CN108988363A - 一种换相开关装置以及采用以上换相开关装置的调度应用*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种换相开关装置，包括辅助电源、执行模块、继电器驱动模块、电压采集模块、电流采集模块、状态采集模块以及主控芯片组，主控芯片组根据电压采集模块和电流采集模块，运算得出各馈线单元下各支路的电力参数值，并储存到存储器中，当漏电流值超过漏电流标准值时，主控芯片组停止换相；当除漏电流值以外的电力参数值在不平衡可调节范围内时，主控芯片组根据状态采集模块，按照换相控制时序输出控制指令至继电器驱动模块。换相开关装置具有自主采集与独立换相，在电力线路不平衡调节的结构方案中，无需换相主控器的参与，接线简单，便于维护，防止换相主控器在管理多个换相开关装置时失效而造成电力线路的运行状况恶化。
Description
技术领域
本发明涉及一种换相开关装置，本发明还涉及对应该换相开关装置的调度应用***。
背景技术
在电力供应***中，通常采用三相电力变压器供电，而三相电力变压器的负载侧可具有馈线单元，每个馈线单元又可零散分布多个三相用电设备和/或单相负荷。理想情况下，电力变压器的用电侧三相负载均衡，零线电流为零，变压器及供电线路的能量损耗小。然而，现实中的用电环境复杂，很难实现三相平衡，此时，需要将单相负荷从重负荷相切换至轻负荷相，达到接近三相平衡的状态。
一般的，作为独立的换相开关模块不具有自主调节三相不平衡的功能。多个换相开关模块组网后，多个换相开关装置的调度应用***由一个主控器加多个换相开关装置构成，方案如图6所示，由于换相开关装置内部没有设置针对馈线单元三相支路的电流采集功能，由主控换相器统一采集各支路的电力参数值，并计算和发出指令到对应支路的换相开关装置进行换相动作，实现台区变压器输出相线的负荷平衡调节。这种方案存在以下缺陷：1、当主控换相器异常，会导致下位的换相开关模块接收不到换相指令或锁定换相功能，整个应用***得不到有效、及时地不平衡调节；2、由于主控换相器需要与多个换相开关模块进行通信联络，即一对多通信模式，该主控换相器的可靠性成为整个***无故障运行的唯一核心设备，***无冗余，可靠性低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种可自主完成三相不平衡调节，也可协同完成三相不平衡调节的，结构简单，且能够实现相间平稳切换的换相开关装置。
为实现上述目的，本发明采用这样一种换相开关装置，包括
辅助电源，用以给以下各单元提供供电电源；
执行模块，用以执行换相开关装置的主电路中的开关组合输出；
继电器驱动模块，用以驱动所述的主电路中的开关的分断或闭合；
电压采集模块，用以采集电力变压器输出侧的三相电源电压；
电流采集模块，用以采集电力变压器输出侧的三相总电流、漏电流，以及所述的换相开关装置所在支路的各相输入电流；
状态采集模块，用以检测所述的换相开关装置的主电路中的开关的状态；
以及主控芯片组，所述的主控芯片组根据所述的电压采集模块和所述的电流采集模块，可运算得出所述的各馈线单元下各支路的电力参数值，并储存到存储器中，所述的电力参数值包括各相负荷的电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、多次谐波和/或正负幅值不对称度，所述的电力参数值包括还可包括三相电流不平衡度、三相电压不平衡度、三相有功功率不平衡度、三相无功功率不平衡度、三相视在功率不平衡度和/或漏电流值，当所述的漏电流值超过漏电流标准值时，所述的主控芯片组停止换相；当除漏电流值以外的所述的电力参数值在不平衡可调节范围内时，所述的主控芯片组根据所述的状态采集模块，按照换相控制时序输出控制指令至所述的继电器驱动模块。与已有技术相比，本发明的有益效果体现于：通过采用以上的结构设计，由主控芯片组自主采集、运算电力参数值，并根据控制逻辑输出控制指令至继电器驱动模块，最后由执行模块接通或关断换相开关装置的主电路中的开关，实现有序换相。换相开关装置具有自主采集与独立换相的特性，使得在电力线路不平衡调节的结构方案中，无需换相主控器的参与，接线简单，便于维护，可直接输出换相动作，防止换相主控器在管理多个换相开关装置时失效而延误换相时机而造成电力线路的运行状况恶化。
特别的，所述的执行模块包括换相辅助开关和三进一出选择开关，三相电源的A、B、C相线分别接至三进一出开关的输入端，所述的三进一出开关的输出端串接主继电器的常闭开关，所述的三相电源的A、B、C相线还分别引出三个独立且相同结构的A相换相辅助支路、B相换相辅助支路、C相换相辅助支路，所述的A相换相辅助支路的输出端、所述的B相换相辅助支路的输出端、所述的C相换相辅助支路的输出端并接至所述的主继电器的输出端。
特别的，所述的三进一出开关包括具有机械连锁的第四磁保持继电器和第五磁保持继电器，所述的第四磁保持继电器的常闭触头端接至A相输入相线，所述的第四磁保持继电器的常开触头端接至B相输入相线，所述的第四磁保持继电器的触头公共端接至所述的第五磁保持继电器的常闭触头端，所述的第五磁保持继电器的常开触头端接至C相输入相线，所述的第五磁保持继电器的触头公共端接至所述的主继电器的输入端，所述的A相换相辅助支路包括串接的第一二极管和第一磁保持继电器的常开开关，所述的B相换相辅助支路包括串接的第二二极管和第二磁保持继电器的常开开关，所述的C相换相辅助支路包括串接的第三二极管和第三磁保持继电器的常开开关。通过采用具有机械连锁的三进一出开关，在任何换相过程中，都只有其中一相输出供给负载，且相间都具有明显的断口，杜绝了相间短路的电力故障，实现了相间防短路的功能；另外，利用二极管的单向导电特性，当运行相被二极管阻断时接通或断开该相的辅助换相支路的常开开关，接通或断开过程无电弧产生和电流损耗，更加安全可靠。
特别的，所述的换相开关装置还包括温度采集模块，用以采集所述的换相开关装置的温度，当所述的换相开关装置的温度超过温升标准值时，所述的主控芯片组输出停止换相指令。通过采用以上电路结构，当换相开关装置处于高温升、失效状态时，禁止该换相开关装置输出换相，可防止失效的换相开关装置扰乱电力线路***。
特别的，所述的换相开关装置还包括串行网络通信接口和物联网网络通信模块，所述的串行网络通信接口包括RS232、RS485和/或USB，所述的物联网网络通信模块包括电力载波通信模块、GPRS通信模块、以太网通信模块、GPS模块和/或WIFI模块。通过采用串行网络通信接口，便于换相开关装置与上位机、显示器进行数据或指令的传输。通过采用物联网通信网络接口，可方便换相开关装置接入现有的大型公用或专用网络，实现远距离传送数据或指令的输出；另外，多个换相开关装置可以各自上传自己的电力参数值，以便具有自主换相功能的换相开关装置或换相主控器选出最需要换相的支路，快速、有效地进行三相不平衡度调节。
特别的，所述的换相开关装置还包括人机接口和时间保持模块，由所述的主控芯片组将换相事件与对应的时间作为一个数据字储存至所述的存储器中，所述的人机接口用以读取显示所述的数据字以及向所述的主控芯片组发出换相指令。通过以上结构的设置，可形成换相开关装置的历史记录，便于用户查询电力运行状况。
本发明还提供一种采用以上换相开关装置的调度应用***，电力变压器负载侧具有不止一个的馈线单元，所述的馈线单元上设有不止一个的换相开关装置，所述的换相开关装置的输出端连接各自的单相负荷，所述的不止一个的换相开关装置之间具有共同的通信通道，所述的不止一个的换相开关装置按照以下协作方式进行换相调度，首先，由不止一个的换相开关装置分别采集、运算电力参数值，当电力参数不平衡度超过规定值时，所述的换相开关装置之间互相通信，依据不平衡度判比，选出最需要换相装置并进行换相；其次，在以上换相后，继续在换相开关装置之间进行通信和不平衡度判比，直至电力变压器负载的电力参数不平衡度达到可允许范围内。与已有技术相比，本发明的有益效果体现于：通过往共同的通信通道上传各支路的电力参数值，逐次、逐项地对比、优化选出最需要换相的换相开关装置并换相，直到电力变压负载侧的电力参数不平衡度在允许范围之内。由于在调度应用***中，每个换相开关装置均有主动性，且可相互协调动作，当其中一个或多个换相开关装置失效时，剩余的换相开关装置可独立自主完成三相不平衡的调节功能，***冗余能力强，且又大大地提高了调度应用***的灵活性和可靠性。
本发明另提供一种采用以上换相开关装置的调度应用***，电力变压器负载侧的总干路上还设置换相主控器，所述的电力变压器负载侧具有不止一个的馈线单元，所述的馈线单元上设有不止一个的换相开关装置，所述的换相开关装置的输出端连接各自的单相负荷，所述的不止一个的换相开关装置之间具有共同的通信通道，所述的不止一个的换相开关装置按照以下协作方式进行换相调度，由所述的换相主控器统一采集、运算电力参数值，当电力参数值不平衡度超出规定值时，由所述的换相主控器依次进行不平衡判比、换相，直至电力变压器负载的电力参数不平衡度达到可允许范围内；当所述的换相主控器失效时，由所述的换相开关装置之间互相通信并依据不平衡度判比，选出最需要换相装置，并进行换相；在以上换相后，继续在换相开关装置之间进行通信和不平衡度判比，直至电力变压器负载的电力参数不平衡度达到可允许范围内。与已有技术相比，本发明的有益效果体现于：通过以上结构的设计，由换相主控器统一协调三相不平衡度调节，当换相主控器失效时，剩余在网络中的任一个换相开关装置均可独立自主完成三相不平衡的调节功能，***冗余能力强，且提高了调度应用***的灵活性和可靠性。
附图说明
图1是本发明换相开关装置的原理方框图；
图2是本发明换相开关装置中执行模块的电路原理图；
图3是本发明单个换相开关装置的应用接线图；
图4是本发明多个换相开关装置在无换相主控器下的调度应用接线图；
图5是本发明多个换相开关装置在有换相主控器下的调度应用接线图；
图6是现有技术中多个换相开关装置在有换相主控器下的调度应用接线图。
具体实施方式
如图1～3所示，一种换相开关装置，包括
辅助电源，用以给以下各单元提供供电电源；
执行模块，用以执行换相开关装置的主电路中的开关组合输出；
继电器驱动模块，用以驱动主电路中的开关的分断或闭合；
电压采集模块，用以采集电力变压器输出侧的三相电源电压；
电流采集模块，用以采集电力变压器输出侧的三相总电流、漏电流，以及所换相开关装置所在支路的各相输入电流；
状态采集模块，用以检测换相开关装置的主电路中的开关的状态；
以及主控芯片组，主控芯片组根据电压采集模块和电流采集模块，运算得出各馈线单元下各支路的电力参数值，并储存到存储器中，电力参数值包括各相负荷的电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、多次谐波和/或正负幅值不对称度，电力参数值包括还可包括三相电流不平衡度、三相电压不平衡度、三相有功功率不平衡度、三相无功功率不平衡度、三相视在功率不平衡度和/或漏电流值，当漏电流值超过漏电流标准值时，主控芯片组停止换相；当除漏电流值以外的电力参数值在不平衡可调节范围内时，主控芯片组根据状态采集模块，按照换相控制时序输出控制指令至继电器驱动模块。
执行模块包括换相辅助开关和三进一出选择开关，三相电源的A、B、C相线分别接至三进一出开关的输入端，三进一出开关的输出端串接主继电器K21的常闭开关，三相电源的A、B、C相线还分别引出三个独立且相同结构的A相换相辅助支路、B相换相辅助支路、C相换相辅助支路，A相换相辅助支路的输出端、B相换相辅助支路的输出端、C相换相辅助支路的输出端并接至主继电器K21的输出端。
三进一出开关包括具有机械连锁的第四磁保持继电器K11和第五磁保持继电器K12，第四磁保持继电器K11的常闭触头端接至A相输入相线，第四磁保持继电器K11的常开触头端接至B相输入相线，第四磁保持继电器K11的触头公共端接至第五磁保持继电器K12的常闭触头端，第五磁保持继电器K12的常开触头端接至C相输入相线，第五磁保持继电器K12的触头公共端接至主继电器K21的输入端，A相换相辅助支路包括串接的第一二极管Da和第一磁保持继电器Ja的常开开关，B相换相辅助支路包括串接的第二二极管Db和第二磁保持继电器Jb的常开开关，C相换相辅助支路包括串接的第三二极管Dc和第三磁保持继电器Jc的常开开关。
换相开关装置还包括温度采集模块，用以采集换相开关装置的温度，当换相开关装置的温度超过温升标准值时，主控芯片组输出停止换相指令。
换相开关装置还包括串行网络通信接口和物联网网络通信模块，串行网络通信接口包括RS232、RS485和/或USB，物联网网络通信模块包括电力载波通信模块、GPRS通信模块、以太网通信模块、GPS模块和/或WIFI模块。
换相开关装置还包括人机接口和时间保持模块，由主控芯片组将换相事件与对应的时间作为一个数据字储存至存储器中，人机接口用以读取显示数据字以及向主控芯片组发出换相指令。
如图4所示，一种采用以上换相开关装置的调度应用***，电力变压器负载侧具有不止一个的馈线单元，馈线单元上设有不止一个的换相开关装置，换相开关装置的输出端连接各自的单相负荷，不止一个的换相开关装置之间具有共同的通信通道，不止一个的换相开关装置按照以下协作方式进行换相调度，首先，由不止一个的换相开关装置分别采集、运算电力参数值，当电力参数不平衡度超过规定值时，换相开关装置之间互相通信，依据不平衡度判比，选出最需要换相装置并进行换相；其次，在以上换相后，继续在换相开关装置之间进行通信和不平衡度判比，直至电力变压器负载的电力参数不平衡度达到可允许范围内。
如图5所示，一种采用以上换相开关装置的调度应用***，电力变压器负载侧的总干路上还设置换相主控器，电力变压器负载侧具有不止一个的馈线单元，馈线单元上设有不止一个的换相开关装置，换相开关装置的输出端连接各自的单相负荷，不止一个的换相开关装置之间具有共同的通信通道，不止一个的换相开关装置按照以下协作方式进行换相调度，由换相主控器统一采集、运算电力参数值，当电力参数值不平衡度超出规定值时，由换相主控器依次进行不平衡判比、换相，直至电力变压器负载的电力参数不平衡度达到可允许范围内；当换相主控器失效时，由换相开关装置之间互相通信并依据不平衡度判比，选出最需要换相装置，并进行换相；在以上换相后，继续在换相开关装置之间进行通信和不平衡度判比，直至电力变压器负载的电力参数不平衡度达到可允许范围内。
Claims (9)
1.一种换相开关装置，其特征在于：包括
辅助电源，用以给以下各单元提供供电电源；
执行模块，用以执行换相开关装置的主电路中的开关组合输出；
继电器驱动模块，用以驱动所述的主电路中的开关的分断或闭合；
电压采集模块，用以采集电力变压器输出侧的三相电源电压；
电流采集模块，用以采集电力变压器输出侧的三相总电流、漏电流，以及所述的换相开关装置所在支路的各相输入电流；
状态采集模块，用以检测所述的换相开关装置的主电路中的开关的状态；
以及主控芯片组，所述的主控芯片组根据所述的电压采集模块和所述的电流采集模块，运算得出所述的各馈线单元下各支路的电力参数值，并储存到存储器中，所述的电力参数值包括各相负荷的电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、多次谐波和/或正负幅值不对称度，所述的电力参数值包括还可包括三相电流不平衡度、三相电压不平衡度、三相有功功率不平衡度、三相无功功率不平衡度、三相视在功率不平衡度和/或漏电流值，当所述的漏电流值超过漏电流标准值时，所述的主控芯片组停止换相；当除漏电流值以外的所述的电力参数值在不平衡可调节范围内时，所述的主控芯片组根据所述的状态采集模块，按照换相控制时序输出控制指令至所述的继电器驱动模块。
2.根据权利要求1所述的换相开关装置，其特征在于：所述的执行模块包括换相辅助开关和三进一出选择开关，三相电源的A、B、C相线分别接至三进一出开关的输入端，所述的三进一出开关的输出端串接主继电器的常闭开关，所述的三相电源的A、B、C相线还分别引出三个独立且相同结构的A相换相辅助支路、B相换相辅助支路、C相换相辅助支路，所述的A相换相辅助支路的输出端、所述的B相换相辅助支路的输出端、所述的C相换相辅助支路的输出端并接至所述的主继电器的输出端。
3.根据权利要求2所述的换相开关装置，其特征在于：所述的三进一出开关包括具有机械连锁的第四磁保持继电器和第五磁保持继电器，所述的第四磁保持继电器的常闭触头端接至A相输入相线，所述的第四磁保持继电器的常开触头端接至B相输入相线，所述的第四磁保持继电器的触头公共端接至所述的第五磁保持继电器的常闭触头端，所述的第五磁保持继电器的常开触头端接至C相输入相线，所述的第五磁保持继电器的触头公共端接至所述的主继电器的输入端，所述的A相换相辅助支路包括串接的第一二极管和第一磁保持继电器的常开开关，所述的B相换相辅助支路包括串接的第二二极管和第二磁保持继电器的常开开关，所述的C相换相辅助支路包括串接的第三二极管和第三磁保持继电器的常开开关。
4.根据权利要求1～3所述的换相开关装置，其特征在于：所述的换相开关装置还包括温度采集模块，用以采集所述的换相开关装置的温度，当所述的换相开关装置的温度超过温升标准值时，所述的主控芯片组输出停止换相指令。
5.根据权利要求1～3所述的换相开关装置，其特征在于：所述的换相开关装置还包括串行网络通信接口和物联网网络通信模块，所述的串行网络通信接口包括RS232、RS485和/或USB，所述的物联网网络通信模块包括电力载波通信模块、GPRS通信模块、以太网通信模块、GPS模块和/或WIFI模块。
6.根据权利要求1～3所述的换相开关装置，其特征在于：所述的换相开关装置还包括人机接口和时间保持模块，由所述的主控芯片组将换相事件与对应的时间作为一个数据字储存至所述的存储器中，所述的人机接口用以读取显示所述的数据字以及向所述的主控芯片组发出换相指令。
7.根据权利要求5所述的换相开关装置，其特征在于：所述的换相开关装置还包括人机接口和时间保持模块，由所述的主控芯片组将换相事件与对应的时间作为一个数据字储存至所述的存储器中，所述的人机接口用以读取显示所述的数据字以及向所述的主控芯片组发出换相指令。
8.一种采用以上换相开关装置的调度应用***，其特征在于：电力变压器负载侧具有不止一个的馈线单元，所述的馈线单元上设有不止一个的换相开关装置，所述的换相开关装置的输出端连接各自的单相负荷，所述的不止一个的换相开关装置之间具有共同的通信通道，所述的不止一个的换相开关装置按照以下协作方式进行换相调度，首先，由不止一个的换相开关装置分别采集、运算电力参数值，当电力参数值不平衡度超过规定值时，所述的换相开关装置之间互相通信，依据不平衡度判比，选出最需要换相装置并进行换相；其次，在以上换相后，继续在换相开关装置之间进行通信和不平衡度判比，直至电力变压器负载的电力参数不平衡度达到可允许范围内。
9.一种采用以上换相开关装置的调度应用***，其特征在于：电力变压器负载侧的总干路上还设置换相主控器，所述的电力变压器负载侧具有不止一个的馈线单元，所述的馈线单元上设有不止一个的换相开关装置，所述的换相开关装置的输出端连接各自的单相负荷，所述的不止一个的换相开关装置之间具有共同的通信通道，所述的不止一个的换相开关装置按照以下协作方式进行换相调度，由所述的换相主控器统一采集、运算电力参数值，当电力参数值不平衡度超出规定值时，由所述的换相主控器依次进行不平衡判比、换相，直至电力变压器负载的电力参数不平衡度达到可允许范围内；当所述的换相主控器失效时，由所述的换相开关装置之间互相通信并依据不平衡度判比，选出最需要换相装置，并进行换相；在以上换相后，继续在换相开关装置之间进行通信和不平衡度判比，直至电力变压器负载的电力参数不平衡度达到可允许范围内。
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