本发明涉及一种换相系统，具体涉及一种具有漏电保护的三相电网换相系统。
背景技术：
为响应国家电网对三相不平衡加大治理的号召，换相开关产品是最近几年出现的新型三相不平衡调节装置。目前市面上治理三相不平衡的产品大致分为三类：换相开关、电力电子有源治理装置(如svg)和相间跨接电容器等。其中，换相开关的优势是治标治本——根本性的改变三相电流，而其它两者都只是改变变压器侧三相电流。而svg成本价钱较高，功耗较大；相间跨接电容对环境要求较高：必须是缺无功的环境，否则会带来无功过补的副作用。换相开关不存在上述问题，并且具有较优的三相不平衡调节效果，目前全国正在大规模推广应用。
现有换相设备往往不具有漏电检测的功能。
技术实现要素：
一种具有漏电保护的三相电网换相系统，具有漏电保护的三相电网换相系统包括：第一开关装置，用于将三相电网中的一相连接至三相电网的负载；第二开关装置，用于导通或关断第一开关装置与三相电网的负载之间的连接；漏电检测装置，用于检测三相电网的负载的漏电流；控制器，用于控制第一开关装置或/和第二开关装置以使第一开关装置仅在第二开关装置断开第一开关装置与三相电网的负载之间的连接时切换连接至三相电网的另一相；其中，漏电检测装置与控制器构成连接以使控制器在三相电网的负载的漏电流超过预设值时使第一开关装置或/和第二开关装置断开。
进一步地，在三相电网的负载的漏电流超过预设值时，控制器使第一开关装置断开三相电网与第二开关装置的连接。
进一步地，第一开关装置包括：第一相开关，用于导通或关断三相电网中的第一相与第二开关装置的连接；第二相开关，用于导通或关断三相电网中的第二相与第一相开关的连接；第三相开关，用于导通或关断三相电网中的第三相与第二开关装置的连接；其中，控制器与第一相开关，第二相开关和第三相开关构成信号传输以使第一相开关，第二相开关和第三相开关在控制器的信号控制下动作。
进一步地，第一相开关包括：第一相触点、第一静触点和第一动触点；第二相开关包括：第二相触点、第二静触点和第二动触点；第三相开关包括：第三相触点、第三静触点和第三动触点；其中，第一相触点连接至三相电网的第一相；第二相触点连接至三相电网的第二相；第三相触点连接至三相电网的第三相；第一静触点连接至第二动触点，第二静触点连接至第三动触点；第三静触点悬空；第一动触点连接至第二开关装置且仅能可切换地连接至第一相触点和第一静触点两者中的一个；第二动触点仅能可切换地连接至第二相触点和第二静触点两者中的一个；第三动触点仅能可切换地连接至第三相触点和第一静触点两者中的一个；在三相电网的负载的漏电流超过预设值时，控制器使第一动触点连接至第一静触点，第二动触点连接至第二静触点，第三动触点连接至第三静触点。
进一步地，在三相电网的负载的漏电流超过预设值时，控制器使第二开关装置断开第一开关装置与三相电网的负载的连接。
进一步地，第二开关装置包括：主路开关，用于导通或关断三相电网及其负载之间的连接；辅路开关，用于在主路开导通或关断三相电网及其负载之间的连接之前导通被主路开关断开的两端；在三相电网的负载的漏电流超过预设值时，控制器使主路开关和辅路开关均断开连接。
进一步地，在三相电网的负载的漏电流超过预设值时，控制器先使主路开关断开然后使辅路开关断开。
进一步地，在三相电网的负载的漏电流超过预设值时，控制器同时使主路开关和辅路开关同时断开。
进一步地，漏电检测装置包括一个互感线圈，由第二开关装置引出的并连接至三相电网的负载的火线与三相电网的零线中的至少一个穿过互感线圈。
进一步地，火线与零线均穿过同一个互感线圈。
本发明的有益之处在于：提供了一种能够检测漏电流的具有漏电保护的三相电网换相系统。
附图说明
图1是本发明的一个优选实施例的结构示意框图；
图2是本发明的另一个优选实施例的结构示意框图；
图3是本发明一个部分方案的结构示意框图；
图4是本发明另一个部分方案的结构示意图；
图5是图4中部分结构实体结构示意图；
图6是图4中部分电路的结构示意图；
图7是本发明控制部分的示意框图；
图8是本发明的另一个优选实施例的结构示意图；
图9是本发明控制系统一个示意框图；
图10是本发明中方法的步骤示意框图。
具体实施方式
如图1所示，适用于三相电网的换相系统100包括：第一开关装置101，第二开关装置102和第三开关装置。其中，第一开关装置101用于将三相电网中的一相连接至三相电网的负载102；第二开关装置102用于导通或关断第一开关装置101与三相电网的负载102之间的连接；控制器103用于控制第一开关装置101或/和第二开关装置102以使第一开关装置101仅在第二开关装置102断开第一开关装置101与三相电网的负载102之间的连接时切换连接至三相电网的另一相。
具体而言，第一开关装置101包括：第一相开关s11，用于导通或关断三相电网中的第一相与第二开关装置102的连接；第二相开关s12，用于导通或关断三相电网中的第二相与第一相开关s11的连接；第三相开关s13，用于导通或关断三相电网中的第三相与第二开关装置102的连接；其中，控制器103与第一相开关s11，第二相开关s12和第三相开关s13构成信号传输以使第一相开关s11，第二相开关s12和第三相开关s13在控制器103的信号控制下动作。
更具体而言，第一相开关s11包括：第一相触点i、第一静触点h和第一动触点g；第二相开关s12包括：第二相触点f、第二静触点e和第二动触点d；第三相开关s13包括：第三相触点c、第三静触点b；
其中，第一相触点i连接至三相电网的第一相；第二相触点f连接至三相电网的第二相；第三相触点c连接至三相电网的第三相；第一静触点h连接至第二动触点d，第二静触点e连接至第三动触点a；第三静触点b悬空；第一动触点g连接至第二开关装置102且仅能可切换地连接至第一相触点i和第一静触点h两者中的一个；第二动触点d仅能可切换地连接至第二相触点f和第二静触点e两者中的一个；第三动触点a仅能可切换地连接至第三相触点c和第一静触点h两者中的一个。
更具体而言，第一相开关s11包括第一电磁装置，电磁装置用于通过由电能产生的磁场控制第一动触点g连接至第三相触点c或第一静触点h。第二相开关s12包括第二电磁装置，电磁装置用于通过由电能产生的磁场控制第二动触点d连接至第三相触点c或第二静触点e。第三相开关s13包括第三电磁装置，电磁装置用于通过由电能产生的磁场控制第三动触点a连接至第三相触点c或第三静触点b。
作为具体实施的方案，第一相开关s11、第二相开关s12以及第三相开关s13均可以是继电器开关，它们控制端连接至控制器103。
作为另一种方案，如图2所示，可以仅采用两个开关模块，具体而言，单相切换开关s21，用于导通或关断三相电网中的一相与第二开关装置202的连接；双相切换开关s22，用于导通或关断三相电网中的其余两相与单相切换开关s21的连接；其中，控制器203与单相切换开关s21和双相切换开关s22构成信号传输以使第一相开关，第二相开关和第三相开关在控制器203的信号控制下动作。单相切换开关s21包括：单相相触点f、单相静触点e和单相动触点d；双相切换开关s22包括：双相第一触点b、双相第二触点c和双相动触点a；其中单相相触点f连接至三相电网中的一相，单相静触点e连接至双相动触点a，单相动触点d连接至第二开关装置202并且仅能可切换地连接至单相相触点f和单相静触点e中的一个；双相第一触点b和双相第二触点c分别连接至三相电网中的其余两相，双相动触点a仅能可切换地连接至双相第一触点b和双相第二触点c中的一个。另外，单相切换开关s21包括单相电磁装置，单相电磁装置用于通过由电能产生的磁场控制单相动触点d连接至单相相触点f或单相静触点e。双相切换开关s22包括：双相电磁装置，单相电磁装置用于通过由电能产生的磁场控制双相动触点a连接至双相第一触点b或双相第二触点c。
由以上可知，无论图1还是图2中的第一开关装置，无论如何动作，均从机械结构上实现了防止相间短路，从而实现了整个换相系统的机械互锁功能。
另外，如图2所示，第二开关装置202包括：主路开关s23，用于导通或关断三相电网及其负载之间的连接；辅路开关s24，用于在主路开关s23导通或关断三相电网及其负载之间的连接之前导通被主路开关s23断开的两端。
主路开关s23断开三相电网及其负载之间的连接之后辅路开关s24断开。主路开关s23断开三相电网及其负载之间的连接之后辅路开关s24保持导通一段时间。
其中，主路开关s23为机械开关。辅路开关s24为电子开关。主路开关s23可以为继电器开关，辅路开关s24可以选用双向可控硅开关。
图2所示系统还包括：检测装置s204，用于检测三相电网的电流或电压；其中，控制器203根据检测装置判断三相电网的情况，当三相电网的三相不平衡时，控制器203先控制第二开关装置202断开然后控制第一开关装装置切换连接至三相电网的另一相。控制器203在第一开关装置201完成切换后使第二开关装置202导通第一开关装置201与三相电网负载之间的连接。控制器203在断开第二开关装置202时，先导通辅路开关s24，然后断开主路开关s23，最后断开辅路开关s24。控制器203在导通第二开关装置202时，先导通辅路开关s24，然后导通主路开关s23，最后断开辅路开关s24。
作为一种可选的方案，辅路开关s24为可控硅，包括一个控制端。如果主路开关s23需要进行闭合操作，则在主路开关s23处于断开状态下、闭合之前，控制器203向可控硅发送导通信号，使可控硅在电压过零点导通。在可控硅处于导通状态下，主路开关s23在第一开关装置101操作完成后进行闭合。此时，由于可控硅与主路开关s23之间为并联关系，在可控硅导通状态下，负载开关的两端压降为零，在负载开关闭合瞬间不会产生涌流。在负载开关闭合后，控制器203停止向可控硅发送导通信号。由于负载开关在导通时的阻抗远小于可控硅，导通的负载开关将可控硅短路。此时，可控硅上不再有电流流过，可控硅自然截止。同时，由于控制器203停止向可控硅发送导通信号，可控硅保持在关断状态。
如果主路开关s23需要进行断开操作，则在主路开关s23处于闭合状态下、断开之前，控制器203向可控硅发送导通信号。在主路开关s23断开时，可控硅两端随即产生压降和电流，可控硅导通。在主路开关s23成功断开后，控制器203停止向可控硅发送导通信号，使可控硅截止。可控硅在主路开关s23断开时将主路开关s23短路。
第二开关装置202采用主路和辅路开关s24的结合可以减少换相时对负载的冲击，同时避免了涌流和拉弧的不良影响，增加了设备寿命。
如图3所示，为了进一步增加设备寿命，第一开关装置301包括两个如图2中的单相切换开关s31和双相切换开关s32以及一个备用开关s33；备用开关s33也包括一个动触点和两个静触点；该备用开关s33的各个触点通过若干个电子开关分别连接到单相切换开关和双相切换开关的触点或三相电网。
比如，备用开关s33的动触点x分别通过电子开关t31和t32分别连接至单相切换开关s31的动触点d和双相电子开关s32的动触点a；备用开关s33的其中一个静触点y通过电子开关t33和t34分别连接到双相切换开关s32的动触点a和三相电网中的a相；备用开关s33的另一个静触点z通过电子开关t35和t36分别连接至三相电网中的b相和三相电网中的c相，控制器可以通过控制这些电子开关使备用开关s33代替单相切换开关s31或双相切换开关s32；这样一来进一步提高了使用寿命，第一开关装置301中出现损坏时，可以利用备用开关s33继续使用。
如图2所示，还包括漏电流检测装置204，漏电流检测装置204包括一个电流互感器(ct)。电流互感器根据电磁感应原理工作，包括一个闭合的铁芯。负载两端的火线(l线)和零线(n线)分别以相反的方向绕在电流互感器铁芯的一侧，且所绕的匝数相同。在本实施例中，l线自上而下绕制，n线自下而上绕制。电流互感器铁芯的另一侧绕接二次绕组，二次绕组上接二次电流检测单元。在负载正常工作时，l线流过的电流与n线流过的电流大小相同，但由于两者以不同的方向绕在同一个铁芯上，在二次绕组产生的感应电流为零。当发生漏电(如人体触电)时，l线上流过的电流的一部分通过导电的人体流入大地而不再经过n线，此时，l线与n线流过的电流值就不相同，此时，二次绕组上就会产生感应电流。该感应电流由二次电流检测单元检出后，经过放大、滤波等一系列处理，将电流信号输入控制器203中。
控制器203判断接收到的电流信号是否异常，当电流信号出现异常时，控制器203切断第一开关装置和第二开关装置，以断开电网与负载之间的电连接。
另一种保护方法包括：控制器203判断接收到的电流信号是否异常，当电流信号出现异常时，控制器203将选择性地断开第一、第二开关装置中的一个，以断开电网与负载之间的电连接。在安全保护程序中，操作步骤越少则程序出错的可能性越小。并且mcu不能实现真正意义上的并行操作。这样的设置保证了在发生漏电流时首次断开操作的时间与成功率。
比如，控制器203可以断开第二开关装置202，从而切断第一开关装置201对负载的电能输出。在断开第二开关装置202后，如果第二开关装置202断开成功，此时控制器203将不再接收到电流互感器发出的信号，并且第二开关装置202的反馈触点也将反馈第二开关装置202的断开信号。
此时，如果控制器203能够继续接收到电流互感器发出的信号，并且这两个信号之间的差值大于漏电保护阈值，控制器203在向第二开关装置202发出断开指令后开始计算该状态的持续时间，如果该状态的持续时间大于某一阈值，则判断第二开关装置202断开失败。此时，控制器203断开第一开关装置201与三相电电网之间的电连接，或者断开第一开关装置201与第二开关装置202之间的电连接以使第二开关装置202不能接收到第一开关装置201传输的电能。此时，在第二开关装置202断开失败的情况下，仍然能够通过断开第一开关装置201以确保切断电能向人体的输出，进行双重保护，确保用电安全。
另一种判断第二开关装置202断开成功与否的方式包括，控制器203在向第二开关装置202发送断开指令后，经过一段延时时间，控制器203判断第二开关装置202的工作状态，如果判断到第二开关装置202仍然向负载传输电能，则认为第二开关装置202断开失败。此时，控制器203断开第一开关装置201与三相电电网之间的电连接，或者断开第一开关装置201与第二开关装置202之间的电连接以使第二开关装置202不能接收到第一开关装置201传输的电能。此时，在第二开关装置202断开失败的情况下，仍然能够通过断开第一开关装置201以确保切断电能向人体的输出，进行双重保护，确保用电安全。
在第二开关装置202断开失败的情况下，控制器203能够控制第一开关装置201的断开。此时，在控制器203向第一开关装置201发送断开指令后，如果控制器203能够继续接收到电流互感器发出的信号，并且这两个信号之间的差值大于漏电保护阈值，则控制器203开始计时，如果所计时间大于某一阈值，则判断第一、第二装置都断开失败。此时，控制器203能够向换相系统外部的漏电保护器发送保护信号，以使换相系统外部的漏电保护器进行保护操作。此时，在第一、第二开关装置202都失效的情况下，仍然能够通过操作外部的漏电保护器以确保切断电能向人体的输出，确保了用电安全。
此时，如果控制器203能够继续接收到电流互感器发出的信号，并且这两个信号之间的差值大于漏电保护阈值，控制器203在向第一、第二开关装置202都发出断开指令后开始计算该状态的持续时间，如果该状态的持续时间大于某一阈值，则判断第一、第二开关装置202都断开失败，亦即开关子系统断开失败。在这种情况下，控制器203向外部发出报警信号。外部设备可以是漏电保护器，也可以是声光报警器。在外部漏电保护器接收到报警信号后，可以进行漏电保护操作，进一步提高漏电保护操作的可靠性。在外部声光报警器接收到报警信号后，可以进行声光报警，以提醒用户发生了漏电的情况。
图8为带漏电保护功能的换相系统的另一个实施例，包括漏电流检测装置204，漏电流检测装置包括第一、第二两个电流互感器(ct)。在本实施例中，l线绕制在第一电流互感器的铁芯一侧，n线绕制在第二电流互感器的铁芯一侧。第一、第二电流互感器铁芯的另一侧分别绕接二次绕组，二次绕组上接二次电流检测单元。两个二次电流检测单元检测的电流信号，分别经过放大、滤波等处理后，分别输入控制器203。当发生漏电(如人体触电)时，l线上流过的电流的一部分通过导电的人体流入大地而不再经过n线，此时，l线与n线流过的电流值就不相同。
控制器203计算两个电流信号之间的差值，当差值大于漏电保护阈值时，便认为出现了漏电。
控制器203判断接收到的电流信号是否异常，当电流信号出现异常时，控制器203切断第一开关装置和第二开关装置，以断开电网与负载之间的电连接。
另一种保护方法包括：控制器203判断接收到的电流信号是否异常，当电流信号出现异常时，控制器203将选择性地断开第一、第二开关装置中的一个，以断开电网与负载之间的电连接。在安全保护程序中，操作步骤越少则程序出错的可能性越小。并且mcu不能实现真正意义上的并行操作。这样的设置保证了在发生漏电流时首次断开操作的时间与成功率。
比如，控制器203可以断开第二开关装置202，从而切断断开第一开关装置201与三相电网之间的电连接或者断开第一开关装置201与第二开关装置202的电连接。
在断开第一开关装置201与三相电网之间或者第一开关装置201与第二开关装置202之间的电连接后，如果第一开关装置201断开成功，此时控制器203将不再接收到电流互感器发出的信号，并且第一开关装置201的反馈触点也将向控制器203反馈第一开关装置201的断开信号。
此时，如果控制器203能够继续接收到漏电流检测装置204发出的信号，并且这两个信号之间的差值大于漏电保护阈值，控制器203在向第一开关装置201发出断开指令后开始计算该状态的持续时间，如果该状态的持续时间大于某一阈值，则判断第一开关装置201断开失败，此时，控制器203控制第二开关装置202以断开第一开关装置201输出的电能与负载rl之间的电连接。此时，在第一开关装置201断开失败的情况下，仍然能够通过断开第二开关装置202以确保切断电能向人体的输出，进行双重保护，确保用电安全。
另一种判断开关装置11断开成功与否的方式包括，控制器203在向第一开关装置201发送断开指令后，经过一段延时时间，控制器203判断第一开关装置201的工作状态，如果判断到第一开关装置201仍然向第二开关装置202传输电能，则认为第一开关装置201断开失败，此时控制器203控制第二开关装置202以断开第一开关装置201输出的电能与负载之间的电连接。此时，在第一开关装置201断开失败的情况下，仍然能够通过断开第二开关装置202以确保切断电能向人体的输出，进行双重保护，确保用电安全。
在第一开关装置201断开失败的情况下，控制器203能够控制第二开关装置202的断开。在控制器203向第二开关装置202发送断开指令后，如果控制器203能够继续接收到电流检测装置204发出的信号，并且这两个信号之间的差值大于漏电保护阈值，则控制器203开始计时，如果所计时间大于某一阈值，则判断第一、第二装置都断开失败。此时控制器203能够向换相系统外部的漏电保护器发送保护信号，以使换相系统外部的漏电保护器进行保护操作。此时，在第一、第二开关装置202都失效的情况下，仍然能够通过操作外部的漏电保护器以确保切断电能向人体的输出，确保了用电安全。
如图4所示，还包括漏电保护电路403。可以在三相电网中的一相c与接地之间设置一个单向导通器件d1和一个电容器件c1，这样一来，电容器件c1会积攒一定的电能。在第一开关装置和41第二开关装置42之间设置一个可控开关s41以导通或断开它们之间的连接，同时设置一个漏电保护电路403去控制可控开关s41，互感器404将检测到信号传输给漏电保护电路403，漏电保护电路403包括检测模块，控制模块等模块，能根据404去控制可控开关s41。漏电保护电路403由电池b1供电。如图5所示，通过自充电路601以及其单相导通器件602，电容器件c1能为电池b1充电从而漏电保护电路403始终具有电能。
如图5所示，可控开关s41的实体结构可以包括：基板501，弹簧502，连接销503，两个端子504和505，止动块506和507，电磁铁508和509。
其中，基板501固定设置，弹簧502向图5中下的方向偏压连接销503，连接销503中分为绝缘部分503a和导体部分503b，端子504和505分别连接第一开关装置和第二开关装置505；连接销503在图中所示位置能导通端子504和505；作为其中一种方案，导体部分503b可以为石墨棒；制动块506和507能在电磁铁508和509的吸引下，分别向图中左右两个方向滑动，这样一来弹簧502向下推动连接销503使其脱开导通位置从而断开了两个端子504和505之间的连接。制动块506和507有一部分是具有磁性的。
该方案的好处在于，在需要断开时，比如漏电流超过阈值时，弹簧502能快速推动连接销503断开，同时在平时，制动块506因为不能上下移动又保证可靠性。
另外，如图2所示，漏电流检测装置204连接到控制器203，具体而言，漏电流检测装置包括一个互感线圈ct1，图2中所示的火线l和零线n均穿过该互感器ct1从而检测负载r的漏电流。
另外，也可以采用如图8所示采用两个互感器ct3和ct4分别检测火线l和零线n。
如图1所示，在漏电流超过阈值时，控制器103可以利用第一开关装置101断开实现保护，具体而言，第三相开关s13的动触点a动作连接到悬空的静触点b，相应的动触点d和g分别连接到动触点a和动触点d，这样第一开关装置101完全断开了所有相的接入。
如图2所示，在漏电流超过阈值时，可以通过利用第二开关装置202的断开实现保护，具体而言，主路开关s23和辅路开关s24可以同时断开，也可以按照保护的方式，按次序动作主路开关s23辅路开关24，最终实现第二开关装置202的断开。
如图7所示，控制器703包括mcu和与门电路704，与门电路704可以根据第二开关装置702中主路开关s73的情况控制第一开关装置701中的单相切换开关s71和双相切换开关s72。
与门电路的输入信号分别包括mcu的信号与主路开关s23的反馈信号。与门电路将这两个信号进行“与”操作后，向单相切换开关s71和双相切换开关s72输出。主路开关s23的反馈信号包括一种高电平信号和一种低电平信号，与门电路将mcu的信号与该高电平信号进行“与”操作后，其输出的信号与mcu的信号保持一致；与门电路将mcu的信号与低电平信号进行“与”操作后，与门电路的输出信号维持在低电平。在与门电路的输出信号为低电平时，单相切换开关s71和双相切换开关s72不能进行切换操作，亦即第一开关装置101在主路开关s23处于导通状态时不能够进行换相操作。
综上，若负载开关处于断开状态，则其反馈端子的信号为高电平信号，第一开关装置101可以进行正常换相；若负载开关处于闭合状态，则其反馈端子的信号为低电平信号，第一开关装置101不能进行换相。第一开关装置101在负载开关处于断开状态下进行换相操作，可以减小开关切换产生的涌流冲击，延长开关寿命。另外，还能避免第一开关装置101各个端子之间由于拉弧导致的短路。
如图9所示，如之前，本发明的换相系统损坏的几率降低，因为可以在控制器中设置无线通讯模块，使它们与云端服务器构成数据交互，只有在控制器识别到出现故障时，才提醒人工进行维修和更换从而减少了人工巡检的工作量。同时，通过无线通讯模块可以统计各个换相系统的工作情况，从而从整体上对整个电网的不平衡加以统计和分析。
如图10所示，基于以上的硬件方案，本发明提供一种换相方法，具体而言，该方法包括：
检测当前装置所在相别；
控制器判断是否需要切换至三相电网的另一相；
断开第二开关装置；
判断第二开关装置断开完成；
使第一开关装置切换连接至三相电网的目标相；
判断第一开关装置是否连接到目标相；
导通第二开关装置；
判断是否导通；
换相过程完成。
作为具体方案，该方法还包括：判断第一开关装置是否成功切换断开三相电网中的一相；如果失败则报警；判断第一开关装置是否成功切换连接至三相电网中的另一相；如果失败则报警。
另外，可以采用电能产生的磁场驱动第一动触点，第二动触点和第三动触点。在主路开关动作之前使辅路开关(第二开关装置)处于导通状态。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。