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【摘要】双电源切换装置是一级负荷和其他重要负荷等用电设备中经常使用的关键设备。随着科技发展，双电源切换装置已有多种产品和型式供用户选择。本文重点对“Y”型和“H”型双电源切换装置的原理、发展过程、特点等进行论述，为电气设计、采购、及维护人员提供技术参考。
【关键词】双电源；切换装置；特点
Abstract： In power supply system， Automatic Transfer Switching equipment（ATES） is one of the key device for class one and other important loads. With the development of science and technology， variety types and products of ATES can be chosen by users. This paper focuses on the principle， development and characteristics of ATSE for demonstration. It intends to provide technical reference for designers， purchasers， maintainers .
Keyword： Dual power supply， switching device， characteristics
一、概述
双电源切换装置是两路电源用户经常使用的一种常规产品，应用领域较为广泛，型式也多种多样。当前比较流行的是“Y”和“H”两种类型的双电源切换装置。本文重点对这两类双电源切换装置的原理、发展过程、特点等进行论述。
二、“Y”型双电源切换装置特点
“Y”型双电源切换工作原理，是两路电源进线经过切换装置馈出一路向负荷供电，当一路电源停电时，双电源切换装置自动切换至另一路电源供电，从而保证负荷不间断供电。简称“两进一出、主备运行”。
“Y”型双电源切换装置型式大致分为接触器（继电器）型、机械控制型和电气控制型。见图1“Y”型双电源切换装置原理图。
1.接触器（继电器）控制型
见图1（A）
“Y”型双电源切换装置最原始的实现方式就是通过接触器或继电器搭建控制回路，工作原理如下：
①当主电源有电时，接触器（继电器）受电，常开接点闭合，接通主回路，同时常闭接点打开，断开备用回路。
②当主电源失电时，接触器（继电器）失电，常开接点打开，断开主回路，同时常闭接点闭合，接通备用回路。
③当主电源来电后，接触器（继电器）受电，自动恢复主回路供电。
接触器（继电器）控制型双电源切换装置也有采用双接触器（继电器）型式，其工作原理与上述相同，只是不要求主电源来电自动复归，减少切换次数。一般应用于主备电源供电可靠性基本相同处。本文不在此处详细论述。
接触器（继电器）控制型双电源切换装置的优点是切换速度快，一般可以控制在0.15秒内，在早期没有UPS不间断电源作为电源切换时间内保证负荷不断电的情况下，其特点显得更加突出。
接触器（继电器）控制型双电源切换装置也存在一些不足：
①对外电源有电、无电的控制能够正常切换，但在外电源非正常状态（如低电压、电压波动等）情况下会出现紊乱现象，特别是电压在接触器（继电器）启动临界点波动时，经常出现接触器（继电器）抖动，导致频繁动作现象。
在实际运行中曾出现这样现象，主电源电压低至（180V左右）已不能满足用户使用条件，但没有达到接触器（继电器）失电条件，尽管备路电源正常，但不能完成电源切换，导致负荷停止工作。
由于接触器（继电器）动作采用的是磁铁原理，离散性大，通过调整定值达到一致的启动条件是比较困难的。
②对三相电源控制比较困难，如图一（A）中只采集单相电源信号并控制三相电源的切换，当电源缺相等故障时，就不能保证正确切换；如果采集三相电源信号进行控制，控制回路将极其复杂。
③接触器（继电器）常闭接点长期处于断开位置，容易疲劳变形，当需要闭合时常常发生闭合不到位现象，导致供电失效或电源虚接。同理，常开接点长期处于闭合位置，长期通电，容易粘连，需要断开时失效。
④使用寿命短，人工维护工作量大。
2.机械控制型
见图1（B）
机械控制型双电源切换装置（也称机械式ATS）是在解决接触器（继电器）控制薄弱问题的背景下问世的。机械控制型双电源切换装置与接触器（继电器）控制型工作原理基本相同，只是在此基础上，取消了接触器（继电器）而直接控制电源开关。
机械控制型双电源切换装置在两电源开关间安装一个控制器，其工作原理相当于在主、备电源开关中使用了一个杠杆，将一个电源开关控制在合位另一个控制在分位，切换时杠杆使得两个电源开关分别变位。
机械控制型双电源切换装置解决了接触器（继电器）控制型双电源切换装置存在的③④项不足。部分装置采集了三相电源信号，解决了接触器（继电器）控制型双电源切换装置②的不足。
机械控制型双电源切换装置的切换时间远远大于接触器（继电器）控制型双电源切换装置的切换时间。一般在用户使用UPS或对切换时间要求不高的条件下应用。
3.电气控制型
见图1（C）
电气控制型双电源切换装置（也称电气式ATS）是在机械控制型双电源切换装置（也称机械式ATS）基础上发展而来，在电源开关上增加电动操作机构，使用可编程控制器PLC控制电动操作机构从而控制电源开关完成切换工作。 电气控制型双电源切换装置的特点：
①将控制方式变为计算机程序控制，使得对双电源切换更加灵活，增强了逻辑判断、参数设定等功能，可适时通过修改PLC程序，增加、补充、修订控制逻辑，满足运行实际需求。②由于PLC具备通信接口，使得双电源切换装置具备远程监控条件。③能够采集三相电源信号。④解决了接触器（继电器）控制型、机械控制型双电源切换装置所有的不足。⑤与上述两种控制方式相比，不足的方面是只能具备了两电源间的电气联锁而缺少了机械联锁。
“Y”型双电源切换装置随着科学技术进步经历了不断发展与完善的过程，逐步走向成熟。但需要指出的是，由于“Y”型双电源切换装置只有一路出线（出线无备用），当这条出线（或负荷侧）发生故障时，将导致两路电源开关跳闸，所带负荷失电，成为“Y”型双电源切换装置的薄弱点。
三、“H”双电源切换装置特点
双电源用户负荷大多为一级或重要负荷，意味着除电源外所带负荷也主、备双套配置，以保证负荷不能间断工作。在此背景下，为克服“Y”型双电源切换装置的薄弱点，“H”双电源切换装置问世。
“H”双电源切换装置工作原理，简称为“两进两出一联络，并列运行”。
见图2 ，“H”双电源切换装置原理图。
“H”双电源切换装置的工作原理是：
①主、备电源各接引一路负荷，主、备电源间增加联络开关K3，通过可编程控制器PLC控制K1、K2、K3开关。②正常运行时，两电源开关K1、K2处于合闸状态，主、备电源各一路负荷，联络开关处于K3分闸状态。③当一路电源停电或不正常时，断开该路电源开关，合上联络开关，一路电源带全部负荷。当外电源恢复正常时，切换装置自动复位。④当一路负载故障导致电源开关跳闸时，联络开关不合闸，保证另一路正常供电。⑤电源开关K1、K2与联络开关K3间具备电气连锁，保证3个开关中最多只能2个处于合闸状态，保证两路电源不会并网。⑥可以具备远程监控功能。“H”双电源切换装置除具备“Y”型双电源切换装置（C）的所有特点外，增加了出线备用功能，解决了负荷侧故障时两路电源全部中断的问题，保证一路正常供电。
“H”双电源切换装置不具备电源开关K1、K2与联络开关K3间的机械闭锁。见图2，在面板操作时是具备闭锁（电气闭锁）功能的，但人为打开箱门直接手动操作开关时，是能够将3个开关同时合上的（注：只是短时，此状态下PLC将发K3分闸命令，即保护功能）。
四、双电源切换装置的功能验证
双电源切换装置应经过试验室的功能检验，而试验的关键是能够全面、系统地模拟出外电源运行中可能出现的各种工况。试验重点一是验证非正常和故障时双电源切换装置能否正确动作，二是外部电源条件恢复正常时双电源切换装置能否自动复位。本文列举一些应进行试验的项目：
1.电源开关在不同的初始状态下，两路电源先后、同时来电时，切换装置工作是否正常。2.电源失电时切换动作试验3.电压波动（包含电压非正常状态）切换动作试验4.负荷侧发生故障时的切换、保护试验（包含处理故障后的复位试验）5.逻辑控制过程中的状态发生变化的试验
例：①电源一失电（或低电压），联络开关合闸过程中电源一又来电。②电源一失电（或低电压），联络开关合闸过程中电源二又失电（或低电压）。③一路电源电压在正常与非正常间频繁变化（模拟电压在临界波动）。④开关在各种初始状态下，电源来电后的动作是否正确。
6.联锁试验
①电气联锁试验；②机械联锁试验。
7.保护功能试验：如人为将“H”型切换装置三个开关同时合上时，切换装置保护功能是否起作用。
8.远程操控试验
五、结论
本文章分析与论证了“Y”和“H”型式双电源切换装置的工作原理、特点，同时提出了双电源切换装置应进行的试验室试验项目，从而验证双电源切换装置功能的实效性，可供设计、使用者根据不同的使用要求进行设备选型。
伴随着时代发展与科技进步，双电源切换装置的应用范围将越来越广泛，型式也将向着多样化、智能化方向创新与发展，为使用者提供更多的选择。
作者简介
李焱（1961年），男，汉族，籍贯北京，中国铁路总公司运输局，牵引供电专业，高级工程师，工学学士。
【关键词】双电源；切换装置；特点
Abstract： In power supply system， Automatic Transfer Switching equipment（ATES） is one of the key device for class one and other important loads. With the development of science and technology， variety types and products of ATES can be chosen by users. This paper focuses on the principle， development and characteristics of ATSE for demonstration. It intends to provide technical reference for designers， purchasers， maintainers .
Keyword： Dual power supply， switching device， characteristics
一、概述
双电源切换装置是两路电源用户经常使用的一种常规产品，应用领域较为广泛，型式也多种多样。当前比较流行的是“Y”和“H”两种类型的双电源切换装置。本文重点对这两类双电源切换装置的原理、发展过程、特点等进行论述。
二、“Y”型双电源切换装置特点
“Y”型双电源切换工作原理，是两路电源进线经过切换装置馈出一路向负荷供电，当一路电源停电时，双电源切换装置自动切换至另一路电源供电，从而保证负荷不间断供电。简称“两进一出、主备运行”。
“Y”型双电源切换装置型式大致分为接触器（继电器）型、机械控制型和电气控制型。见图1“Y”型双电源切换装置原理图。
1.接触器（继电器）控制型
见图1（A）
“Y”型双电源切换装置最原始的实现方式就是通过接触器或继电器搭建控制回路，工作原理如下：
①当主电源有电时，接触器（继电器）受电，常开接点闭合，接通主回路，同时常闭接点打开，断开备用回路。
②当主电源失电时，接触器（继电器）失电，常开接点打开，断开主回路，同时常闭接点闭合，接通备用回路。
③当主电源来电后，接触器（继电器）受电，自动恢复主回路供电。
接触器（继电器）控制型双电源切换装置也有采用双接触器（继电器）型式，其工作原理与上述相同，只是不要求主电源来电自动复归，减少切换次数。一般应用于主备电源供电可靠性基本相同处。本文不在此处详细论述。
接触器（继电器）控制型双电源切换装置的优点是切换速度快，一般可以控制在0.15秒内，在早期没有UPS不间断电源作为电源切换时间内保证负荷不断电的情况下，其特点显得更加突出。
接触器（继电器）控制型双电源切换装置也存在一些不足：
①对外电源有电、无电的控制能够正常切换，但在外电源非正常状态（如低电压、电压波动等）情况下会出现紊乱现象，特别是电压在接触器（继电器）启动临界点波动时，经常出现接触器（继电器）抖动，导致频繁动作现象。
在实际运行中曾出现这样现象，主电源电压低至（180V左右）已不能满足用户使用条件，但没有达到接触器（继电器）失电条件，尽管备路电源正常，但不能完成电源切换，导致负荷停止工作。
由于接触器（继电器）动作采用的是磁铁原理，离散性大，通过调整定值达到一致的启动条件是比较困难的。
②对三相电源控制比较困难，如图一（A）中只采集单相电源信号并控制三相电源的切换，当电源缺相等故障时，就不能保证正确切换；如果采集三相电源信号进行控制，控制回路将极其复杂。
③接触器（继电器）常闭接点长期处于断开位置，容易疲劳变形，当需要闭合时常常发生闭合不到位现象，导致供电失效或电源虚接。同理，常开接点长期处于闭合位置，长期通电，容易粘连，需要断开时失效。
④使用寿命短，人工维护工作量大。
2.机械控制型
见图1（B）
机械控制型双电源切换装置（也称机械式ATS）是在解决接触器（继电器）控制薄弱问题的背景下问世的。机械控制型双电源切换装置与接触器（继电器）控制型工作原理基本相同，只是在此基础上，取消了接触器（继电器）而直接控制电源开关。
机械控制型双电源切换装置在两电源开关间安装一个控制器，其工作原理相当于在主、备电源开关中使用了一个杠杆，将一个电源开关控制在合位另一个控制在分位，切换时杠杆使得两个电源开关分别变位。
机械控制型双电源切换装置解决了接触器（继电器）控制型双电源切换装置存在的③④项不足。部分装置采集了三相电源信号，解决了接触器（继电器）控制型双电源切换装置②的不足。
机械控制型双电源切换装置的切换时间远远大于接触器（继电器）控制型双电源切换装置的切换时间。一般在用户使用UPS或对切换时间要求不高的条件下应用。
3.电气控制型
见图1（C）
电气控制型双电源切换装置（也称电气式ATS）是在机械控制型双电源切换装置（也称机械式ATS）基础上发展而来，在电源开关上增加电动操作机构，使用可编程控制器PLC控制电动操作机构从而控制电源开关完成切换工作。 电气控制型双电源切换装置的特点：
①将控制方式变为计算机程序控制，使得对双电源切换更加灵活，增强了逻辑判断、参数设定等功能，可适时通过修改PLC程序，增加、补充、修订控制逻辑，满足运行实际需求。②由于PLC具备通信接口，使得双电源切换装置具备远程监控条件。③能够采集三相电源信号。④解决了接触器（继电器）控制型、机械控制型双电源切换装置所有的不足。⑤与上述两种控制方式相比，不足的方面是只能具备了两电源间的电气联锁而缺少了机械联锁。
“Y”型双电源切换装置随着科学技术进步经历了不断发展与完善的过程，逐步走向成熟。但需要指出的是，由于“Y”型双电源切换装置只有一路出线（出线无备用），当这条出线（或负荷侧）发生故障时，将导致两路电源开关跳闸，所带负荷失电，成为“Y”型双电源切换装置的薄弱点。
三、“H”双电源切换装置特点
双电源用户负荷大多为一级或重要负荷，意味着除电源外所带负荷也主、备双套配置，以保证负荷不能间断工作。在此背景下，为克服“Y”型双电源切换装置的薄弱点，“H”双电源切换装置问世。
“H”双电源切换装置工作原理，简称为“两进两出一联络，并列运行”。
见图2 ，“H”双电源切换装置原理图。
“H”双电源切换装置的工作原理是：
①主、备电源各接引一路负荷，主、备电源间增加联络开关K3，通过可编程控制器PLC控制K1、K2、K3开关。②正常运行时，两电源开关K1、K2处于合闸状态，主、备电源各一路负荷，联络开关处于K3分闸状态。③当一路电源停电或不正常时，断开该路电源开关，合上联络开关，一路电源带全部负荷。当外电源恢复正常时，切换装置自动复位。④当一路负载故障导致电源开关跳闸时，联络开关不合闸，保证另一路正常供电。⑤电源开关K1、K2与联络开关K3间具备电气连锁，保证3个开关中最多只能2个处于合闸状态，保证两路电源不会并网。⑥可以具备远程监控功能。“H”双电源切换装置除具备“Y”型双电源切换装置（C）的所有特点外，增加了出线备用功能，解决了负荷侧故障时两路电源全部中断的问题，保证一路正常供电。
“H”双电源切换装置不具备电源开关K1、K2与联络开关K3间的机械闭锁。见图2，在面板操作时是具备闭锁（电气闭锁）功能的，但人为打开箱门直接手动操作开关时，是能够将3个开关同时合上的（注：只是短时，此状态下PLC将发K3分闸命令，即保护功能）。
四、双电源切换装置的功能验证
双电源切换装置应经过试验室的功能检验，而试验的关键是能够全面、系统地模拟出外电源运行中可能出现的各种工况。试验重点一是验证非正常和故障时双电源切换装置能否正确动作，二是外部电源条件恢复正常时双电源切换装置能否自动复位。本文列举一些应进行试验的项目：
1.电源开关在不同的初始状态下，两路电源先后、同时来电时，切换装置工作是否正常。2.电源失电时切换动作试验3.电压波动（包含电压非正常状态）切换动作试验4.负荷侧发生故障时的切换、保护试验（包含处理故障后的复位试验）5.逻辑控制过程中的状态发生变化的试验
例：①电源一失电（或低电压），联络开关合闸过程中电源一又来电。②电源一失电（或低电压），联络开关合闸过程中电源二又失电（或低电压）。③一路电源电压在正常与非正常间频繁变化（模拟电压在临界波动）。④开关在各种初始状态下，电源来电后的动作是否正确。
6.联锁试验
①电气联锁试验；②机械联锁试验。
7.保护功能试验：如人为将“H”型切换装置三个开关同时合上时，切换装置保护功能是否起作用。
8.远程操控试验
五、结论
本文章分析与论证了“Y”和“H”型式双电源切换装置的工作原理、特点，同时提出了双电源切换装置应进行的试验室试验项目，从而验证双电源切换装置功能的实效性，可供设计、使用者根据不同的使用要求进行设备选型。
伴随着时代发展与科技进步，双电源切换装置的应用范围将越来越广泛，型式也将向着多样化、智能化方向创新与发展，为使用者提供更多的选择。
作者简介
李焱（1961年），男，汉族，籍贯北京，中国铁路总公司运输局，牵引供电专业，高级工程师，工学学士。