一种无相间短路的换相方法及装置与流程

本发明涉及低压配电及节能技术领域，具体涉及一种无相间短路的换相方法及装置。

背景技术：

目前的低压线路中，通常包含a相、b相、c相三相相线和零线，如果三相电路的负荷不平衡，那么会引起配电变压器和低压线路的电能损耗增大，可能会引发低电压问题、甚至烧毁变压器的单相绕组。

当前，三相负荷不平衡自动调节的方法有电源侧相间跨接电容方法、动态无功补偿方法、负载侧负荷转移方法等。

相间跨接电容方法的原理是通过在低压母线上跨接电容器，从负荷比较重的相向负荷比较轻的相分流电流，使配变低压出口三相电流基本平衡。该方法的优点是调节装置比较简单，安装比较方便，缺点是只能调节配电变压器三相电流的不平衡，不能调节低压线路的三相电流不平衡。

动态无功率补偿方法是近几年来研发的新方法，其原理与相间跨接电容方法相似，其优点是既调节电流不平衡，也调节电压不平衡，功能齐全，调节精细，响应速度快，但该方法也不能调节低压线路的三相电流不平衡，而且装置本身功耗比较高，成本比较高。

负载侧负荷转移方法的原理是采用数个安装于单相用户分支线路的自动换相终端，将用户部分负荷从负荷比较重的相自动转移到负荷比较轻的相，从而实现配电变压器出口和线路三相电流基本平衡，该方法既能降低变压器的电能损耗，又能降低线路的电能损耗，而且成本比较低。

目前常用的负载侧负荷转移方法是采用三个继电器并联的方法，即在abc三相电路中，每一相电路对应一个继电器，当需要进行相位切换的时候，先断开与当前相连接的继电器，然后闭合与目标相连接的继电器。该方法的问题是，在分断继电器的时候，有时出于线圈上还保持有电压；触电接的负载过大或接的感性负载，导致触点瞬间熔化粘在一起；杂质把动触头卡住等原因，导致继电器并没有真正被分断开，此时去闭合目标相的继电器，就会造成当前相和目标相短路。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种无相间短路的换相方法，通过自动调整配电变压器和低压线路的三相负荷不平衡，降低电能损耗，解决了低电压问题，解决了配电变压器单相过载问题，解决了由于换相造成的相间短路问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种无相间短路的换相方法，所述换相方法应用于交流电路中，所述交流电路包括依次相连的电源侧电路、开关电路和负载侧电路，所述换相方法包括以下步骤：

步骤一：接收从当前相电路切换至目标相电路的换相指令；

步骤二：检测所述电源侧电路中的所述当前相电路的电流信号，当检测到所述电流信号过零时，首先通过单刀单掷继电器分断所述开关电路与负载侧电路，然后通过所述当前相电路中的单刀双掷继电器从当前相位切换到目标相电路对应的相位；

步骤三：在所述当前相电路中的单刀双掷继电器相位切换完成以后，检测所述负载侧电路中产生的感生电动势的电压信号；

步骤四：当检测到所述感生电动势的电压信号与所述目标相电路输入的电压信号相等时，闭合所述开关电路中单刀单掷继电器。

如上所述的一种无相间短路的换相方法，所述步骤二中当检测的所述电流信号过零时，通过单刀单掷继电器分断开关电路与负载侧电路的时间点确定步骤具体包括：

记录检测的所述电流信号在第一预设过零点对应的第一时间点；

计算所述电流信号的第一预设过零点和第二预设过零点之间的第一时间间隔；

从所述第一时间点开始计时，当计时时长达到所述第一时间间隔时，通过单刀单掷继电器分断所述开关电路与负载侧电路。

进一步的，所述开关电路进行分断操作时具备分断/闭合延时，从所述第一时间点开始计时，当计时时长达到第一预设时长时，启动所述开关电路中与负载侧电路相连的单刀单掷继电器的分断操作，所述第一预设时长按照下述公式确定：

tf1＝td1-tr

其中，tf1表示所述第一预设时长，td1表示所述第一时间间隔，tr表示所述分断/闭合延时。

如上所述的一种无相间短路的换相方法，所述的步骤四中具体包括：

确定所述当前相电路电压信号等于所述目标相电路输入的电压信号时的时间点与所述当前相电路的电压信号中预设电压过零时间点之间的第二时间间隔；

从所述预设电压过零时间点开始计时，当计时时长达到确定的所述第二时间间隔时，通过单刀单掷继电器闭合所述开关电路与负载侧电路接通。

第二时间间隔是指当前相电路电压信号等于目标相电路输入的电压信号时间点与当前相电路的电压信号中预设电压过零时间点之间的差值，因此从预设电压过零时间点开始计时，当计时时长达到确定的第二时间间隔时也就意味着感生电动势的电压信号与目标相电路输入的电压信号相等。

进一步的，所述开关电路进行闭合操作时具备分断/闭合延时；相应地，所述方法步骤四中还包括：

从所述预设电压过零时间点开始计时，当计时时长达到第二预设时长时，启动所述目标相电路的闭合操作，所述第二预设时长按照下述公式确定：

tf2＝td2-tr

其中，tf2表示所述第二预设时长，td2表示所述第二时间间隔，tr表示所述分断/闭合延时。

本发明还提供一种无相间短路的换相装置，包括交流电路，所述交流电路包括电源侧电路、开关电路和负载侧电路，所述电源侧电路包括a相电路、b相电路、c相电路，所述的a相电路、b相电路、c相电路各连接一个电压互感器，所述开关电路包括一个与a相电路、b相电路连接的第一单刀双掷继电器，所述第一单刀双掷继电器、c相电路连接有第二单刀双掷继电器，所述第二单刀双掷继电器与负载侧电路之间连接有单刀单掷继电器；所述的负载侧电路连接有一个电压互感器和一个电流互感器。

本发明方法具有如下优点：能够在换相操作过程中快速实现相间负荷转移，避免用户停电；能够在换相操作中使分断和闭合瞬间电流趋于零或等于零，避免产生较大的冲击电流，实现相间负荷平稳转移，减小对换相装置本体和用电设备的冲击；能够在换相过程中避免相间短路，避免用户设备及线路的损坏。

附图说明

图1无相间短路的换相方法流程图；

图2无相间短路的换相装置电路结构图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，一种无相间短路的换相方法，换相方法应用于交流电路中，交流电路包括依次相连的电源侧电路、开关电路和负载侧电路，换相方法包括以下步骤：

s1：接收从当前相电路切换至目标相电路的换相指令；

s2：检测电源侧电路中的当前相电路的电流信号，当检测到电流信号过零时，首先通过单刀单掷继电器分断开关电路与负载侧电路，然后通过当前相电路中的单刀双掷继电器从当前相位切换到目标相电路对应的相位；

s3：在当前相电路中的单刀双掷继电器相位切换完成以后，检测负载侧电路中产生的感生电动势的电压信号；

s4：当检测到感生电动势的电压信号与目标相电路输入的电压信号相等时，闭合开关电路中单刀单掷继电器。

s2中当检测的所述电流信号过零时，通过单刀单掷继电器分断开关电路与负载侧电路的时间点确定步骤具体包括：

记录检测的电流信号在第一预设过零点对应的第一时间点；

计算电流信号的第一预设过零点和第二预设过零点之间的第一时间间隔；

从第一时间点开始计时，当计时时长达到第一时间间隔时，通过单刀单掷继电器分断开关电路与负载侧电路。

进一步的，开关电路进行分断操作时具备分断/闭合延时，从第一时间点开始计时，当计时时长达到第一预设时长时，启动开关电路中与负载侧电路相连的单刀单掷继电器的分断操作，第一预设时长按照下述公式确定：

tf1＝td1-tr

其中，tf1表示第一预设时长，td1表示第一时间间隔，tr表示分断/闭合延时。

s4中具体包括：

确定当前相电路电压信号等于目标相电路输入的电压信号时的时间点与当前相电路的电压信号中预设电压过零时间点之间的第二时间间隔；

从预设电压过零时间点开始计时，当计时时长达到确定的第二时间间隔时，通过单刀单掷继电器闭合开关电路与负载侧电路接通。

进一步的，开关电路进行闭合操作时具备分断/闭合延时；相应地，方法s4中还包括：

从预设电压过零时间点开始计时，当计时时长达到第二预设时长时，启动目标相电路的闭合操作，第二预设时长按照下述公式确定：

tf2＝td2-tr

其中，tf2表示第二预设时长，td2表示第二时间间隔，tr表示分断/闭合延时。

如图2所示，本发明还提供一种无相间短路的换相装置，包括交流电路，交流电路包括电源侧电路、开关电路和负载侧电路，电源侧电路包括a相电路、b相电路、c相电路，a相电路、b相电路、c相电路均包括输入端子，a相电路、b相电路、c相电路各连接一个电压互感器，开关电路包括一个与a相电路、b相电路连接的第一单刀双掷继电器1，第一单刀双掷继电器1、c相电路连接有第二单刀双掷继电器2，第二单刀双掷继电器2与负载侧电路之间连接有单刀单掷继电器3；负载侧电路连接有一个电压互感器和一个电流互感器。

利用本发明方法，实现从a相换到b相的过程如下：

当接收到从a相换到b相的换相指令时，对电源侧电路中的当前相电路的电流信号，当检测的电流信号过零时，先将与负载侧电路相连的单刀单掷继电器3分断开，然后将第一单刀双掷继电器1从当前a相位切换到b相位。第一单刀双掷继电器1动作完成以后，对负载侧电路中产生的感生电动势的电压信号进行检测；当检测到电压信号与目标相电路输入的电压信号相等时，闭合开关电路中单刀单掷继电器3。至此，完成了从a相换到b相的切换。

利用本发明从b相换到a相的操作过程与上述从a相换到b相的过程类似，实现从b相换到a相的过程如下：

当接收到从b相换到a相的换相指令时，对电源侧电路中的当前相电路的电流信号，当检测的电流信号过零时，先将与负载侧电路相连的单刀单掷继电器3分断开，然后将第一单刀双掷继电器1从当前b相位切换到a相位。第一单刀双掷继电器1动作完成以后，对负载侧电路中产生的感生电动势的电压信号进行检测；当检测到电压信号与目标相电路输入的电压信号相等时，闭合开关电路中单刀单掷继电器3。至此，完成了从b相换到a相的切换。

利用本发明方法，实现从a相换到c相的过程如下：

当接收到从a相换到c相的换相指令时，对电源侧电路中的当前相电路的电流信号，当检测的电流信号过零时，先将与负载侧电路相连的单刀单掷继电器3分断开，然后将第二单刀双掷继电器2从当前a相位切换到c相位。第二单刀双掷继电器2动作完成以后，对负载侧电路中产生的感生电动势的电压信号进行检测；当检测到电压信号与目标相电路输入的电压信号相等时，闭合开关电路中单刀单掷继电器3。至此，完成了从a相换到c相的切换。

利用本发明从b相换到c相的操作过程与上述从a相换到c相的过程类似，实现从b相换到c相的过程如下：

当接收到从b相换到c相的换相指令时，对电源侧电路中的当前相电路的电流信号，当检测的电流信号过零时，先将与负载侧电路相连的单刀单掷继电器3分断开，然后将第二单刀双掷继电器2从当前b相位切换到c相位。第二单刀双掷继电器2动作完成以后，对负载侧电路中产生的感生电动势的电压信号进行检测；当检测到电压信号与目标相电路输入的电压信号相等时，闭合开关电路中单刀单掷继电器3。至此，完成了从b相换到c相的切换。

利用本发明，实现从c相换到a相的过程如下：

当接收到从c相换到a相的换相指令时，此时分两种情况，第一种情况是第一单刀双掷继电器1闭合在a相，第二种情况是第一单刀双掷继电器1闭合在b相。对于第一种情况，对电流信号进行检测，当检测的所述电流信号过零时，先将与负载侧相连的单刀单掷继电器3分断开，然后将第二单刀双掷继电器2切换到与第一单刀双掷继电器1连接的触点。此时第二单刀双掷继电器2就与第一单刀双掷继电器1处于联通的状态。第二单刀双掷继电器2动作完成以后，对所述负载侧电路中产生的感生电动势的电压信号进行检测；当检测到所述电压信号与所述目标相电路输入的电压信号相等时，闭合所述开关电路中单刀单掷继电器3。至此，完成了从c相换到a相的切换。对于第二种情况，对电流信号进行检测，当检测的所述电流信号过零时，先将与负载侧相连的单刀单掷继电器3分断开，然后将第二单刀双掷继电器2切换到与第一单刀双掷继电器1连接的触点，同时将第一单刀双掷继电器1从b相切换到a相。单刀双掷继电器动作完成以后，对所述负载侧电路中产生的感生电动势的电压信号进行检测；当检测到所述电压信号与所述目标相电路输入的电压信号相等时，闭合所述开关电路中单刀单掷继电器3。至此，完成了从c相换到a相的切换。

利用本发明，从c相换到b相的操作过程与上述从c相换到a相的过程类似，实现从c相换到b相的过程如下：

当接收到从c相换到b相的换相指令时，此时分两种情况，第一种情况是第一单刀双掷继电器1闭合在b相，第二种情况是第一单刀双掷继电器1闭合在a相。对于第一种情况，对电流信号进行检测，当检测的所述电流信号过零时，先将与负载侧相连的单刀单掷继电器3分断开，然后将第二单刀双掷继电器2切换到与第一单刀双掷继电器1连接的触点。此时第二单刀双掷继电器2就与第一单刀双掷继电器1处于联通的状态。第二单刀双掷继电器2动作完成以后，对所述负载侧电路中产生的感生电动势的电压信号进行检测；当检测到所述电压信号与所述目标相电路输入的电压信号相等时，闭合所述开关电路中单刀单掷继电器3。至此，完成了从c相换到b相的切换。对于第二种情况，对电流信号进行检测，当检测的所述电流信号过零时，先将与负载侧相连的单刀单掷继电器3分断开，然后将第二单刀双掷继电器2切换到与第一单刀双掷继电器1连接的触点，同时将第一单刀双掷继电器1从a相切换到b相。单刀双掷继电器动作完成以后，对所述负载侧电路中产生的感生电动势的电压信号进行检测；当检测到所述电压信号与所述目标相电路输入的电压信号相等时，闭合所述开关电路中单刀单掷继电器3。至此，完成了从c相换到b相的切换。

本发明通过对负载侧电路中电流互感器的电流信号进行检测，从而确定电流信号过零的时间点。将电流信号过零的时间点作为当前相的分断点，保证在线路分断之后，不会在分断点产生较大的电流。同时，采用了单刀双掷继电器与单刀单掷继电器的串联使用，确保了换相过程中不会有短路现象发生，保护了负载侧设备的安全。此外，在线路分断之后，通过对当前相电压进行检测，从而确定目标相的电压与当前相电压相等的时间点，将该时间点确定为目标相的闭合时间点便保证在目标相电路闭合电瞬间电流趋于零。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。