一種智能切換開(kāi)關(guān)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種智能切換開(kāi)關(guān)，所述智能切換開(kāi)關(guān)由多路子開(kāi)關(guān)、電流互感器、切換開(kāi)關(guān)控制電路和通信總線組成，所述多路子開(kāi)關(guān)分別與對(duì)應(yīng)的一條線路連接，所述多路子開(kāi)關(guān)并聯(lián)后與所述電流互感器和控制電路依次串聯(lián)；所多路子開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)相同，均包括一個(gè)接觸器、一個(gè)輔助繼電器和一個(gè)二極管，其中，所述二極管的負(fù)極與輔助繼電器串聯(lián)后與接觸器并聯(lián)。所述智能切換開(kāi)關(guān)使用二極管作為電子電力開(kāi)關(guān)，切換時(shí)間短，能夠滿足敏感負(fù)荷的要求，具有損耗極低、無(wú)需附加散熱電路、體積小、節(jié)省成本等優(yōu)點(diǎn)，并且實(shí)現(xiàn)了無(wú)弧切換，可以極大地延長(zhǎng)接觸器和輔助繼電器的壽命。
【專利說(shuō)明】一種智能切換開(kāi)關(guān)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及輸配電【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種智能切換開(kāi)關(guān)。

【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)電網(wǎng)中，當(dāng)某條供電線路出現(xiàn)故障時(shí)，為了保障用戶的連續(xù)供電，常用的方法是用機(jī)械開(kāi)關(guān)(真空斷路器、SF6斷路器等)將用戶從故障線段切換到無(wú)故障的母線上去。機(jī)械開(kāi)關(guān)本身固有的特性使得切換速度和暫態(tài)特性都不是十分理想，不可能做到“無(wú)縫隙”的切換。對(duì)于敏感負(fù)荷而言，一般要求在5?20ms內(nèi)必須切換電源，甚至要求更高，機(jī)械開(kāi)關(guān)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能做到的這一點(diǎn)的。另外，機(jī)械開(kāi)關(guān)在閉合或開(kāi)斷時(shí)，會(huì)由于觸頭震動(dòng)或起弧現(xiàn)象而造成觸發(fā)蝕損、電磁干擾與電能損失，這不但限制了其使用范圍，而且也降低了電氣壽命。
[0003]目前，最新技術(shù)方向是利用基于半導(dǎo)體器件的電力電子開(kāi)關(guān)代替或改造傳統(tǒng)的機(jī)械開(kāi)關(guān)，可以有效解決傳統(tǒng)機(jī)械開(kāi)關(guān)的固有問(wèn)題，大大提高切換速度和開(kāi)關(guān)的使用壽命，滿足敏感負(fù)荷對(duì)供電可靠性和電能質(zhì)量的苛刻要求。此類快速切換開(kāi)關(guān)按結(jié)構(gòu)型式可分為純半導(dǎo)體器件和復(fù)合開(kāi)關(guān)(也稱組合開(kāi)頭)型式兩種，前者可以由晶閘管、門極關(guān)斷晶閘管(GTO)或集成門極換向晶閘管(IGCT)閥構(gòu)成，后者可以是半導(dǎo)體器件與機(jī)械開(kāi)關(guān)的有機(jī)組口 ο
[0004]1、完全基于電力電子器件的切換開(kāi)關(guān)
[0005]以晶閘管閥組為例，基于純晶閘管閥的切換開(kāi)關(guān)如圖1所示。
[0006]由于晶閘管的觸發(fā)次數(shù)沒(méi)有限制，而且導(dǎo)通迅速，因此非常適用于頻繁投切場(chǎng)合下的切換。應(yīng)用時(shí)，通常采用兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管的閥組件構(gòu)成投切開(kāi)關(guān)。為了避免合閘涌流對(duì)晶閘管的沖擊，工程中必須采取過(guò)零觸發(fā)措施。這里過(guò)零觸發(fā)方案一般是指在晶閘管兩端電壓為零的瞬間發(fā)出觸發(fā)信號(hào)。此類技術(shù)方案的主要缺點(diǎn)是晶閘管損耗較大。如果負(fù)載額定電流約為145A，晶閘管導(dǎo)通壓降約為IV，則晶閘管額定導(dǎo)通損耗為145X1X3 =435W，因此必須采取相應(yīng)的散熱措施。此外，在高電壓(1kV級(jí)以上)場(chǎng)合應(yīng)用時(shí)，受限于現(xiàn)有晶閘管制造水平，往往需要12?24只晶閘管(5400V)通過(guò)串并聯(lián)構(gòu)成閥組件，工程造價(jià)也高。
[0007]2、復(fù)合開(kāi)關(guān)
[0008]為了避免機(jī)械開(kāi)關(guān)動(dòng)作緩慢、接觸器不能頻繁動(dòng)作以及晶閘管損耗大的缺點(diǎn)，人們將機(jī)械開(kāi)關(guān)(接觸器)與晶閘管有機(jī)地并聯(lián)組合構(gòu)成復(fù)合開(kāi)關(guān)，如圖2所示。
[0009]在切換過(guò)程中，對(duì)于要投入的線路，首先使用晶閘管過(guò)零觸發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)投入，然后接通機(jī)械開(kāi)關(guān)來(lái)保持負(fù)荷的連續(xù)供電，這樣就避免了投切時(shí)的涌流，又避免了晶閘管連續(xù)運(yùn)行時(shí)的損耗。對(duì)于要切除的線路，首先發(fā)出觸發(fā)信號(hào)使晶閘管導(dǎo)通，然后斷開(kāi)機(jī)械開(kāi)關(guān)，最后撤銷觸發(fā)信號(hào)使晶閘管電流過(guò)零關(guān)斷，這樣就避免了機(jī)械開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的電弧，提高了機(jī)械開(kāi)關(guān)的壽命。復(fù)合開(kāi)關(guān)中的機(jī)械開(kāi)關(guān)也可以使用交流接觸器或磁保持繼電器。磁保持繼電器只有在接通或者斷開(kāi)瞬間控制線圈耗電，其余時(shí)間控制線圈不耗電，因此可以使補(bǔ)償裝置的損耗降至最小。復(fù)合開(kāi)關(guān)中的晶閘管只在接通與斷開(kāi)電容器的瞬間使用，損耗很小，無(wú)須考慮散熱措施。此類復(fù)合開(kāi)關(guān)技術(shù)方案的主要缺點(diǎn)是，由于使用晶閘管，設(shè)備成本較高，并且引入晶閘管驅(qū)動(dòng)電路，需要精確實(shí)現(xiàn)過(guò)零觸發(fā)，否則仍存在起弧，降低了設(shè)備的整體可靠性。現(xiàn)有工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，接觸器觸點(diǎn)仍會(huì)燒損。
[0010]通過(guò)上述描述可知，現(xiàn)有技術(shù)中的各種開(kāi)關(guān)都存在各自的缺點(diǎn)，因此，需要一種能夠克服上述缺點(diǎn)的智能切換開(kāi)關(guān)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]為此，本發(fā)明提出一種智能切換開(kāi)關(guān)，可充分地消除由于現(xiàn)有技術(shù)的限制和缺陷導(dǎo)致的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。
[0012]本發(fā)明另外的優(yōu)點(diǎn)、目的和特性，一部分將在下面的說(shuō)明書(shū)中得到闡明，而另一部分對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通過(guò)對(duì)下面的說(shuō)明的考察將是明顯的或從本發(fā)明的實(shí)施中學(xué)到。通過(guò)在文字的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)及附圖中特別地指出的結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)和獲得本發(fā)明目的和優(yōu)點(diǎn)。
[0013]本發(fā)明提供了一種智能切換開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述智能切換開(kāi)關(guān)由多路子開(kāi)關(guān)、電流互感器、切換開(kāi)關(guān)控制電路和通信總線組成，所述多路子開(kāi)關(guān)分別與對(duì)應(yīng)的一條線路連接，所述多路子開(kāi)關(guān)并聯(lián)后與所述電流互感器和控制電路依次串聯(lián)；所多路子開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)相同，均包括一個(gè)接觸器、一個(gè)輔助繼電器和一個(gè)二極管，其中，所述二極管的負(fù)極與輔助繼電器串聯(lián)后與接觸器并聯(lián)。
[0014]優(yōu)選的，所述控制電路利用電流互感器檢測(cè)負(fù)荷電流進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)判斷，并根據(jù)上級(jí)主控的切換指令，切換開(kāi)關(guān)控制電路SCU產(chǎn)生控制信號(hào)，控制接觸器和輔助繼電器的通斷電。
[0015]優(yōu)選的，所述自動(dòng)換相開(kāi)關(guān)通過(guò)通信總線與上級(jí)主控進(jìn)行通信。
[0016]優(yōu)選的，所述通信總線為485總線。
[0017]優(yōu)選的，所述智能切換開(kāi)關(guān)用于配電網(wǎng)低壓負(fù)荷平衡調(diào)節(jié)裝置中，其中，所述多路子開(kāi)關(guān)為A相換相開(kāi)關(guān)、B相換相開(kāi)關(guān)和C相換相開(kāi)關(guān)，并且，所述A相換相開(kāi)關(guān)與A相線連接，所述B相換相開(kāi)關(guān)與B相線連接，所述C相換相開(kāi)關(guān)與C相線連接。
[0018]優(yōu)選的，所述上級(jí)主控為智能配變控制終端。
[0019]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020]智能切換開(kāi)關(guān)使用二極管作為電力電子開(kāi)關(guān)，在開(kāi)關(guān)閉合過(guò)程中，二極管正向電壓大于0.7V即可導(dǎo)通，無(wú)需附加的觸發(fā)信號(hào)，簡(jiǎn)化了控制電路，同時(shí)也提高了設(shè)備可靠性。二極管僅在開(kāi)關(guān)接通和斷開(kāi)的瞬間工作，在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)狀態(tài)由輔助繼電器承受耐壓，在開(kāi)關(guān)閉合狀態(tài)由接觸器承受電流，所以損耗極低，無(wú)需附加散熱電路。而且與晶閘管相比，二極管的成本和體積占據(jù)明顯的優(yōu)勢(shì)。
[0021]在整個(gè)切換過(guò)程中，二極管起到保護(hù)輔助繼電器觸點(diǎn)和接觸器觸點(diǎn)的雙重作用，輔助繼電器和接觸器可以互相保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)弧切換，可以極大地延長(zhǎng)接觸器和輔助繼電器的壽命。
[0022]由于二極管自然導(dǎo)通與截止的特性，以及輔助繼電器和接觸器的無(wú)弧切換，智能切換開(kāi)關(guān)的操作時(shí)間理論上最大為半個(gè)周波(10ms)。如果進(jìn)行三相供電系統(tǒng)相間切換，切換時(shí)間最長(zhǎng)為3.3ms，能夠滿足敏感負(fù)荷的要求。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的基于晶閘管閥的切換開(kāi)關(guān)原理圖。
[0024]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的復(fù)合開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、智能切換開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、具有兩條線路的智能切換開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述，其中說(shuō)明本發(fā)明的示例性實(shí)施例。
[0028]如圖3所示，本發(fā)明提供的所述智能切換開(kāi)關(guān)使用二極管作為電力電子開(kāi)關(guān)，其由多路子開(kāi)關(guān)、電流互感器、切換開(kāi)關(guān)控制電路和通信總線組成，所述多路子開(kāi)關(guān)分別與對(duì)應(yīng)的一條線路連接，所述多路子開(kāi)關(guān)并聯(lián)后與所述電流互感器和控制電路依次串聯(lián)；所多路子開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)相同，均包括一個(gè)接觸器(Kll、K21…Knl)、一個(gè)輔助繼電器(K12、K22…Κη2)和一個(gè)二極管(Dl、D2…Dn)，其中，所述二極管(Dl、D2?"Dn)的負(fù)極與輔助繼電器(K12、K22…Kn2)串聯(lián)后與接觸器(Kll、Κ21…Knl)并聯(lián)。所述自動(dòng)換相開(kāi)關(guān)通過(guò)通信總線與上級(jí)主控進(jìn)行通信，所述控制電路利用電流互感器TA檢測(cè)負(fù)荷電流進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)判斷，并根據(jù)上級(jí)主控的切換指令，切換開(kāi)關(guān)控制電路SCU產(chǎn)生控制信號(hào)，控制接觸器(Κ11、Κ21…Knl)和輔助繼電器(Κ12、Κ22…Κη2)的通斷電。
[0029]作為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，所述智能切換開(kāi)關(guān)可用于配電網(wǎng)低壓負(fù)荷平衡調(diào)節(jié)裝置中，其中，所述多路子開(kāi)關(guān)為A相換相開(kāi)關(guān)、B相換相開(kāi)關(guān)和C相換相開(kāi)關(guān)，并且，所述A相換相開(kāi)關(guān)與A相線連接，所述B相換相開(kāi)關(guān)與B相線連接，所述C相換相開(kāi)關(guān)與C相線連接。在該實(shí)施例中，所述上級(jí)主控為智能配變控制終端。
[0030]優(yōu)選的，本發(fā)明所采用的通信總線為485總線。
[0031]例如，如圖4所示，當(dāng)從線路I切換到線路2時(shí)，工作過(guò)程如下:
[0032]1、智能配變控制終端下發(fā)從線路I切換到線路2的命令。控制電路S⑶通過(guò)通信總線(例如RS485協(xié)議)接收到此切換命令。
[0033]2、斷開(kāi)線路I的智能開(kāi)關(guān)(SI)。當(dāng)控制單元S⑶接到開(kāi)關(guān)斷開(kāi)指令后，SCU先控制繼電器Κ12閉合，由于Kll處于閉合狀態(tài)，Κ12閉合后沒(méi)有電流通過(guò)Κ12的觸點(diǎn)；在電路電流為正半周時(shí)，SCU控制接觸器KlI斷電，接觸器KlI的觸點(diǎn)將斷開(kāi)，隨著KlI觸點(diǎn)距離的增加，觸點(diǎn)兩端的電壓也增加，當(dāng)電壓超過(guò)二極管Dl的導(dǎo)通電壓時(shí)，二極管Dl將導(dǎo)通，并把Kll觸點(diǎn)分離過(guò)程中觸點(diǎn)承受的電壓鉗位在0.7V以下，Kll觸點(diǎn)在電流正半周內(nèi)完全斷開(kāi)；當(dāng)電流為負(fù)半周期時(shí)，SCU控制輔助繼電器Κ12斷開(kāi)，在電流的負(fù)半周期，二極管Dl反向偏置不導(dǎo)通，沒(méi)有電流通過(guò)負(fù)荷，輔助繼電器Κ12在電流負(fù)半周期內(nèi)完成斷開(kāi)，即智能開(kāi)關(guān)SI完成了斷開(kāi)過(guò)程。在開(kāi)關(guān)SI斷開(kāi)的過(guò)程中，觸點(diǎn)Kll承受的電壓不超過(guò)0.7V，觸點(diǎn)不會(huì)發(fā)生拉弧。輔助繼電器在斷開(kāi)時(shí)由于沒(méi)有電流通過(guò)，而且反向電壓都加在二極管上，所以輔助繼電器在斷開(kāi)時(shí)觸點(diǎn)也不會(huì)產(chǎn)生拉弧。
[0034]3、閉合線路2的智能開(kāi)關(guān)(S2)。S⑶控制繼電器Κ22在電壓的負(fù)半周通電，繼電器觸點(diǎn)在電壓負(fù)半周的時(shí)候穩(wěn)定閉合，由于二極管D2反向偏置，觸點(diǎn)閉合過(guò)程中沒(méi)有電流通過(guò)，智能開(kāi)關(guān)S2還處于斷開(kāi)狀態(tài)；當(dāng)電源電壓過(guò)零后，二極管D2迅速導(dǎo)通，負(fù)荷開(kāi)始有電流流過(guò)，同時(shí)S⑶控制接觸器K21通電，K21的觸點(diǎn)在二極管D2正向?qū)ㄆ陂g完成穩(wěn)定閉合，即完成了智能開(kāi)關(guān)S2的閉合過(guò)程。在S2觸點(diǎn)閉合的過(guò)程中，觸點(diǎn)之間的距離從完全斷開(kāi)的最大到完全閉合期間，觸點(diǎn)承受的電壓僅為二極管D2的正向電壓0.7V，不會(huì)產(chǎn)生浪涌電流或起弧。
[0035]本發(fā)明提供的智能切換開(kāi)關(guān)使用二極管作為電力電子開(kāi)關(guān)，在開(kāi)關(guān)閉合過(guò)程中，二極管正向電壓大于0.7V即可導(dǎo)通，無(wú)需附加的觸發(fā)信號(hào)，簡(jiǎn)化了控制電路，同時(shí)也提高了設(shè)備可靠性。二極管僅在開(kāi)關(guān)接通和斷開(kāi)的瞬間工作，在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)狀態(tài)由輔助繼電器承受耐壓，在開(kāi)關(guān)閉合狀態(tài)由接觸器承受電流，所以損耗極低，無(wú)需附加散熱電路。而且與晶閘管相比，二極管的成本和體積占據(jù)明顯的優(yōu)勢(shì)。
[0036]在整個(gè)切換過(guò)程中，二極管起到保護(hù)輔助繼電器觸點(diǎn)和接觸器觸點(diǎn)的雙重作用，輔助繼電器和接觸器可以互相保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)弧切換，可以極大地延長(zhǎng)接觸器和輔助繼電器的壽命。
[0037]由于二極管自然導(dǎo)通與截止的特性，以及輔助繼電器和接觸器的無(wú)弧切換，智能切換開(kāi)關(guān)的操作時(shí)間理論上最大為半個(gè)周波(10ms)。如果進(jìn)行三相供電系統(tǒng)相間切換，切換時(shí)間最長(zhǎng)為3.3ms，能夠滿足敏感負(fù)荷的要求。
[0038]以上內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種智能切換開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述智能切換開(kāi)關(guān)由多路子開(kāi)關(guān)、電流互感器、切換開(kāi)關(guān)控制電路和通信總線組成，所述多路子開(kāi)關(guān)分別與對(duì)應(yīng)的一條線路連接，所述多路子開(kāi)關(guān)并聯(lián)后與所述電流互感器和控制電路依次串聯(lián)；所多路子開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)相同，均包括一個(gè)接觸器、一個(gè)輔助繼電器和一個(gè)二極管，其中，所述二極管的負(fù)極與輔助繼電器串聯(lián)后與接觸器并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能切換開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述控制電路利用電流互感器檢測(cè)負(fù)荷電流進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)判斷，并根據(jù)上級(jí)主控的切換指令，切換開(kāi)關(guān)控制電路5⑶產(chǎn)生控制信號(hào)，控制接觸器和輔助繼電器的通斷電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能切換開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述自動(dòng)換相開(kāi)關(guān)通過(guò)通信總線與上級(jí)主控進(jìn)行通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能切換開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述通信總線為485總線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的智能切換開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述智能切換開(kāi)關(guān)用于配電網(wǎng)低壓負(fù)荷平衡調(diào)節(jié)裝置中，其中，所述多路子開(kāi)關(guān)為八相換相開(kāi)關(guān)、8相換相開(kāi)關(guān)和相換相開(kāi)關(guān)，并且，所述八相換相開(kāi)關(guān)與八相線連接，所述8相換相開(kāi)關(guān)與8相線連接，所述相換相開(kāi)關(guān)與相線連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能切換開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述上級(jí)主控為智能配變控制終端。
【文檔編號(hào)】H02J13/00GK104362751SQ201410663236
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】高月春, 蘭越前, 冶鐵, 李軍, 王海 申請(qǐng)人:北京中電博達(dá)科技有限公司