一种三相智能换相开关装置的制作方法

本实用新型涉及三相电网技术领域，具体涉及一种三相智能换相开关装置。

背景技术：

在现有技术中，我国低压配电网中都采用三相四线制，其中三条线路分别代表A，B，C三相，另一条是中性线N。在进入用户的单相输电线路中，有两条线，一条我们称为相线L，另一条我们称为中线N，中线正常情况下要通过电流以构成单相线路中电流的回路。而三相系统中，三相平衡时，中性线（零线）是无电流的，故称三相四线制。

由于存在大量单相、不对称负荷，从而导致三相不平衡，降低电能质量，增大功耗，严重影响用户正常用电。另外人工换相繁琐、操作复杂，准确性与实时性无法保证。若换相开关动作不在过零点，换相时产生电流过大，导致损耗大，甚至在开关处有拉弧，器件发热影响其使用寿命。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种检测三相不平衡现象，实现自动过零点换相的三相智能换相开关装置及控制方法，用以解决现有技术存在的换相时候电流过大的技术问题，有助于三相平衡。

本实用新型的技术解决方案是，提供一种以下结构的三相智能换相开关装置，包括：

三个电压采样单元，一一对应地分别检测三相电压的输入电压；

二个开关单元，包括第一开关单元和第二开关单元，所述第一开关单元和第二开关单元分别与三相电压连接，所述第一开关单元的输出端与第二开关单元的其中一个输入端连接，所述第二开关单元的输出端与负载连接；

五个过零检测单元，其中两个过零检测单元连接所述第一开关单元，两个过零检测单元连接所述第二开关单元，一个连接所述开关装置的输出端；

控制单元，分别连接电压采样单元、过零检测单元和开关单元。

作为可选，所述三个电压采样单元分别测当前三相电压值，并将检测值输入至控制单元，由所述控制单元分析当前三相不平衡状况。

作为可选，根据检测并分析当前三相不平衡状况，由所述控制单元控制自动将当前负载切换到电压最高相，通过检测两相间的过零信号时则进行由一相切换到另一相的动作。

作为可选，所述过零检测单元用检测输入端交流电压的过零情况，在相应相电压过零时输出过零信号，所述控制单元接收所述过零信号，并控制相应的开关单元动作以实现智能换相。

作为可选，所述二开关单元内均含两个磁保持继电器，其中一个作为常开、常闭开关，另外一个作为辅助触点，所述控制单元分别控制两个磁保持继电器，通过控制常开、常闭开关实现换相，所述辅助触点的状态随着常开、常闭开关的变化而变化，并将状态传输给控制单元。实现A、B、C相间互锁，不会因外力原因（运输等方面）造成相间短路。同时磁保持继电器在运行过程中，无需持续供应电流，具有低功耗的特点。

采用本实用新型，与现有技术相比，具有以下优点：本实用新型中，所述三个电压采样单元分别测当前三相电压值，并将检测值输入至控制单元，由所述控制单元分析当前三相不平衡状况；根据检测并分析当前三相不平衡状况，由所述控制单元控制自动将当前负载切换到电压最高相，通过检测两相间的过零信号时则进行由一相切换到另一相的动作。本实用新型通过检测三相不平衡现象，并实现自动过零点换相，提高了换相的准确性和实时性，且降低了功耗。

附图说明

图1为本实用新型三相智能换相开关装置的电路结构图；

图2为本实用新型的流程框图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细描述，但本实用新型并不仅仅限于这些实施例。本实用新型涵盖任何在本实用新型的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。

为了使公众对本实用新型有彻底的了解，在以下本实用新型优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本实用新型。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

如图1所示，本例提供了一种三相智能换相开关装置，包括一个控制单元、三个电压采样单元、五个过零检测单元和二个开关单元；所述控制单元分别连接三相电压采样单元、过零检测单元和开关单元；所述三相电压采样单元分别连接A、B、C相电压；所述过零检测单元每两个连接一个开关单元，一个连接整个开关装置的输出端；所述开关单元分别与A、B、C三相电压和负载相连，且一个开关单元的输出与另一个开关单元的一端输入相连。

如图1所示，本例中的V_A、V_B、V_C分别为A、B、C三相的电压采样单元，所述电压采样单元由电压互感器和采样电路组成，可以采集当前交流相电压值；Z₁~Z₅为过零检测单元，所述过零检测单元可以检测输入两点间交流信号的过零点，并输出给控制器过零信号，Z₁~Z₅的输出端与控制器进行光耦隔离；K₁、K₂为开关单元的开关输出；S₁、S₂为开关单元的辅助触点，分别与K₁、K₂联动，如图1所示，当K₁拨到A相时，S₁断开，K₁拨到B相时，S₁闭合。V_A、V_B、V_C、Z₁~Z₅、S₁、S₂的输出作为控制器的输入信号，控制器（即控制单元）控制K₁、K₂动作。

如图1所示，V_A、V_B、V_C分别连接到A、B、C相与N相之间，用来采集相电压；Z₁和Z₂分别连接到A、B相与K₁输出之间，Z₃连接到K₁输出与K₂输出之间，Z₄连接到C相与K₂输出之间，Z₅连接到负载两侧。K₁的输出连接K₂的输入，K₂的输出接负载。

根据负载情况可以将本开关装置分为四种运行状态：

状态一：如图1所示，负载处于A相时，K₁拨到A相，K₂拨到K₁输出端，Z₁和Z₃无效，Z₂可以检测A、B相间过零点，Z₄可以检测A、C相间过零点，Z₅可以检测A、N间过零点，S₁和S₂都处于断开状态。

状态二：如图1所示，负载处于B相时，K₁拨到B相，K₂拨到K₁输出端，Z₂和Z₃无效，Z₁可以检测A、B相间过零点，Z₄可以检测B、C相间过零点，Z₅可以检测B、N间过零点，S₁处于闭合状态，S₂处于断开状态。

状态三：如图1所示，负载处于C相且K₁拨到A相时，K₂拨到C相，Z₁和Z₄无效，Z₂可以检测A、B相间过零点，Z₃可以检测A、C相间过零点，Z₅可以检测C、N间过零点，S₁处于断开状态，S₂处于闭合状态。

状态四：如图1所示，负载处于C相且K₁拨到B相时，K₂拨到C相，Z₂和Z₄无效，Z₁可以检测A、B相间过零点，Z₃可以检测A、C相间过零点，Z₅可以检测C、N间过零点，S₁和S₂都处于闭合状态。

本实用新型三相智能换相开关装置的换相过程可分为八种：

过程一：负载由A相切换到B相时，即由状态一切换到状态二，K1由A相切到B相，K2无动作，此时切换的过零点由Z₂提供。

过程二：负载由B相切换到A相时，即由状态二切换到状态一，K₁由B相切到A相，K₂无动作，此时切换的过零点由Z₁提供。

过程三：负载由A相切换到C相时，即由状态一切换到状态三，K₁无动作，K₂由K₁输出端切到C相，此时切换的过零点由Z₄提供。

过程四：负载由C相切换到A相且由状态三切换到状态一时，K₁无动作，K₂由C相切到K₁输出端，此时切换的过零点由Z₃提供。

过程五：负载由C相切换到A相且由状态四切换到状态一时，先将K₁由B相切到A相，再将K₂由C相切到K₁输出端，此时K₂切换的过零点由Z₃提供。

过程六：负载由B相切换到C相，即由状态二切换到状态四，K₁无动作，K₂由K₁输出端切到C相，此时切换的过零点由Z₄提供。

过程七：负载由C相切换到B相且由状态四切换到状态二时，K₁无动作，K₂由C相切到K₁输出端，此时切换的过零点由Z₃提供。

过程八：负载由C相切换到B相且由状态三切换到状态二时，先将K₁由A相切到B相，再将K₂由C相切到K₁输出端，此时K₂切换的过零点由Z₃提供。

下面对本实用新型三相不平衡智能换相开关装置的工作原理及控制方法进行详细分析与说明：

本实用新型三相智能换相开关装置包括电压监测、状态检测、智能换相、故障反馈四个工作内容，其控制流程如图2所示。通过电压监测，掌握当前三相不平衡状况，确定当前电压最高相；通过状态检测，掌握当前开关装置的运行状况，确定当前负载处于哪一相；通过智能换相，实现将负载切换到电压最高相；再次通过状态检测，检查设备是否正常，确定无故障后再重新进行电压监测，如此重复此过程。在整个运行过程中，若有异常，即时报故障，开关装置不执行换相操作，直到故障消除。

所述电压监测，通过采集V_A、V_B、V_C三相电压采样单元输出的电压信号实现对当前三相电压的实时监测。

所述状态检测，通过采集Z₁~Z₅过零检测单元和S₁、S₂辅助触点的反馈信号实现对开关装置及负载运行状态的时实检测。通过状态检测，判断当前开关装置处于哪种运行状态（所述四种开关装置运行状态），若非所述四种状态，则判定故障。

所述智能换相，通过控制K₁和K₂实现对负载的换相操作。确定负载运行的当前相与目标相，确保开关装置当前运行状态正常后，严格按照所述八种开关装置换相过程进行换相操作。无论K₁和K₂当前处于哪种状态，均可保证负载处在某一相上，保障对负载安全供电。

所述故障反馈，通过状态检测判断故障类型，并实时反馈。在整个运行过程中，若有故障存在，开关装置不执行换相操作，直到故障消除。

所述状态检测的检测内容与方法：

过零检测单元Z₁和Z₂可对K₁的当前状态进行双重电子检测，当K₁切到A相时，Z₁无过零信号，Z₂存在过零信号；反之，则Z₁存在过零信号，Z₂无过零信号。辅助触点S₁可对K₁的当前状态进行机械检测，当K₁切到A相时，S₁处于断开状态；反之，则S₁处于闭合状态。由此通过多重核验，最终确定K₁的当前状态。

过零检测单元Z₃和Z₄可对K₂的当前状态进行双重电子检测，当K₂切到K₁输出端时，Z₃无过零信号，Z₄存在过零信号；反之，则Z₃存在过零信号，Z₄无过零信号。辅助触点S₂可对K₂的当前状态进行机械检测，当K₂切到K₁输出端时，S₂处于断开状态；反之，则S₂处于闭合状态。由此通过多重核验，最终确定K₂的当前状态。

过零检测单元Z₅可对负载的当前状态进行检测，与K₁和K₂的当前状态一起，最终确定开关装置当前的运行状态，若当前状态非所述的四种运行状态或与目标状态不符均判定为故障。

无论开关装置运行在哪种状态下（所述四种状态以内），均有三个过零检测单元有效，确保两种不同的相间过零信号与一种单相过零信号存在，冗余检测、多重核验，确保开关装置安全可靠。

虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。