CN105375498A - 三相换相开关装置 - Google Patents

Abstract

一种三相换相开关装置，包括：采集单元，与配电变压器出口处的输电线电连接，用于采集输电线中交流电的电压和电流数据；处理单元，处理单元与采集单元电连接，用于分析采集单元的电压和电流数据，通过电压和电流数据计算获得三相电流的不平衡度值，判断不平衡度值是否达到阈值条件，决定是否对换相开关进行切换，并发出换相指令；换相开关，与负荷集中处的输电线电连接，用于接收换相指令，切换输电线中交流电的相位。通过本发明能够对三相交流电实现自动监控，实时采集每相电压、电流并定时向后台上报。当发生三相电供电负荷不平衡时能够根据设定值自动切换相位或立即主动上报后台并执行后台切换命令，现场或者远程对三相交流电的相位进行切换。

Description

三相换相开关装置

技术领域

本发明涉及电力传输领域，尤其涉及一种三相换相开关装置。

背景技术

我国目前在运变压器的总容量约为3.5×10⁹kVA，由于变压器的总台数多且容量大，因此电能损耗巨大。据统计，仅配电变压器(以下简称配变)的电能损耗每年就约为30～50TWh，约占总发电量的2～3％。目前在电网上运行服役超过20年的低效率配变容量约为2.4×10⁸kVA，由于这些配变参数老化、损耗高、缺陷多，运行可靠性差，威胁电网安全运行。因此配变改造任务和节能潜力巨大。其中，尤以三相负荷不平衡造成的损耗最为突出。

在电力行业中，通常对于调节三相负荷不平衡的做法是工作人员在现场用测量仪表测量各项电压、电流，如发现三相供电负荷不均衡，则需要拉闸断电当前供电，进行人工手动切换供电相，然后再合闸恢复供电。因此这样无疑会影响用户用电，给用户造成不必要的麻烦，同时也会降低供电企业的生产效益。

发明内容

本发明要解决的问题是：提供一种三相换相开关装置，以解决现有技术中为调节三相负荷不平衡时，切换供电相时需拉闸停电而带来的相关问题。

本发明的技术方案是提供一种三相换相开关装置，该三相换相开关装置包括：

采集单元，与配电变压器出口处的输电线电连接，用于采集输电线中交流电的电压数据和电流数据；

处理单元，该处理单元与采集单元电连接，用于分析采集单元的电压数据和电流数据，通过这些数据获得三相电流的不平衡度值，判断所述不平衡度值是否达到阈值条件，决定是否对换相开关进行切换，并发出换相指令；

换相开关，与负荷集中处的输电线电连接，用于接收换相指令，切换输电线中交流电的相位。

本发明还提供一种三相换相方法，三相换相方法包括：

采集输电线中的交流电的电压数据和电流数据；

分析采集单元的电压数据和电流数据，通过这些数据获得三相电流的不平衡度值，判断所述不平衡度值是否达到阈值条件，决定是否对换相开关进行切换，并发出换相指令；

接收换相指令，切换输电线中交流电的相位。

通过本发明能够对三相交流电实现自动监控，实时采集每相电压、电流、有功功率、无功功率、相序，并定时向后台上报。当发生三相电供电负荷不平衡时能够根据设定值自动切换相位或立即主动上报后台并执行后台切换命令，现场或者远程对三相交流电的相位进行切换。

附图说明

图1为本地控制三相换相开关装置的结构图；

图2为三相换相方法实施流程示意图；

图3为本发明三相换相开关装置的系统结构图；

图4A和图4B为三相换相开关装置的执行机构示意图；

图5为远程控制三相换相开关的结构图；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。为此，本发明的实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明实施例中提供了一种三相换相开关装置，可以供电力行业使用。

下面进行具体说明。

图1为本发明的本地控制三相换相开关装置的结构图，本发明的三相换相开关装置包括：

采集单元101，与配电变压器出口处的输电线电连接，用于采集输电线中交流电的电压数据和电流数据；

处理单元102，所述处理单元102与所述采集单元101电连接，用于分析所述采集单元101的所述数据，通过这些数据获得三相电流的不平衡度值，判断所述不平衡度值是否达到阈值条件，判断是否对换相开关103进行切换，并发出换相指令；

换相开关103，与负荷集中处的输电线电连接，用于接收换相指令，切换输电线中交流电的相位。

作为本发明的一个实施例，采集单元101还包括：

电压互感器和电流互感器，其中电压互感器和电流互感器分别测量输电线的电压数据和电流数据。

作为本发明的一个实施例，采集单元101还包括：

通信模块和服务器104，处理单元102通过通信模块将采集的这些数据发送至服务器104，并且接收并执行服务器104的操作指令。

作为本发明的一个实施例，三相换相开关装置还包括：

模数转换器，其中模数转换器位于采集单元101和处理单元102之间，用于将电压信号和电流信号转换为数字信号。

作为本发明的一个实施例，通信模块与服务器104和换相开关103之间的传输数据的方式包括有线网络或无线网络。

作为本发明的一个实施例，三相不平衡度为：

不平衡度＝(最大值－最小值)÷最大值×100％，

其中，最大值和最小值为最大相电流值和最小相电流值，

或最大值和最小值为最大相电压值和最小相电压值。

通过本发明能够对三相交流电实现自动监控，实时采集每相电压、电流、有功功率、无功功率、相序，并定时向后台上报。当发生三相电供电负荷不平衡时，处理单元能够根据设定值自动切换相位或立即上报后台服务器并执行后台切换命令，发生相间负荷不平衡情况后，在现场或者远程对三相交流电的相位进行切换。

图2为三相换相的方法实施流程示意图，如图所示，三相换相的方法具体如下步骤：

步骤201、采集输电线中的交流电的电压数据和电流数据；

步骤202、分析采集单元201的这些数据，通过这些数据获得三相电流的不平衡度值，判断所述不平衡度值是否达到阈值条件，决定是否对所述换相开关203进行切换，并发出换相指令；

步骤203、接收所述换相指令，切换输电线中交流电的相位；

作为本发明的一个实施例，采集输电线中的交流电的电压数据和电流数据之后还包括：

将电压信号和电流信号转换为数字信号

作为本发明的一个实施例，分析采集单元201的这些数据之后还包括：

将采集的这些数据发送至服务器204，并且接收并执行服务器204的操作指令。

作为本发明的一个实施例，不平衡度为：

不平衡度＝(最大值－最小值)÷最大值×100％，

其中，最大值和最小值为最大相电流值和最小相电流值，

或最大值和最小值为最大相电压值和最小相电压值。

作为本发明的一个实施例，判断是否对所述换相开关203进行切换具体包括：

若不平衡度达到阈值条件，则发出所述换相指令；

若不平衡度未达到阈值条件，则进行下一个采集周期。

通过本发明能够对三相交流电实现自动监控，实时采集三相交流电的每相电压、电流、有功功率、无功功率、相序，并且定时向后台上报数据。当检测到发生三相电供电负荷不平衡时，能够根据设定值自动切换相位或立即主动上报后台并执行后台切换命令，发生相间负荷不平衡情况后，现场或者远程对三相交流电的相位进行切换。

为便于理解，下面以三相换相方法及装置在电力企业中的应用实例进行说明。

实施例1

图3是为本发明三相换相开关装置的系统结构图。请结合图1，分别在配电变压器出口处的三相交流电的每一相接入电压互感器和电流互感器，用以测量三相电压。所有采集测量的数据均可以根据三相电压、电流、相序等计算得出。电压互感器和电流互感器分别在输出端输出一个毫安级微小电流信号。

电压互感器和电流互感器的输出端与AD转换电路连接，AD转换电路的核心是一片多路采集的16位高精度AD采集芯片，三相电压电流接入AD采集芯片的模拟量输入端口，在一定时间内把一个周期内的各相电压、电流完成一次采集，由于是交流信号，所以每一相的AD结果是由一组值组成的，因此AD芯片采集的是差分信号，并且保证三相的电压、电流共6组信号同时采集完成。

在采集完成一个周期的三相电压电流之后，通过处理单元102(CPU)计算出三相电压电流值、有功功率、无功功率、电压电流相序、功率因数等参数，通过这些数据获得三相电流的不平衡度值，并据此判断出每一相负载是否均衡、是否有异常事件发生。

具体来说，处理单元102(CPU)依据获得的每一相的电压电流，以及电压电流采集到的先后时间顺序，测算出电压与电流之间的相位差，再依据有功功率、无功功率、视在功率之间的换算关系：P＝U×I×cosφ；Q＝U×I×sinφ；S＝U×I，分别计算出有功功率、无功功率、视在功率。并且根据无功为正表示是感性负载，无功为负表示为容性负载判断无功功率的性质。

而后，处理单元102(CPU)依据设定好的报警阈值判断以上各项参数是否有符合报警触发条件的事件发生，如果有，则按照设定逻辑进行相应处理。

所谓判断报警触发条件就是判断是否发生三相负载不平衡的情况，具体来说，

三相不平衡度＝(最大值－最小值)÷最大值×100％，即三相电流(电压)不平衡度是指三相电力系统中三相电流(电压)的不平衡程度，用最大相电流(电压)值减去最小相电流(电压)值再除以最大相电流(电压)值的百分数表示；

引起三相负荷不平衡的原因有多种，例如为：三相电压幅值不一致、三相电流幅值不一致、当前相断相、当前相对地短路、当前相无功功率过大造成功率因数(cosφ)过小，这些都是导致系统效率变低的情况，并且都会造成电网负荷不平衡，或者是，会导致电网效率变低，变压器损耗增加等一系列危害。

所以根据用户用电类型不同换相开关的不平衡度设定条件也不尽相同。一般三相电压、电流最大不平衡度限制在4％以内，而功率因数(cosφ)在工业上应保证在0.85以上，农业用电应保证在0.85以上。本发明的换相开关默认不平衡度设定为4％，根据上述不平衡度的计算公式计算电压、电流的不平衡度，同时判断是否有断相、对地短路、功率因数过低的情况发生。断相判断依据为某一相的相电压是否低于额定值的85％；对地短路的判断依据是根据用户用电量情况，设定一个最大额定电流值，如果某一相电流大于此额定值2倍以上且超过设定时间则判断为对地短路，或者依据零线电流超过某一值则也判断为对地短路；换相开关根据计算出的功率因数与设定值(默认为0.85)比较来判断是否功率因数过低。具体来说，判断是否对所述换相开关103进行切换具体包括：

若不平衡度达到阈值条件，则发出换相指令；

若不平衡度未达到阈值条件，则进行下一个采集周期。

以下将详细说明换相指令切换三相换相开关的具体操作方法：

图4A和图4B是一个三相换相开关装置的执行机构示意图。

图4A中JA1H、JA1F、JA2H、JA2F、JA3H、JA3F是三相电切换的执行动作部分，图4B中的JA1、JB1、JC1是三相电切换的辅助可控硅，JA2、JB2、JC2是切换的继电器的触点，TA、TB、TC是三相切换的晶闸管。

如图所示，若使A相切换至B相，则执行一次三相交流电相位切换的过程如下：

步骤1、当三相交流电的负荷不平衡位置在A相时，Ja1合闸位置。

步骤2、当三相换相开关接到处理器的换相指令为切换到B相时，合Ja2、Ta晶闸管、Jb2，在50ms之后分Ja1，50ms后分Ta晶闸管；

检测到Ta分开后，合Tb、Jb1，50ms后分Ja2、Jb2。

以上为A相切换至B相的过程，其他相位的切换请参照该过程。

通过上述换相切换之后，能够使三相交流电的各相用电负荷达到平衡状态，装置进入下一个采集周期。

通过本实施例提供的三相换相方法及装置，当发生三相电供电负荷不平衡时，能够根据设定值自动切换相位，现场对三相交流电的相位进行切换。

实施例2

请参见图5，如图所示是对多个三相换相开关组成控制系统的示意图，相对于图1，实施例2的原理与实施例1相同，并无实质上的区别。

具体说来，当采集单元101将配电线路中的三相交流电完成一个周期的数据采集之后，将这些数据通过AD转换电路转换为数字信号，在处理单元102(CPU)计算出三相电压电流值、有功功率、无功功率、电压电流相序、功率因数等参数。将这些数据通过处理单元102发送至远端服务器104。其中，处理单元102既可以选择使用有线通信的方式，也可以使用GPRS等其他短距离无线通信方式与远端服务器104进行数据通信。远端服务器104可以设定阈值范围以及换相开关103的切换方式。当所测得的一个三相换相开关103在交流电线路中的各相不平衡度达到阈值条件后，即可判断出每一相负载是不均衡的异常事件。若不平衡度达到阈值条件，触发报警流程，通知远端服务器104处理，远端服务器104便通过处理单元对三相换相开关103执行三相交流电相位切换。

对多个三相换相开关的控制方式与实施例1的控制方式原理相同，在此不再赘述。

综上所述，本发明实施例的应用于配电网的三相换相方法和装置，可以提高整个电网的工作效率和可靠性，解决了手动控制换相需要停电的作业问题，降低了供电企业的运营风险和成本，对电网数据的采集和自动化控制等方面都具有很重要的现实意义。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例提供的通信方式可采用不同的实施例的形式。也就是说，本发明实施例中，换相系统中将测量结果、工作状态等信息定时上报给后台服务器的方式包括但不限于可通过GPRS等无线方式通信，也可以通过有线网络等方式有线通信等通信方式的形式。

对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种三相换相开关装置，其特征在于，所述三相换相开关装置包括：

采集单元，与配电变压器出口处的所述输电线电连接，用于采集所述输电线中交流电的电压数据和电流数据；

处理单元，所述处理单元与所述采集单元电连接，用于分析所述采集单元的所述电压数据和电流数据，通过所述电压数据和电流数据计算获得三相电流的不平衡度值，判断所述不平衡度值是否达到阈值条件，决定是否对换相开关进行切换，并发出换相指令；

换相开关，与负荷集中处的所述输电线电连接，用于接收所述换相指令，切换输电线中交流电的相位。

2.如权利要求1所述的三相换相开关装置，其特征在于，所述采集单元还包括：

电压互感器和电流互感器，其中所述电压互感器和所述电流互感器分别测量所述输电线的所述电压数据和所述电流数据。

3.如权利要求1所述的三相换相开关装置，其特征在于，还包括：

通信模块，所述处理单元通过所述通信模块将采集的数据发送至服务器，接收并执行服务器的操作指令。

4.如权利要求3所述的三相换相开关装置，其特征在于，所述通信模块与所述服务器之间通过有线网络或无线网络传输数据。

5.如权利要求2所述的三相换相开关装置，其特征在于，所述三相不平衡度为：

不平衡度＝(最大值－最小值)÷最大值×100％，

其中，最大值和最小值为最大相电流值和最小相电流值，

或最大值和最小值为最大相电压值和最小相电压值。

6.一种三相换相方法，其特征在于，所述三相换相方法包括：

采集所述输电线中的交流电的电压数据和电流数据；

分析所述采集单元的所述数据，通过所述数据获得三相电流的不平衡度值，判断所述不平衡度值是否达到阈值条件，决定是否对换相开关进行切换，并发出换相指令；

接收所述换相指令，切换输电线中交流电的相位。

7.如权利要求6所述的三相换相方法，其特征在于，采集所述输电线中的交流电的电压数据和电流数据之后还包括：

将所述电压信号和电流信号转换为数字信号。

8.如权利要求6所述的三相换相方法，其特征在于，所述分析所述采集单元的所述数据之后还包括：

将采集的所述数据发送至服务器，接收并执行所述服务器的操作指令。

9.如权利要求6所述的三相换相方法，其特征在于，所述不平衡度为：

不平衡度＝(最大值－最小值)÷最大值×100％，

其中，最大值和最小值为最大相电流值和最小相电流值，

或最大值和最小值为最大相电压值和最小相电压值。

10.如权利要求9所述的三相换相方法，其特征在于，判断是否对所述换相开关进行切换具体包括：

若所述不平衡度值达到阈值条件，则发出所述换相指令；

若所述不平衡度值未达到阈值条件，则进行下一个采集周期。