发电机，并可由运维人员根据已知设备状况挑选测试对象，大大提高了测试的完备性和灵活性。