CN105070554B - 一种无弧有载分接开关切换器及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无弧有载分接开关切换器及其方法。它包括：切换器端子I、II，公共端子，主开关K11，主开关K12，切换开关K13，过渡电阻R，晶闸管辅助开关I,晶闸管辅助开关II,晶闸管辅助开关III；主开关K11连接端子I与公共端子，主开关K12连接端子II与公共端子；主开关K11并联晶闸管辅助开关II,主开关K12并联晶闸管辅助开关III；过渡电阻R与晶闸管辅助开关I串联,串联后的一端连接公共端子，串联后的另一端连接转换开关K13，转换开关K13的两端分别连接端子I、II。

Description

一种无弧有载分接开关切换器及其方法

技术领域

本发明涉及电力系统送变电技术领域，特别涉及一种无弧有载分接开关切换器及其方法。

背景技术

电力设备输入电压不稳定，将造成电力设备使用寿命缩短。电力系统电压可能偏离额定值，过高的电压将造成电能损耗加大、效率降低。改变电力变压器分接头的方式进行电压调节是电力部门广泛采用的调压措施。在变压器有负荷电流(有载)的条件下，把变压器某一个电压的分接头切换为另一个电压的分接头，且保证切换过程电力用户不停电，需要使用高技术含量的有载分接开关来实现。

有载分接开关由分接选择器和切换器组成。有载分接开关的分接选择器的工作原理是公开知识；有载分接开关的特点在于切换器，所谓有载分接开关一般指有载分接开关的切换器(切换开关)。

目前，世界上工程应用的有载分接开关，其操作过程都会产生电弧。开关操作过程产生电弧对有载分接开关的使用寿命不利，需要定期维修。晶闸管发明以来，不断有利用晶闸管电路提高有载分接开关性能的文献报道，例如：US8669746B2,US8519682B2,US8203319B2。但是，现有提出的各种无弧有载分接开关方案，其可靠性都不能满足要求。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供可靠性高的无弧有载分接开关切换器及其方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无弧有载分接开关切换器，它包括：切换器端子I、II，公共端子，以及连接在端子I与公共端子间的主开关K11，连接端子II与公共端子间的主开关K12，所述主开关K11并联晶闸管辅助开关II，主开关K12并联晶闸管辅助开关III；此外还有切换过渡回路，切换过渡回路由转换开关K13、过渡电阻R以及晶闸管辅助开关I串联而成，串联后一端接公共端子，另一端的转换开关K13分别在端子I、II间切换连接；通过主开关K11、晶闸管辅助开关II、晶闸管辅助开关I、晶闸管辅助开关III、主开关K12的顺序或反序开闭及转换开关K13在端子I、II间的切换和各开关的开闭时间，完成无弧切换。

所述各晶闸管辅助开关结构相同，由一对反向并联的晶闸管D1、D2形成主回路；

晶闸管D1、D2的门极之间串接开关K10，通过控制开关K10来控制晶闸管D1、D2的导通或截止，从而实现对相应晶闸管辅助开关的导通或截止。

所述晶闸管D1、D2两端并联有串联的电阻R1与电容C1，实现晶闸管D1、D2导通与截断过程的振荡阻尼，防止晶闸管D1、D2两端的电压升高过快造成的误导通。

所述晶闸管D1、D2的门极与阴极之间并联的电阻、电容组成的保护电路。

所述晶闸管D1、D2的门极与阴极之间分别并联由二极管组成的反向电流通路，保护门极与阴极不被反向电压击穿。

所述开关K10与反向串联的稳压二极管D5、D6串联，该串联电路再串接在晶闸管D1、D2的门极之间，所述稳压二极管D5与稳压二极管D6的稳定电压等于1～5V。

一种采用无弧有载分接开关切换器的切换方法，其切换步骤为：

在有载分接开关切换器端子I与公共端子导通，切换为端子II与公共端子导通的方法是：

切换前，主开关K11闭合，主开关K12断开，转换开关K13连接端子I；晶闸管辅助开关I,晶闸管辅助开关II,晶闸管辅助开关III断开；

(1)转换开关K13切换至端子II，晶闸管辅助开关II闭合；

(2)主开关K11断开；

(3)晶闸管辅助开关I闭合；

(4)晶闸管辅助开关II断开；

(5)晶闸管辅助开关III闭合；

(6)主开关K12闭合；

(7)晶闸管辅助开关I，晶闸管辅助开关III断开；

(8)操作完毕；

在有载分接开关切换器端子II与公共端子导通，切换为端子II与公共端子导通的方法步骤与上面的相同，仅是将各开关动作顺序进行相应调整即可。

所述第(4)步与第(5)步的时间间隔需大于10毫秒；第(3)步与第(5)步的时间间隔需小于40毫秒。

一种采用无弧有载分接开关切换器的切换方法，其切换步骤为：

在有载分接开关切换器端子I与公共端子导通，切换为端子II与公共端子导通的方法是：

切换前，主开关K11闭合，主开关K12断开，转换开关K13连接端子I；晶闸管辅助开关I,晶闸管辅助开关II,晶闸管辅助开关III断开；

(1)晶闸管辅助开关I闭合，晶闸管辅助开关II闭合；

(2)主开关K11断开；

(3)晶闸管辅助开关II断开；

(4)晶闸管辅助开关III闭合；

(5)开关K14断开；

(6)主开关K12闭合；

(7)晶闸管辅助开关III断开；

(8)操作完毕；

在有载分接开关切换器端子II与公共端子导通，切换为端子II与公共端子导通的方法步骤与上面的相同，仅是将各开关动作顺序进行相应调整即可。

所述第(3)步与第(4)步的时间间隔需大于10毫秒；第(3)步与第(5)步的时间间隔需小于40毫秒。

本发明的有益效果是：有载分接开关切换过程没有电弧。晶闸管辅助电路结构简单，工作可靠。开关K14，开关K15，开关K16都是可靠性高，小功率的开关，控制与操作都很方便，动作速度方便控制。无弧有载分接开关切换器对开关K14，开关K15，开关K16的操作时间间隔有严格要求，除此之外，其余操作过程的时间间隔没有严格要求，只要按照次序操作即可。为无弧有载分接开关切换器结构设计与工艺要求提供方便。

附图说明

图1表示现有的有载分接开关切换器的结构与连接方式。

图2表示一种无弧有载分接开关切换器的结构与连接方式。

图3表示一种晶闸管辅助开关结构。

其中，1.切换器端子I，2.切换器端子II，3.公共端子，4.晶闸管辅助开关I,5.晶闸管辅助开关II,6.晶闸管辅助开关III。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

实施例1：

图1为现有的有载分接开关切换器的工作原理结构与连接方式。切换器切换前，电流经端子1，转换开关K3，真空开关K1，公共端子3流入负载。切换过程：(1)转换开关K4切换至端子2。(2)真空开关K2闭合。切换器端子I1、真空开关K2、过渡电阻R、切换器端子II2形成环流。真空开关K2闭合时，会产生电弧。(3)真空开关K1断开。真空开关K1断开时，会产生电弧。(4)转换开关K3切换至端子2。(5)真空开关K1闭合。真空开关K1闭合时，会产生电弧。(6)真空开关K2断开。(7)操作完毕。

本发明一种无弧有载分接开关切换器的原理结构与连接方式如图2所示。它包括：切换器端子I1、II2，公共端子3，主开关K11，主开关K12，切换开关K13，过渡电阻R，晶闸管辅助开关I4,晶闸管辅助开关II5,晶闸管辅助开关III6。主开关K11连接切换器端子I1与公共端子3，主开关K12连接切换器端子II2与公共端子3。主开关K11并联晶闸管辅助开关II5,主开关K12并联晶闸管辅助开关III6。过渡电阻R与晶闸管辅助开关I4串联,串联后的一端连接公共端子3，串联后的另一端连接转换开关K13，转换开关K13的两端分别连接切换器端子I1、II2。

晶闸管辅助开关I4,晶闸管辅助开关II5,晶闸管辅助开关III6的结构如图3所示。一对反向并联的晶闸管D1、D2形成主回路。电阻R1与电容C1串联后并联在反向并联的晶闸管D1、D2两端，实现晶闸管D1、D2导通与截断过程的振荡阻尼，防止晶闸管D1、D2两端的电压升高过快造成的误导通。两只晶闸管D1、D2的门极与阴极分别连接有电容C2、C3,电阻R2、R3，用以抗干扰；二极管D3、D4正极分别接晶闸管的阴极，二极管负极分别接晶闸管的门极，保护门极与阴极不被反向电压击穿，提供反向电流通路。稳压二极管D5，稳压二极管D6与开关K10串联，连接在晶闸管D1门极与晶闸管D2门极之间，稳压二极管D5与稳压二极管D6反向串联。稳压二极管D5与稳压二极管D6的稳定电压等于1～5V。

在开关K10断开时，图3所示晶闸管辅助开关的晶闸管D1、D2截止，图3所示晶闸管辅助开关截止。在开关K10闭合时，图3所示晶闸管辅助开关两端电压大于稳压二极管D5与稳压二极管D6的稳定电压时，晶闸管D1、D2导通，图3所示晶闸管辅助开关导通。

开关K10的功率很小，可以采用小功率，高可靠性的触点。晶闸管D1、D2可以是大功率晶闸管。所以，图3所示晶闸管辅助开关可靠性很高。稳压二极管D5与稳压二极管D6的作用是，当晶闸管D1、D2被触发导通后，晶闸管D1、D2两端快速下降至稳压二极管D5与稳压二极管D6稳定电压值以下，稳压二极管D5与稳压二极管D6的电流下降至零，晶闸管D1门极与晶闸管D2门极的电流下降至零，防止晶闸管D1门极与晶闸管D2门极的电流过大，烧坏晶闸管D1与晶闸管D2。

晶闸管辅助开关I4,晶闸管辅助开关II5,晶闸管辅助开关III6的结构是一样的，都如图3所示。图3所示的开关K10，在晶闸管辅助开关I4,晶闸管辅助开关II5,晶闸管辅助开关中，分别用开关K14，开关K15，开关K16表示。

无弧有载分接开关切换器端子I1与公共端子3导通，可以切换为端子II2与公共端子3导通；端子II2与公共端子3导通，可以切换为端子I1与公共端子3导通。

有载分接开关切换器端子I1与公共端子3导通，切换为端子II2与公共端子3导通的方法是：

切换前，主开关K11闭合，主开关K12断开，转换开关K13连接端子I1；开关K14，开关K15，开关K16断开。

(1)转换开关K13切换，开关K15闭合。转换开关K13连接端子II2，转换开关K13在电流等于零条件下切换，不会产生电弧。晶闸管辅助开关II5两端电压接近零，晶闸管辅助开关II5没有电流。

(2)主开关K11断开。流过主开关K11的负荷电流转移至晶闸管辅助开关II5，晶闸管辅助开关II5两端电压接近零，不会产生电弧。

(3)开关K14闭合。切换器端子I1、晶闸管辅助开关II5、晶闸管辅助开关I4、过渡电阻R、转换开关K13、切换器端子II2形成环流。晶闸管辅助开关I4导通时，不会产生电弧。

(4)开关K15断开。流过晶闸管辅助开关II5的负荷电流转移至过渡电阻R回路，负荷电流由端子II2，转换开关K13，过渡电阻R，晶闸管辅助开关I4，公共端子3流动。不会产生电弧。

(5)开关K16闭合。流过过渡电阻R的负荷电流转移至晶闸管辅助开关III6，不会产生电弧。开关K15断开至开关K16闭合的时间间隔需大于10毫秒。开关K15断开至开关K16闭合的时间间隔如果小于10毫秒，端子I1、晶闸管辅助开关II5、晶闸管辅助开关III6、端子II2之间可能形成短路环流。开关K14闭合至开关K16闭合的时间间隔需小于40毫秒。开关K14闭合至开关K16闭合的时间间隔如果大于40毫秒，过渡电阻R产生的热量过大，可能烧毁过渡电阻R。

(6)主开关K12闭合。流过晶闸管辅助开关III6的负荷电流转移到主开关K12，晶闸管辅助开关II5两端电压等于零，不会产生电弧。

(7)开关K14，开关K16断开。

(8)操作完毕。

上述操作过程中，开关K15断开至开关K16闭合的时间间隔需大于10毫秒，开关K14闭合至开关K16闭合的时间间隔需小于40毫秒，除此之外，其余操作过程的时间间隔没有严格要求，只要按照次序操作即可。为无弧有载分接开关切换器结构设计与工艺要求提供方便。开关K14，开关K15，开关K16都是可靠性高，小功率的开关，控制与操作都很方便，动作速度方便控制。

有载分接开关切换器端子II2与公共端子3导通，切换为端子I1与公共端子3导通的方法是：

切换前，主开关K12闭合，主开关K11断开，转换开关K13连接端子II2；开关K14，开关K15，开关K16断开。

(1)转换开关K13切换，开关K16闭合。

(2)主开关K12断开。

(3)开关K14闭合。

(4)开关K16断开。

(5)开关K15闭合。开关K16断开至开关K15闭合的时间间隔需大于10毫秒，开关K14闭合至开关K15闭合的时间间隔需小于40毫秒。

(6)主开关K11闭合。

(7)开关K14，开关K15断开。

(8)操作完毕。

实施例2：

本实施例的一种无弧有载分接开关切换器的原理结构与连接方式与实施例1相同。不再累赘。

有载分接开关切换器端子I1与公共端子3导通，切换为端子II2与公共端子3导通的方法是：

切换前，主开关K11闭合，主开关K12断开，转换开关K13连接端子I1；开关K14，开关K15，开关K16断开。

(1)开关K14闭合，开关K15闭合。晶闸管辅助开关II5两端电压接近零，过渡电阻R与晶闸管辅助开关II5没有电流。

(2)主开关K11断开。流过主开关K11的负荷电流转移至晶闸管辅助开关II5，晶闸管辅助开关II5两端电压接近零，不会产生电弧。

(3)开关K15断开。流过晶闸管辅助开关II5的负荷电流转移至过渡电阻R回路，负荷电流由端子I1，转换开关K13，过渡电阻R，晶闸管辅助开关I4，公共端子3流动。开关K15触发晶闸管辅助开关II5后电流等于零。K15没有电流条件下断开，不会产生电弧。

(4)开关K16闭合。切换器端子I1、转换开关K13、过渡电阻R、晶闸管辅助开关III6、切换器端子II2形成环流。开关K15断开至开关K16闭合的时间间隔需大于10毫秒。开关K15断开至开关K16闭合的时间间隔如果小于10毫秒，端子I1、晶闸管辅助开关II5、晶闸管辅助开关III6、端子II2之间可能形成短路环流。

(5)开关K14断开。过渡电阻R电流切断；流过过渡电阻R的负荷电流转移至晶闸管辅助开关III6，不会产生电弧。开关K15断开至开关K14断开的时间间隔需小于40毫秒。开关K15断开至开关K14断开的时间间隔如果大于40毫秒，过渡电阻R产生的热量过大，可能烧毁过渡电阻R。

(6)主开关K12闭合。流过晶闸管辅助开关III6的负荷电流转移到主开关K12，晶闸管辅助开关II5两端电压等于零，不会产生电弧。

(7)开关K16断开。

(8)操作完毕。

有载分接开关切换器端子II2与公共端子3导通，切换为端子I1与公共端子3导通的方法是：

切换前，主开关K12闭合，主开关K11断开，转换开关K13连接端子II2；开关K14，开关K15，开关K16断开。

(1)开关K14闭合，开关K16闭合。

(2)主开关K12断开。

(3)开关K16断开。

(4)开关K15闭合。开关K16断开至开关K15闭合的时间间隔需大于10毫秒。

(5)开关K14断开。开关K16断开至开关K14断开的时间间隔需小于40毫秒。

(6)主开关K11闭合。

(7)开关K15断开。

(8)操作完毕。

本发明的一种无弧有载分接开关切换器及其方法可用现有技术设计制造，完全可以实现。有广阔应用前景。

Claims (7)

1.一种无弧有载分接开关切换器，它包括：切换器端子I、II，公共端子，以及连接在端子I 与公共端子间的主开关K11，连接端子II 与公共端子间的主开关K12，其特征是，

所述主开关K11 并联晶闸管辅助开关II，主开关K12 并联晶闸管辅助开关III ；此外还有切换过渡回路，切换过渡回路由转换开关K13、过渡电阻R 以及晶闸管辅助开关I 串联而成，串联后一端接公共端子，另一端的转换开关K13 分别在端子I、II 间切换连接；通过主开关K11、晶闸管辅助开关II、晶闸管辅助开关I、晶闸管辅助开关III、主开关K12 的顺序或反序开闭及转换开关K13 在切换器端子I、II间的切换和各开关的开闭时间，完成无弧切换；

在有载分接开关切换器端子I与公共端子导通，切换为端子II与公共端子导通的方法是： 切换前，主开关K11闭合，主开关K12断开，转换开关K13连接端子I；晶闸管辅助开关I,晶闸管辅助开关II, 晶闸管辅助开关III断开；

(1) 转换开关K13 切换至端子II，晶闸管辅助开关II 闭合；

(2) 主开关K11 断开；

(3) 晶闸管辅助开关I 闭合；

(4) 晶闸管辅助开关II 断开；

(5) 晶闸管辅助开关III 闭合；

(6) 主开关K12 闭合；

(7) 晶闸管辅助开关I，晶闸管辅助开关III 断开；

（8）操作完毕；

在有载分接开关切换器端子II与公共端子导通，切换为端子II与公共端子导通的方法步骤与上面的相同，仅是将各开关动作顺序进行相应调整即可；

或；

在有载分接开关切换器端子I 与公共端子导通，切换为端子II 与公共端子导通的方法是： 切换前，主开关K11 闭合，主开关K12 断开，转换开关K13 连接端子I；晶闸管辅助开关I, 晶闸管辅助开关II, 晶闸管辅助开关III 断开；

（A）晶闸管辅助开关I闭合，晶闸管辅助开关II闭合；

（B）主开关K11断开；

（C）晶闸管辅助开关II断开；

（D）晶闸管辅助开关III闭合；

（E）开关K14断开；

（F）主开关K12闭合；

（G）晶闸管辅助开关III断开；

（H）操作完毕；

在有载分接开关切换器端子II与公共端子导通，切换为端子II与公共端子导通的方法步骤与上面的相同，仅是将各开关动作顺序进行相应调整即可。

2.如权利要求1所述的一种无弧有载分接开关切换器，其特征是，所述各晶闸管辅助开关结构相同，由一对反向并联的晶闸管D1、D2形成主回路； 晶闸管D1、D2的门极之间串接开关K10，通过控制开关K10来控制晶闸管D1、D2的导通或截止，从而实现对相应晶闸管辅助开关的导通或截止。

3.如权利要求2所述的一种无弧有载分接开关切换器，其特征是，所述晶闸管D1、D2两端并联有串联的电阻R1与电容C1，实现晶闸管D1、D2导通与截断过程的振荡阻尼，防止晶闸管D1、D2两端的电压升高过快造成的误导通。

4.如权利要求2所述的一种无弧有载分接开关切换器，其特征是，所述晶闸管D1、D2的门极与阴极之间并联的电阻、电容组成的保护电路。

5.如权利要求2所述的一种无弧有载分接开关切换器，其特征是，所述晶闸管D1、D2的门极与阴极之间分别并联由二极管组成的反向电流通路，保护门极与阴极不被反向电压击穿。

6.如权利要求2所述的一种无弧有载分接开关切换器，其特征是，所述开关K10与反向串联的稳压二极管D5、D6串联，该串联电路再串接在晶闸管D1、D2的门极之间，所述稳压二极管D5与稳压二极管D6的稳定电压等于1~5V。

7.如权利要求1所述的一种无弧有载分接开关切换器，其特征是，所述第（4）步与第（5）步的时间间隔需大于10毫秒；第（3）步与第（5）步的时间间隔需小于40毫秒；或；

所述第（C）步与第（D）步的时间间隔需大于10毫秒；第（C）步与第（E）步的时间间隔需小于40毫秒。