电子式转相开关的制作方法

本发明涉及一种电子式转相开关，属于电力系统电能质量控制技术领域。

背景技术：

低压配电网三相负荷不平衡的主要原因是三相负荷不对称，由于单相用户的不均匀分配和不可控增容、大功率单相负载的接入，用电行为受季节性影响具有随机性，以及对三相负荷平衡管理不重视等原因，使得三相负荷不平衡问题更加严重。

转相开关是目前电网上处理三相不平衡问题的常用设备；当某一相火线电流过大时，可以通转相开关切换用户侧连接的火线相序，使得连接负荷较重的一相转移到负荷轻的那一相，通过平衡各相电流提高电网电力的利用率和可用性；目前使用的大多数转相开关是基于机械式的，通过动触头围绕转盘中心的转动改版连接从而实现转相；这种开关的最大优点是它天然是互斥的，也就是不会相间短路；但是机械式开关由有以下缺点:1、电气控制比较麻烦，通常通过电机实现，而电机通常可靠程度不高，而且转动角度难以控制；2、机械切换时，当电流较大时，存在拉弧现象，严重时会烧坏触点；3、换相切换时间较长，通常在200ms以上，引起用户侧设备重启。

技术实现要素：

本发明提出的是一种电子式转相开关，其目的旨在降低机械式转相开关的切换时间，同时提高可靠性和简化电气控制，实现三相负荷不平衡的调节效果准确、安全、经济及易于控制。

本发明的技术解决方案：电子式转相开关,其结构包括转相模块；所述转相模块包括a磁保持继电器1、b磁保持继电器2、c磁保持继电器3、d磁保持继电器4、e磁保持继电器5、f磁保持继电器6、g磁保持继电器7、h磁保持继电器8、i磁保持继电器9、a反并联晶闸管11、b反并联晶闸管12、c反并联晶闸管13、d反并联晶闸管14、e反并联晶闸管15、f反并联晶闸管16、g反并联晶闸管17、h反并联晶闸管18、i反并联晶闸管19；其中，a磁保持继电器1与a反并联晶闸管11并联，b磁保持继电器2与b反并联晶闸管12并联，c磁保持继电器3与c反并联晶闸管13并联；d磁保持继电器4与d反并联晶闸管14并联，e磁保持继电器5与e反并联晶闸管15并联，f磁保持继电器6与f反并联晶闸管16并联，g磁保持继电器7与g反并联晶闸管17并联，h磁保持继电器8与h反并联晶闸管18并联，i磁保持继电器9与i反并联晶闸管19并联。

本发明的有益效果在于：使用电子式转相开关，降低机械式转相开关的切换时间，将转相时间控制在11ms内，实现了用户侧不断电换相，同时提高了可靠性和简化了电气控制。

附图说明

附图1是电子式转相开关系统示意图。

附图2是电子式转相开关结构示意图。

附图3是转相模块结构示意图。

附图4是顺时针转相负载侧波形图。

附图5是逆时针转相负载侧波形图。

附图中1是a磁保持继电器、2是b磁保持继电器、3是c磁保持继电器、4是d磁保持继电器、5是e磁保持继电器、6是f磁保持继电器、7是g磁保持继电器、8是h磁保持继电器、9是i磁保持继电器、11是a反并联晶闸管、12是b反并联晶闸管、13是c反并联晶闸管、14是d反并联晶闸管、15是e反并联晶闸管、16是f反并联晶闸管、17是g反并联晶闸管、18是h反并联晶闸管、19是i反并联晶闸管。

具体实施方式

电子式转相开关,其结构包括转相模块；所述转相模块包括a磁保持继电器1、b磁保持继电器2、c磁保持继电器3、d磁保持继电器4、e磁保持继电器5、f磁保持继电器6、g磁保持继电器7、h磁保持继电器8、i磁保持继电器9、a反并联晶闸管11、b反并联晶闸管12、c反并联晶闸管13、d反并联晶闸管14、e反并联晶闸管15、f反并联晶闸管16、g反并联晶闸管17、h反并联晶闸管18、i反并联晶闸管19；其中，a磁保持继电器1与a反并联晶闸管11并联，b磁保持继电器2与b反并联晶闸管12并联，c磁保持继电器3与c反并联晶闸管13并联；d磁保持继电器4与d反并联晶闸管14并联，e磁保持继电器5与e反并联晶闸管15并联，f磁保持继电器6与f反并联晶闸管16并联，g磁保持继电器7与g反并联晶闸管17并联，h磁保持继电器8与h反并联晶闸管18并联，i磁保持继电器9与i反并联晶闸管19并联。

所述a磁保持继电器1、b磁保持继电器2、c磁保持继电器3、a反并联晶闸管11、b反并联晶闸管12、c反并联晶闸管13接a相线路；d磁保持继电器4、e磁保持继电器5、f磁保持继电器6、d反并联晶闸管14、e反并联晶闸管15、f反并联晶闸管16接b相线路；g磁保持继电器7、h磁保持继电器8、i磁保持继电器9、g反并联晶闸管17、h反并联晶闸管18、i反并联晶闸管19接c相线路。

电子式转相开关,其结构还包括电源模块,控制模块，gprs通讯模块，载波通讯模块，光耦隔离电路；其中，控制模块包括cpu芯片stm32f401，cpu芯片stm32f401上包括txd1端口、rxd1端口、txd2端口、rxd2端口、gpio端口；txd1端口、rxd1端口共同作为usrat1串口与gprs通讯模块上的usrat连接，txd2端口、rxd2端口共同作为usrat2串口与载波通讯模块上的usrat连接；控制模块通过gpio口控制光耦隔离驱动电路，进而驱动控制转相模块。

所述电源模块，使用线性电源将三相220v电压转换成3条3.3v主路和1条12v辅路，3条3.3v主路分别用于给控制模块、gprs通讯模块、载波通讯模块供电，1条12v辅路通过光耦隔离电路给转相模块供电。

所述电源模块采用线性电源主要负责整个系统的电源供电，为系统可靠运行提供重要保障；控制模块主要控制转相模块的系统转相及系统运行的调节等；gprs通讯模块采用移远m72d模块，和载波通讯模块tcc081c主要负责和上位机系统的数据交互，实现远程调度及数据收集等；转相模块主要控制系统的运行的转相和不平衡调节的作用。

所述gprs通讯模块采用移远公司m72d模块，与控制主站通过无线gprs信道连接，控制主站通过无线电向gprs通讯模块发送命令，gprs通讯模块获得控制命令后，并将相应的控制命令发送到控制模块。

所述载波通讯模块，采用鼎信公司三相载波通讯模块tcc081c

，通过电力线载波与转相控制器通讯，并将相应的控制命令发送到控制模块。

所述控制模块还包括存储芯片at25df321、看门狗mx706和按键指示单元；控制模块通过usrat1串口和gprs通讯模块通讯，控制模块通过usrat2串口和载波通讯模块通讯，控制模块通过gpio口控制光耦隔离驱动电路，进而驱动控制转相模块。

如图3所示，转相模块采用磁保持继电器和反并联晶闸管并联的原理是：磁保持继电器工作时无功耗，但可靠分合时间长，普遍在20ms以上，大电流的磁保持继电器分合时间更长，且切换不当会引起拉弧；晶闸管的优点是切换时间短，过零自然关断，不会拉弧，缺点是导通时有1v的压降，大电流时功耗大；采用两种器件并联的方法，可以避免磁保持继电器和晶闸管各自本身的缺点，达到电子式转相开关无运行功耗、转相时间短的目的。

转相模块的使用方法：

（1）初始状态时，a磁保持继电器1、e磁保持继电器5、i磁保持继电器9合上，其余磁保持继电器和所有晶闸管全部断开，此时线路由a磁保持继电器1、e磁保持继电器5、i磁保持继电器9供电，负载侧出线相序为a、b、c；

（2）当转相模块收到顺时针转相的命令后：

2.1打开a反并联晶闸管11、e反并联晶闸管15、i反并联晶闸管19，等待20ms；

2.2a磁保持继电器1、e磁保持继电器5、i磁保持继电器9断开，等待100ms，确保磁保持继电器完全断开，此时线路由a反并联晶闸管11、e反并联晶闸管15、i反并联晶闸管19供电，负载侧出线相序为a、b、c；

2.3关闭a反并联晶闸管11、e反并联晶闸管15、i反并联晶闸管19，等待11ms，此时反并联晶闸管电流过零时自然关断，没有拉弧；

2.4打开b反并联晶闸管12、f反并联晶闸管16、g反并联晶闸管17，此时线路由b反并联晶闸管12、f反并联晶闸管16、g反并联晶闸管17供电，负载侧出线相序为c、a、b；

2.5打开b磁保持继电器2、f磁保持继电器6、g磁保持继电器7，等待100ms，确保磁保持继电器完全合上；

2.6关断b反并联晶闸管12、f反并联晶闸管16、g反并联晶闸管17，等待20ms，此时线路由b磁保持继电器2、f磁保持继电器6、g磁保持继电器7供电，负载侧出线相序为c、a、b。

2.7完成顺时针转相；

（3）当转相模块收到逆时针向转相的命令后：

3.1打开a反并联晶闸管11、e反并联晶闸管15、i反并联晶闸管19，等待20ms；

3.2a磁保持继电器1、e磁保持继电器5、i磁保持继电器9断开，等待100ms，确保磁保持继电器完全断开，此时线路由a反并联晶闸管11、e反并联晶闸管15、i反并联晶闸管19供电，负载侧出线相序为a、b、c；

3.3关闭a反并联晶闸管11、e反并联晶闸管15、i反并联晶闸管19，等待11ms，此时反并联晶闸管电流过零时自然关断，没有拉弧；

3.4打开c反并联晶闸管13、d反并联晶闸管14、h反并联晶闸管18，此时线路由c反并联晶闸管13、d反并联晶闸管14、h反并联晶闸管18供电，负载侧出线相序为b、c、a；

3.5打开c磁保持继电器3、d磁保持继电器4、h磁保持继电器8，等待100ms，确保磁保持继电器完全合上；

3.6关断c反并联晶闸管13、d反并联晶闸管14、h反并联晶闸管18，等待20ms；此时线路由c磁保持继电器3、d磁保持继电器4、h磁保持继电器8，供电，负载侧出线相序为b、c、a；

3.7完成逆时针向转相；

再次收到转相命令操作过程同流程（2）、流程（3）。

在步骤2.3、3.3中，等待11ms的原因是：我国电网的工频频率是50hz，10ms内必定会有电流过零点，晶闸管在电流过零点自然关闭，不会存在拉弧。

实施例1

电网电压220v，频率50hz，顺时针转相：

1）初始状态时，a磁保持继电器1、e磁保持继电器5、i磁保持继电器9合上，其余磁保持继电器，和所有晶闸管全部断开，此时线路由a磁保持继电器1、e磁保持继电器5、i磁保持继电器9供电，负载侧出线相序为a、b、c；

2）收到顺时针转相的命令后：

2.1打开a反并联晶闸管11、e反并联晶闸管15、i反并联晶闸管19，等待20ms；

2.2a磁保持继电器1、e磁保持继电器5、i磁保持继电器9断开，等待100ms，确保磁保持继电器完全断开，此时线路由a反并联晶闸管11、e反并联晶闸管15、i反并联晶闸管19供电，负载侧出线相序为a、b、c；

2.3见图4，在t1时刻关闭a反并联晶闸管11、e反并联晶闸管15、i反并联晶闸管19，等待11ms，此时反并联晶闸管电流过零时自然关断，没有拉弧；

2.4在t2时刻，t2时刻距t1时刻为11ms，打开b反并联晶闸管12、f反并联晶闸管16、g反并联晶闸管17，此时线路由b反并联晶闸管12、f反并联晶闸管16、g反并联晶闸管17供电，负载侧出线相序为c、a、b；

2.5打开b磁保持继电器2、f磁保持继电器6、g磁保持继电器7，等待100ms，确保磁保持继电器完全合上；

2.6关断b反并联晶闸管12、f反并联晶闸管16、g反并联晶闸管17，等待20ms；此时线路由b磁保持继电器2、f磁保持继电器6、g磁保持继电器7，供电，负载侧出线相序为c、a、b；

2.7完成顺时针转相，电压波形图见图4。

实施例2

电网电压220v，频率50hz，逆时针转相：

1）初始状态时，a磁保持继电器1、e磁保持继电器5、i磁保持继电器9合上，其余磁保持继电器，和所有晶闸管全部断开，此时线路由a磁保持继电器1、e磁保持继电器5、i磁保持继电器9供电，负载侧出线相序为a、b、c；

2）收到逆时针转相的命令后：

2.1打开a反并联晶闸管11、e反并联晶闸管15、i反并联晶闸管19，等待20ms；

2.2a磁保持继电器1、e磁保持继电器5、i磁保持继电器9断开，等待100ms，确保磁保持继电器完全断开，此时线路由a反并联晶闸管11、e反并联晶闸管15、i反并联晶闸管19供电，负载侧出线相序为a、b、c；

2.3见图5，在t1时刻关闭a反并联晶闸管11、e反并联晶闸管15、i反并联晶闸管19，等待11ms，此时反并联晶闸管电流过零时自然关断，没有拉弧；

2.4在t2时刻，t2时刻距t1时刻为11ms，打开c反并联晶闸管13、d反并联晶闸管14、h反并联晶闸管18，此时线路由c反并联晶闸管13、d反并联晶闸管14、h反并联晶闸管18供电，负载侧出线相序为b、c、a；

2.5打开c磁保持继电器3、d磁保持继电器4、h磁保持继电器8，等待100ms，确保磁保持继电器完全合上；

2.6关断c反并联晶闸管13、d反并联晶闸管14、h反并联晶闸管18，等待20ms。此时线路由c磁保持继电器3、d磁保持继电器4、h磁保持继电器8，供电，负载侧出线相序为b、c、a；

2.7完成逆时针转相，电压波形图见图5。