一種無相間短路的換相方法及裝置與流程
2023-09-17 12:39:40
本發明涉及低壓配電及節能技術領域，具體涉及一種無相間短路的換相方法及裝置。
背景技術：
目前的低壓線路中，通常包含a相、b相、c相三相相線和零線，如果三相電路的負荷不平衡，那麼會引起配電變壓器和低壓線路的電能損耗增大，可能會引發低電壓問題、甚至燒毀變壓器的單相繞組。
當前，三相負荷不平衡自動調節的方法有電源側相間跨接電容方法、動態無功補償方法、負載側負荷轉移方法等。
相間跨接電容方法的原理是通過在低壓母線上跨接電容器，從負荷比較重的相向負荷比較輕的相分流電流，使配變低壓出口三相電流基本平衡。該方法的優點是調節裝置比較簡單，安裝比較方便，缺點是只能調節配電變壓器三相電流的不平衡，不能調節低壓線路的三相電流不平衡。
動態無功率補償方法是近幾年來研發的新方法，其原理與相間跨接電容方法相似，其優點是既調節電流不平衡，也調節電壓不平衡，功能齊全，調節精細，響應速度快，但該方法也不能調節低壓線路的三相電流不平衡，而且裝置本身功耗比較高，成本比較高。
負載側負荷轉移方法的原理是採用數個安裝於單相用戶分支線路的自動換相終端，將用戶部分負荷從負荷比較重的相自動轉移到負荷比較輕的相，從而實現配電變壓器出口和線路三相電流基本平衡，該方法既能降低變壓器的電能損耗，又能降低線路的電能損耗，而且成本比較低。
目前常用的負載側負荷轉移方法是採用三個繼電器並聯的方法，即在abc三相電路中，每一相電路對應一個繼電器，當需要進行相位切換的時候，先斷開與當前相連接的繼電器，然後閉合與目標相連接的繼電器。該方法的問題是，在分斷繼電器的時候，有時出於線圈上還保持有電壓；觸電接的負載過大或接的感性負載，導致觸點瞬間熔化粘在一起；雜質把動觸頭卡住等原因，導致繼電器並沒有真正被分斷開，此時去閉合目標相的繼電器，就會造成當前相和目標相短路。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種無相間短路的換相方法，通過自動調整配電變壓器和低壓線路的三相負荷不平衡，降低電能損耗，解決了低電壓問題，解決了配電變壓器單相過載問題，解決了由於換相造成的相間短路問題。
本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種無相間短路的換相方法，所述換相方法應用於交流電路中，所述交流電路包括依次相連的電源側電路、開關電路和負載側電路，所述換相方法包括以下步驟：
步驟一：接收從當前相電路切換至目標相電路的換相指令；
步驟二：檢測所述電源側電路中的所述當前相電路的電流信號，當檢測到所述電流信號過零時，首先通過單刀單擲繼電器分斷所述開關電路與負載側電路，然後通過所述當前相電路中的單刀雙擲繼電器從當前相位切換到目標相電路對應的相位；
步驟三：在所述當前相電路中的單刀雙擲繼電器相位切換完成以後，檢測所述負載側電路中產生的感生電動勢的電壓信號；
步驟四：當檢測到所述感生電動勢的電壓信號與所述目標相電路輸入的電壓信號相等時，閉合所述開關電路中單刀單擲繼電器。
如上所述的一種無相間短路的換相方法，所述步驟二中當檢測的所述電流信號過零時，通過單刀單擲繼電器分斷開關電路與負載側電路的時間點確定步驟具體包括：
記錄檢測的所述電流信號在第一預設過零點對應的第一時間點；
計算所述電流信號的第一預設過零點和第二預設過零點之間的第一時間間隔；
從所述第一時間點開始計時，當計時時長達到所述第一時間間隔時，通過單刀單擲繼電器分斷所述開關電路與負載側電路。
進一步的，所述開關電路進行分斷操作時具備分斷/閉合延時，從所述第一時間點開始計時，當計時時長達到第一預設時長時，啟動所述開關電路中與負載側電路相連的單刀單擲繼電器的分斷操作，所述第一預設時長按照下述公式確定：
tf1＝td1-tr
其中，tf1表示所述第一預設時長，td1表示所述第一時間間隔，tr表示所述分斷/閉合延時。
如上所述的一種無相間短路的換相方法，所述的步驟四中具體包括：
確定所述當前相電路電壓信號等於所述目標相電路輸入的電壓信號時的時間點與所述當前相電路的電壓信號中預設電壓過零時間點之間的第二時間間隔；
從所述預設電壓過零時間點開始計時，當計時時長達到確定的所述第二時間間隔時，通過單刀單擲繼電器閉合所述開關電路與負載側電路接通。
第二時間間隔是指當前相電路電壓信號等於目標相電路輸入的電壓信號時間點與當前相電路的電壓信號中預設電壓過零時間點之間的差值，因此從預設電壓過零時間點開始計時，當計時時長達到確定的第二時間間隔時也就意味著感生電動勢的電壓信號與目標相電路輸入的電壓信號相等。
進一步的，所述開關電路進行閉合操作時具備分斷/閉合延時；相應地，所述方法步驟四中還包括：
從所述預設電壓過零時間點開始計時，當計時時長達到第二預設時長時，啟動所述目標相電路的閉合操作，所述第二預設時長按照下述公式確定：
tf2＝td2-tr
其中，tf2表示所述第二預設時長，td2表示所述第二時間間隔，tr表示所述分斷/閉合延時。
本發明還提供一種無相間短路的換相裝置，包括交流電路，所述交流電路包括電源側電路、開關電路和負載側電路，所述電源側電路包括a相電路、b相電路、c相電路，所述的a相電路、b相電路、c相電路各連接一個電壓互感器，所述開關電路包括一個與a相電路、b相電路連接的第一單刀雙擲繼電器，所述第一單刀雙擲繼電器、c相電路連接有第二單刀雙擲繼電器，所述第二單刀雙擲繼電器與負載側電路之間連接有單刀單擲繼電器；所述的負載側電路連接有一個電壓互感器和一個電流互感器。
本發明方法具有如下優點：能夠在換相操作過程中快速實現相間負荷轉移，避免用戶停電；能夠在換相操作中使分斷和閉合瞬間電流趨於零或等於零，避免產生較大的衝擊電流，實現相間負荷平穩轉移，減小對換相裝置本體和用電設備的衝擊；能夠在換相過程中避免相間短路，避免用戶設備及線路的損壞。
附圖說明
圖1無相間短路的換相方法流程圖；
圖2無相間短路的換相裝置電路結構圖。
具體實施方式
以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
如圖1所示，一種無相間短路的換相方法，換相方法應用於交流電路中，交流電路包括依次相連的電源側電路、開關電路和負載側電路，換相方法包括以下步驟：
s1：接收從當前相電路切換至目標相電路的換相指令；
s2：檢測電源側電路中的當前相電路的電流信號，當檢測到電流信號過零時，首先通過單刀單擲繼電器分斷開關電路與負載側電路，然後通過當前相電路中的單刀雙擲繼電器從當前相位切換到目標相電路對應的相位；
s3：在當前相電路中的單刀雙擲繼電器相位切換完成以後，檢測負載側電路中產生的感生電動勢的電壓信號；
s4：當檢測到感生電動勢的電壓信號與目標相電路輸入的電壓信號相等時，閉合開關電路中單刀單擲繼電器。
s2中當檢測的所述電流信號過零時，通過單刀單擲繼電器分斷開關電路與負載側電路的時間點確定步驟具體包括：
記錄檢測的電流信號在第一預設過零點對應的第一時間點；
計算電流信號的第一預設過零點和第二預設過零點之間的第一時間間隔；
從第一時間點開始計時，當計時時長達到第一時間間隔時，通過單刀單擲繼電器分斷開關電路與負載側電路。
進一步的，開關電路進行分斷操作時具備分斷/閉合延時，從第一時間點開始計時，當計時時長達到第一預設時長時，啟動開關電路中與負載側電路相連的單刀單擲繼電器的分斷操作，第一預設時長按照下述公式確定：
tf1＝td1-tr
其中，tf1表示第一預設時長，td1表示第一時間間隔，tr表示分斷/閉合延時。
s4中具體包括：
確定當前相電路電壓信號等於目標相電路輸入的電壓信號時的時間點與當前相電路的電壓信號中預設電壓過零時間點之間的第二時間間隔；
從預設電壓過零時間點開始計時，當計時時長達到確定的第二時間間隔時，通過單刀單擲繼電器閉合開關電路與負載側電路接通。
進一步的，開關電路進行閉合操作時具備分斷/閉合延時；相應地，方法s4中還包括：
從預設電壓過零時間點開始計時，當計時時長達到第二預設時長時，啟動目標相電路的閉合操作，第二預設時長按照下述公式確定：
tf2＝td2-tr
其中，tf2表示第二預設時長，td2表示第二時間間隔，tr表示分斷/閉合延時。
如圖2所示，本發明還提供一種無相間短路的換相裝置，包括交流電路，交流電路包括電源側電路、開關電路和負載側電路，電源側電路包括a相電路、b相電路、c相電路，a相電路、b相電路、c相電路均包括輸入端子，a相電路、b相電路、c相電路各連接一個電壓互感器，開關電路包括一個與a相電路、b相電路連接的第一單刀雙擲繼電器1，第一單刀雙擲繼電器1、c相電路連接有第二單刀雙擲繼電器2，第二單刀雙擲繼電器2與負載側電路之間連接有單刀單擲繼電器3；負載側電路連接有一個電壓互感器和一個電流互感器。
利用本發明方法，實現從a相換到b相的過程如下：
當接收到從a相換到b相的換相指令時，對電源側電路中的當前相電路的電流信號，當檢測的電流信號過零時，先將與負載側電路相連的單刀單擲繼電器3分斷開，然後將第一單刀雙擲繼電器1從當前a相位切換到b相位。第一單刀雙擲繼電器1動作完成以後，對負載側電路中產生的感生電動勢的電壓信號進行檢測；當檢測到電壓信號與目標相電路輸入的電壓信號相等時，閉合開關電路中單刀單擲繼電器3。至此，完成了從a相換到b相的切換。
利用本發明從b相換到a相的操作過程與上述從a相換到b相的過程類似，實現從b相換到a相的過程如下：
當接收到從b相換到a相的換相指令時，對電源側電路中的當前相電路的電流信號，當檢測的電流信號過零時，先將與負載側電路相連的單刀單擲繼電器3分斷開，然後將第一單刀雙擲繼電器1從當前b相位切換到a相位。第一單刀雙擲繼電器1動作完成以後，對負載側電路中產生的感生電動勢的電壓信號進行檢測；當檢測到電壓信號與目標相電路輸入的電壓信號相等時，閉合開關電路中單刀單擲繼電器3。至此，完成了從b相換到a相的切換。
利用本發明方法，實現從a相換到c相的過程如下：
當接收到從a相換到c相的換相指令時，對電源側電路中的當前相電路的電流信號，當檢測的電流信號過零時，先將與負載側電路相連的單刀單擲繼電器3分斷開，然後將第二單刀雙擲繼電器2從當前a相位切換到c相位。第二單刀雙擲繼電器2動作完成以後，對負載側電路中產生的感生電動勢的電壓信號進行檢測；當檢測到電壓信號與目標相電路輸入的電壓信號相等時，閉合開關電路中單刀單擲繼電器3。至此，完成了從a相換到c相的切換。
利用本發明從b相換到c相的操作過程與上述從a相換到c相的過程類似，實現從b相換到c相的過程如下：
當接收到從b相換到c相的換相指令時，對電源側電路中的當前相電路的電流信號，當檢測的電流信號過零時，先將與負載側電路相連的單刀單擲繼電器3分斷開，然後將第二單刀雙擲繼電器2從當前b相位切換到c相位。第二單刀雙擲繼電器2動作完成以後，對負載側電路中產生的感生電動勢的電壓信號進行檢測；當檢測到電壓信號與目標相電路輸入的電壓信號相等時，閉合開關電路中單刀單擲繼電器3。至此，完成了從b相換到c相的切換。
利用本發明，實現從c相換到a相的過程如下：
當接收到從c相換到a相的換相指令時，此時分兩種情況，第一種情況是第一單刀雙擲繼電器1閉合在a相，第二種情況是第一單刀雙擲繼電器1閉合在b相。對於第一種情況，對電流信號進行檢測，當檢測的所述電流信號過零時，先將與負載側相連的單刀單擲繼電器3分斷開，然後將第二單刀雙擲繼電器2切換到與第一單刀雙擲繼電器1連接的觸點。此時第二單刀雙擲繼電器2就與第一單刀雙擲繼電器1處於聯通的狀態。第二單刀雙擲繼電器2動作完成以後，對所述負載側電路中產生的感生電動勢的電壓信號進行檢測；當檢測到所述電壓信號與所述目標相電路輸入的電壓信號相等時，閉合所述開關電路中單刀單擲繼電器3。至此，完成了從c相換到a相的切換。對於第二種情況，對電流信號進行檢測，當檢測的所述電流信號過零時，先將與負載側相連的單刀單擲繼電器3分斷開，然後將第二單刀雙擲繼電器2切換到與第一單刀雙擲繼電器1連接的觸點，同時將第一單刀雙擲繼電器1從b相切換到a相。單刀雙擲繼電器動作完成以後，對所述負載側電路中產生的感生電動勢的電壓信號進行檢測；當檢測到所述電壓信號與所述目標相電路輸入的電壓信號相等時，閉合所述開關電路中單刀單擲繼電器3。至此，完成了從c相換到a相的切換。
利用本發明，從c相換到b相的操作過程與上述從c相換到a相的過程類似，實現從c相換到b相的過程如下：
當接收到從c相換到b相的換相指令時，此時分兩種情況，第一種情況是第一單刀雙擲繼電器1閉合在b相，第二種情況是第一單刀雙擲繼電器1閉合在a相。對於第一種情況，對電流信號進行檢測，當檢測的所述電流信號過零時，先將與負載側相連的單刀單擲繼電器3分斷開，然後將第二單刀雙擲繼電器2切換到與第一單刀雙擲繼電器1連接的觸點。此時第二單刀雙擲繼電器2就與第一單刀雙擲繼電器1處於聯通的狀態。第二單刀雙擲繼電器2動作完成以後，對所述負載側電路中產生的感生電動勢的電壓信號進行檢測；當檢測到所述電壓信號與所述目標相電路輸入的電壓信號相等時，閉合所述開關電路中單刀單擲繼電器3。至此，完成了從c相換到b相的切換。對於第二種情況，對電流信號進行檢測，當檢測的所述電流信號過零時，先將與負載側相連的單刀單擲繼電器3分斷開，然後將第二單刀雙擲繼電器2切換到與第一單刀雙擲繼電器1連接的觸點，同時將第一單刀雙擲繼電器1從a相切換到b相。單刀雙擲繼電器動作完成以後，對所述負載側電路中產生的感生電動勢的電壓信號進行檢測；當檢測到所述電壓信號與所述目標相電路輸入的電壓信號相等時，閉合所述開關電路中單刀單擲繼電器3。至此，完成了從c相換到b相的切換。
本發明通過對負載側電路中電流互感器的電流信號進行檢測，從而確定電流信號過零的時間點。將電流信號過零的時間點作為當前相的分斷點，保證在線路分斷之後，不會在分斷點產生較大的電流。同時，採用了單刀雙擲繼電器與單刀單擲繼電器的串聯使用，確保了換相過程中不會有短路現象發生，保護了負載側設備的安全。此外，在線路分斷之後，通過對當前相電壓進行檢測，從而確定目標相的電壓與當前相電壓相等的時間點，將該時間點確定為目標相的閉合時間點便保證在目標相電路閉合電瞬間電流趨於零。
雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施例對本發明作了詳盡的描述，但在本發明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬於本發明要求保護的範圍。