CN107783032B - 能检测自身故障的三相四线电能表 - Google Patents

能检测自身故障的三相四线电能表 Download PDF

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Abstract

本发明公开了能检测自身故障的三相四线电能表。涉及电能表技术领域，该三相四线电能表当出现连接在三相四线电能表各相上的功率不平衡时能及时将连接在该三相四线电能表高功率相线上的一部分负载切换到该三相四线电能表低功率相线上。包括三相四线电能表本体，三相四线电能表本体包括A相、B相、C相、零线N和三相电能计量模块，还包括节点J1和控制器以及分别与控制器连接的三相平衡监测器、一号电压采样电路、单相逆变电源、二号电压采样电路和接口功率监测器；单相逆变电源的电源输出端和隔离变压器的电源输入端连接，节点J1分别与隔离变压器的电源输出端和二号电压采样电路的采样端连接，三相电能计量模块与控制器连接。

Description

能检测自身故障的三相四线电能表
技术领域
本发明涉及电能表技术领域，具体涉及能检测自身故障的三相四线电能表。
背景技术
随着经济社会的发展，用电设备的类型越来越多。由于目前的供电系统一般都是三相供电系统，在三相供电系统中，如果三相上的功率出现较大的不对称时，就会出现电网的不平衡运行，就会出现电网抖动。
当电网运行在不平衡状态时，电网中的变压器就处于不对称运行状态，处于不对称运行状态的变压器会使变压器的零序电流过大，过大的零序电流会使变压器的局部零件温度增高，如果变压器的局部零件温度增高过大就可能会烧毁变压器，从而造成供电系统的停电事故。
当电网不平衡运行时，如果要想让不平衡运行的电网变为平衡运行的电网，目前采取的办法是将位于一个大范围片区的高功率相线上的一部分负载人工切换到另一个大范围片区的低功率相线上。由于这种切换方式在瞬间切换的负载较多，导致瞬间切换的冲击电流过大，过大的冲击电流不仅会烧坏切换设备，还由于在负载切换的那一瞬间，该负载切换前后的供电相线不同会导致该负载工作发生混乱甚至损坏。
由于具体负载都是由某个具体用户使用的，每个具体用户的所有用电都要用电能表进行电能计量，因此，如果能以电能表所连接的所有负载为相线切换的基本相线切换单元，那么只要整个电网中的每个基本相线切换单元内的功率是基本平衡的则就能保证整个电网的功率也是基本平衡的，就会电网处于平衡运行状态。
以电能表所连接的所有负载为相线切换的基本相线切换单元，这不仅增加了电网相线切换的灵活性，由于一个电能表上连接的负载相对于一个大范围片区来说少得多，这种相线切换所产生的冲击电流也要小得很多。因此，如果能由电能表及时将连接在该电能表高功率相线上的一部分负载切换到该电能表低功率相线上，这样不仅增加了整个电网负载切换的灵活性，也增加了相线切换的可靠性，大大提高了电网运行的稳定性。因此，设计一种能根据连接在三相四线电能表各相线上负载的功率不平衡自动实现将高功率相线上的一部分负载切换到低功率相线上，尽量使三相四线电能表各相线上的功率平衡的三相四线电能表显得非常必要。
发明内容
本发明是为了解决现有三相四线电能表没有相线切换功能，导致出现连接在三相四线电能表各相上的功率不平衡时不能将连接在该三相四线电能表高功率相线上的一部分负载切换到该三相四线电能表低功率相线上的不足，提供一种当出现连接在三相四线电能表各相上的功率不平衡时能及时将连接在该三相四线电能表高功率相线上的一部分负载切换到该三相四线电能表低功率相线上，投切电流小，投切时不会烧坏复合开关，既能智能自动检测复合开关的自身投切故障，又能准确检测交流电电流过零点时的准确时间点，还能在电流过零点时的准确时间点进行投切，结构简单，智能化程度高的能检测自身故障的三相四线电能表。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
能检测自身故障的三相四线电能表，包括三相四线电能表本体，三相四线电能表本体包括A相、B相、C相、零线N和三相电能计量模块，还包括节点J1 和控制器以及分别与控制器连接的三相平衡监测器、一号电压采样电路、单相逆变电源、隔离变压器、二号电压采样电路和接口功率监测器。单相逆变电源的电源输出端和隔离变压器的电源输入端连接，节点J1分别与隔离变压器的电源输出端和二号电压采样电路的采样端连接，三相电能计量模块与控制器连接。
还包括控制端与控制器连接的开关Ki，其中i为正整数，1≤i≤42。
还包括节点J18、节点J14和节点J6，节点J18的火线端与A相连接，节点 J14的火线端与B相连接，节点J6的火线端与C相连接。节点J18的零线端、节点J14的零线端和节点J6的零线端都分别与零线N连接。
三相电能计量模块的电能计量端、三相平衡监测器的监测端和一号电压采样电路的采样端都分别与节点J18、节点J14和节点J6连接。
单相逆变电源的电源输入端通过开关K40与节点J18连接，单相逆变电源的电源输入端通过开关K41与节点J14连接，单相逆变电源的电源输入端通过开关 K42与节点J6连接。
还包括分别与接口功率监测器的监测端连接的一号负载接口、二号负载接口、三号负载接口、四号负载接口、五号负载接口和六号负载接口。
还包括节点J2、节点J3、节点J4、节点J5、节点J7、节点J8、节点J9、节点J10、节点J11、节点J12、节点J13、节点J15、节点J16、节点J17和节点J19。
节点J6、开关K13、节点J2、开关K14、节点J3、开关K15、节点J4、开关K16、节点J5和六号负载接口依次串联连接，节点J6、开关K21、节点J7、开关K22、节点J8、开关K23、节点J9、开关K24、节点J10和五号负载接口依次串联连接，节点J14、开关K29、节点J11、开关K30、节点J12、开关K31、节点J13和四号负载接口依次串联连接，节点J14、开关K34、节点J15、开关K35、节点J16和三号负载接口依次串联连接，节点J18、开关K38、节点J17 和二号负载接口依次串联连接，节点J18、开关K39、节点J19和一号负载接口依次串联连接。
节点J1、开关K1、节点J2、开关K17和节点J19依次串联连接，节点J1、开关K2、节点J7、开关K25和节点J19依次串联连接，节点J1、开关K3、节点 J11、开关K32和节点J19依次串联连接，节点J1、开关K4、节点J15、开关K36 和节点J19依次串联连接，节点J1、开关K5、节点J3、开关K18和节点J17依次串联连接，节点J1、开关K6、节点J8、开关K26和节点J17依次串联连接，节点J1、开关K7、节点J12、开关K33和节点J17依次串联连接，节点J1、开关K8、节点J16、开关K37和节点J17依次串联连接，节点J1、开关K9、节点 J4、开关K19和节点J16依次串联连接，节点J1、开关K10、节点J9、开关K27 和节点J16依次串联连接，节点J1、开关K11、节点J5、开关K20和节点J13 依次串联连接，节点J1、开关K12、节点J10、开关K28和节点J13依次串联连接。
所述开关K40、开关K41和开关K42均为电路结构完全相同的复合开关；所述复合开关包括一号节点、二号节点、一号开关、二号开关、三号开关、四号开关、五号开关、六号开关、节点Ma、节点Mb、节点Mc、节点Md、节点Me、电感 La、电容Ca、电容C0、电容C2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、光电耦合器OPT、电阻R0、电阻R1、电阻R2、切换开关Ka、磁驱动电路、硅驱动电路、自用电供电模块和接地端SGND，所述控制器包含有脉冲计数器；所述切换开关Ka包括可控硅开关Kb和磁保持继电器开关Kc，所述光电耦合器0PT包括发光二极管D5和光敏三极管Q0；所述可控硅开关Kb的一端和磁保持继电器开关Kc的一端分别与一号节点连接，所述可控硅开关Kb的另一端、一号开关的一端、三号开关的一端、四号开关的一端和电感La的一端分别与节点Ma连接，所述电感La的另一端、电容Ca的一端、二号开关的一端、五号开关的一端和六号开关的一端分别与节点Mb连接，磁保持继电器开关Kc的另一端、一号开关的另一端和二号开关的另一端分别与节点Mc连接，所述电容C2的一端、四号开关的另一端、二极管D1的正极端和二极管D3的负极端分别与节点Md连接，所述二极管D2的正极端、二极管D4的负极端、电容C0的一端和电阻R2的一端分别与节点Me连接，所述三号开关的另一端与电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端与电容 C2的另一端连接，五号开关的另一端与电容C0的另一端连接，六号开关的另一端与电阻R2的另一端连接，所述电容Ca的另一端连接在二号节点上，所述二极管 D1的负极端和二极管D2的负极端分别连接在发光二极管D5的正极端上，所述二极管D3的正极端和二极管D4的正极端分别连接在发光二极管D5的负极端上，所述光敏三极管Q0的集电极端分别与电阻R0的一端和控制器连接，所述光敏三极管Q0的发射极与信号接地端SGND连接，所述自用电供电模块分别与电阻R0的另一端、磁驱动电路、硅驱动电路和控制器连接，所述硅驱动电路分别与可控硅开关Kb的控制端和控制器连接，所述磁驱动电路分别与磁保持继电器开关Kc的控制端和控制器连接。在同一时间断面内所述一号节点只能连接在A相、B相和C 相这三相中的其中一相上；所述二号节点连接在零线N上。
本方案在使用时，假设在一般情况下，一号负载接口和二号负载接口都是由 A相供电，三号负载接口和四号负载接口都是由B相供电，五号负载接口和六号负载接口都是由C相供电。
本方案的三相平衡监测器在设定时间间隔内对三相四线电能表的A相、B相和C相进行功率平衡监测，并将监测的数据上传给控制器，控制器立即对三相平衡监测器上传的数据进行计算处理。如果控制器对三相平衡监测器上传的数据计算处理后出现任意两相功率的差大于设定值时，则找出当前功率最大的相线，若当前功率最大的相线为A相。
然后控制器就立即给接口功率监测器一个工作指令，接口功率监测器立即对一号负载接口、二号负载接口、三号负载接口、四号负载接口、五号负载接口和六号负载接口进行功率监测，并将监测结果上传控制器，控制器收到一至五号负载接口上传来的数据后立即进行计算处理。如果计算后得到将一号负载接口上的负载加到六号负载接口上或者加到六号负载接口上是最能让电网各相功率保持平衡的，那么在控制器的控制下就将一号负载接口的供电电源从A相切换到C 相。
一号负载接口的供电电源从A相切换到C相的切换过程如下：
首先，假设在切换前，开关K1至开关K20、开关K25、开关K26、开关K27、开关K28、开关K32、开关K33、开关K36、开关K37、开关K40、开关K41和开关K42都处于断开状态，开关K21、开关K22、开关K23、开关K24、开关K29、开关K30、开关K31、开关K34、开关K35、开关K38和开关K39都处于闭合状态。
然后，一号电压采样电路的开关将A相接通，一号电压采样电路采集A相的电压信号并上传给控制器。
然后，开关K42闭合接通C相与单相逆变电源，单相逆变电源输出的电压信号以A相的电压信号作为参考，以单相逆变电源输出的电压信号作为反馈信号，构成闭环控制，在控制器中产生SPWM的驱动信号，使单相逆变电源输出的电压波形经隔离变压器输出稳定的正弦波电源。当隔离变压器输出的正弦波电源与A 相电压同幅值同相位时，同时闭合开关K1和开关K17，并同时断开开关K39，此时一号负载接口上的供电电源状态还是和A相上的电源状态相同。
然后，控制器采用移相控制，使单相逆变电源输出的电压波形经滤波器滤波后再经隔离变压器输出稳定的正弦波电源。当隔离变压器输出的正弦波电源与C 相电压同幅值同相位时，断开开关K1，并同时闭合开关K13，此时一号负载接口上的供电电源状态就完全和C相上的电源状态相同，即此时一号负载接口的供电电源已经从A相切换到了C相。
最后将开关K42断开，使单相逆变电源被旁路退出，至此一次相位切换作业结束。其它负载接口切换原理相同。
本方案的复合开关在使用过程中，当同时断开一号开关、断开四号开关、断开五号开关、闭合二号开关、闭合三号开关和闭合六号开关时，此时本方案的复合开关就成为一个既能检测自身投切故障的故障自检开关了；当同时闭合一号开关、闭合四号开关、闭合五号开关、断开二号开关、断开三号开关和断开六号开关时，此时本方案的复合开关就成为一个既能准确检测交流电电流过零点时的准确时间点，又能在电流过零点时的准确时间点进行投切的过零点投切开关了。
一、当把本方案的复合开关作为过零点投切开关使用时，其原理如下：
首先，需要同时断开一号开关、断开四号开关、断开五号开关、闭合二号开关、闭合三号开关和闭合六号开关。此时，在本方案的复合开关中，电感La采用高频电感，电感La的电感为几十微亨。当可控硅开关Kb或磁保持继电器开关 Kc导通瞬间，电容Ca的阻抗约为0，而由于电感La的存在，电感La在导通瞬间，其频率变化很大，电感La的阻抗也很大，抑制了电源导通瞬间的冲击电流；当电路正常工作时，由于电源频率为50Hz工频，则电感La的阻抗很小。
在电感La中，电感La的电压ULa超前电感La的电流I190度，即电感La的电流I1落后电感La的电压ULa90度。
在电容C0中，电容C0的电流I2超前电容C0的电压UC090度，即电容C0的电压UC0落后电容C0的电流I290度。
电流I1通过电感La、电容Ca形成闭合回路，则有电感La上的电压ULa超前电感La上的电流I190度。
当电感La的电压ULa在某个时刻的节点Ma点为正、节点Mb点为负时，则电流 I2从节点Ma点通过二极管D1、发光二极管D5、二极管D4和电容C0形成支路。
忽略二极管D1、发光二极管D5和二极管D4的压降，显然有即ULa＝UC0，即电感 La的电压ULa等于电容C0的电压UC0。显然有电感La上的电压ULa滞后电容C0上的电流I290度，从而有电容C0上的电流I2与电感La上的电流I1互为反向，即电流 I2与电流I1互为反向。UCN是C相上的电压。
当电流I2正向且大于发光二极管D5发光的最小电流时，光电耦合器的输出信号UI0即从高电平变为低电平，合理选择电容C0，使电容C0上的电流I2正向过零点且能快速达到发光二极管D5发光的最小电流。
当电流I2正向过零点后，光电耦合器的输出信号UI0即从高电平变为低电平，由于电流I2与电流I1反向，则有当光电耦合器的输出信号UI0从低电平变为高电平时，电流I1刚好处于正向过零点。因此光电耦合器的输出信号UI0从低电平变为高电平时，即获得了电流I1的过零点电流。当获得了电流I1的过零点电流时，控制器即可立即给磁保持继电器开关Kc发出断开或闭合信号。如果需要让磁保持继电器开关Kc断开，则控制器就给磁保持继电器开关Kc发出断开控制信号，磁保持继电器开关Kc随即断开；如果需要让磁保持继电器开关Kc闭合，则控制器就给磁保持继电器开关Kc发出闭合控制信号，磁保持继电器开关Kc随即闭合。本方案从通过获取电流过零点时的准确时间点，再根据该准确时间点对磁保持继电器开关Kc发出断开或闭合的控制信号来使磁保持继电器开关Kc的触点断开或闭合，此时流过磁保持继电器开关Kc的电流小，在小电流时断开或闭合磁保持继电器开关Kc，使得磁保持继电器开关Kc的触点不易损坏。从而有效地延长了磁保持继电器开关Kc的寿命，进而延长了复合开关的使用寿命。
在投入复合开关时，因为可控硅开关Kb导通的瞬间，由于电感La的电流抑制作用，不会发生大的冲击电流，又由于可控硅开关Kb的导通压降很小，且电感La在工频频率下阻抗很小，节点Ma和节点Mb两点间的压降较小，此时闭合磁保持继电器开关Kc，对磁保持继电器开关Kc的触点损害很小，从而有效地延长了控硅开关Kb的寿命，进而延长了复合开关的使用寿命。
本方案在可控硅开关Kb处于导通且磁保持继电器开关Kc处于闭合时，如果要关断可控硅开关Kb，则在电流I1过零点时才让可控硅开关Kb断开，这样能够有效保护可控硅开关Kb的使用寿命。
本方案只有在要向C相投入复合开关的可控硅开关Kb时才采用电压过零点时投入，只要复合开关上有电流的情况下都采用电流过零来进行投入或切除，大大提高了复合开关的使用寿命，可靠性较高，安全性较好。
本方案中，当可控硅开关Kb导通时，在磁保持继电器开关Kc还没有断开的情况下，此时的磁保持继电器开关Kc也是导通的，即可控硅开关Kb和磁保持继电器开关Kc此时同时处于导通状态。由于可控硅开关Kb支路具有电感La的导通电阻，显然磁保持继电器开关Kc支路的阻抗要远远小于可控硅开关Kb支路的阻抗，因此流过磁保持继电器开关Kc的电流大于流过可控硅开关Kb支路的电流。若磁保持继电器开关Kc不在电流过零点断开触点，极易损坏触点。本方案从通过获取电感La支路的电流I1过零点时的准确时间点，再让控制器发出控制信号来断开磁保持继电器开关Kc的触点，让磁保持继电器开关Kc在电流较小时进行闭合或断开动作，这样就不易烧坏磁保持继电器开关Kc上的触点，有效地延长了磁保持继电器开关Kc的使用寿命，进而也延长了复合开关的使用寿命，结构简单，可靠性高。
二、当把本方案的复合开关作为故障自检开关使用时，其原理如下：
首先，需要同时断开一号开关、断开四号开关、断开五号开关、闭合二号开关、闭合三号开关和闭合六号开关，这样就把本方案的复合开关变为了故障自检开关。
当需要投切复合开关时，控制器向可控硅开关Kb发出导通控制信号，使可控硅开关Kb导通。电流经可控硅开关Kb、电感La和电容Ca形成闭合回路，并联在电感La两端的电容C2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、光电耦合器OPT、电阻R1、电阻R0、电阻R2、自用电供电模块和接地端SGND共同形成了可控硅开关Kb的运行检测电路。在电流流过可控硅开关Kb时该可控硅开关Kb的运行检测电路会产生触发脉冲信号，保持一定时间后，控制器向磁保持继电器开关Kc发出闭合控制信号，使磁保持继电器开关Kc闭合。磁保持继电器开关Kc闭合后将可控硅开关Kb与电感La组成的串联支路短路，此时可控硅开关Kb的运行检测电路将不会产生触发脉冲。然后，控制器向可控硅开关Kb发出断开控制信号，使可控硅开关Kb断开，由磁保持继电器开关Kc保持供电回路工作。
当需要切除复合开关时，控制器向可控硅开关Kb发出导通控制信号，使可控硅开关Kb导通，保持一定时间后，控制器向磁保持继电器开关Kc发出断开控制信号，磁保持继电器开关Kc随即断开，此时，可控硅运行检测电路将有触发脉冲出现。最后，控制器向可控硅开关Kb再次发出断开控制信号，可控硅开关 Kb随即断开。至此就完全切除了复合开关。
本方案的复合开关具备在开关动作的过程中能进行自我故障检测，且无需在复合开关中另外设置检测故障的仪器，从而使复合开关的结构更加简单，体积小，结构可靠，成本低廉，降低了复合开关使用时投切不成功的安全隐患。
本方案的复合开关既能检测自身投切故障，又能分别准确检测交流电电流过零点时的准确时间点和电压过零点时的准确时间点，不仅在复合开关有电流的情况下能分别保证可控硅开关Kb和磁保持继电器开关Kc在电流过零点时的准确时间点进行投切，还能在复合开关没有电流的情况下保证可控硅开关Kb在电压过零点时的准确时间点进行投切，投切电流小，投切时不会烧坏开关的触点，结构简单，可靠性高，安全性好，能大大延长复合开关的使用寿命。本方案的复合开关能进行复合开关自身投切故障的智能化检测，能及时让用户知道复合开关是否出现了故障，便于及时更换，结构简单，可靠性高，安全性好。
作为优选，还包括与控制器连接的存储器。存储器便于存储三相四线电能表的信息，使用方便简单。
作为优选，还包括过滤器，过滤器串联连接在单相逆变电源的电源输出端和隔离变压器的电源输入端之间的连线上。过滤器提高了隔离变压器输入的可靠性，进而使得隔离变压器输出的可靠性更高。
作为优选，隔离变压器的变比大于1.17。由于单相逆变电源输出的正弦电压的幅值最大只有输入电压的0.85倍，因此在滤波器的后边接上隔离变压器，变比大于1.17，以使切换三相四线电能表的输出电压幅值达到220V，提高了三相四线电能表的实用性和可靠性。
作为优选，还包括与控制器连接的显示器。显示器便于用户观察，使用方便简单。
作为优选，当把三相四线电能表的复合开关当作过零点投切开关使用时，该复合开关的过零投切控制方法如下：
(1-1)投入复合开关。
(1-1-1)当要向C相投入复合开关时，先检测C相上电压UCN过零点时的准确时间点，当电压UCN过零点时，控制器立即向可控硅开关Kb发出导通控制信号，可控硅开关Kb随即导通。
(1-1-2)当可控硅开关Kb导通设定时间后，先检测电流I1过零点时的准确时间点，当电流I1过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关Kc发出闭合控制信号，磁保持继电器开关Kc随即闭合。I1为电感La的电流。
(1-1-3)然后再次检测电流I1过零点时的准确时间点，当电流I1过零点时，控制器立即向可控硅开关Kb发出关断控制信号，可控硅开关Kb随即关断，此时只由磁保持继电器开关Kc保持供电回路工作，至此完成复合开关向C相的投入工作。
(1-2)切除复合开关。
(1-2-1)当要切除C相上的复合开关时，先检测电流I1过零点时的准确时间点，当电流I1过零点时，控制器立即向可控硅开关Kb发出导通控制信号，可控硅开关Kb随即导通，延时一段时间使可控硅开关Kb可靠导通；
(1-2-2)在可控硅开关Kb导通的情况下，再次检测电流I1过零点时的准确时间点，当电流I1过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关Kc发出断开控制信号，磁保持继电器开关Kc随即断开。
(1-2-3)然后再次检测电流I1过零点时的准确时间点，当电流I1过零点时，控制器立即向可控硅开关Kb发出关断控制信号，可控硅开关Kb随即关断；至此复合开关已从C相上完全切除。
作为优选，当把三相四线电能表的复合开关当作故障自检开关使用时，由于该复合开关自身投切故障包括可控硅开关Kb的无法导通故障、磁保持继电器开关Kc的无法闭合故障、磁保持继电器开关Kc的无法断开故障和可控硅开关Kb的无法关断故障。因此，判断复合开关自身投切故障的方法包括：
(2-1)判断可控硅开关Kb为无法导通故障的方法是：
在投入复合开关时，假设可控硅开关Kb处于关断状态，且磁保持继电器开关Kc也处于断开状态的前提下，
(2-1-1)先由控制器向可控硅开关Kb发出导通控制信号，控制器等待可控硅开关Kb的运行检测电路返回的触发脉冲信号，并用控制器的脉冲计数器进行触发脉冲计数，当延时0.2s后，若控制器接收到的触发脉冲个数大于5个时，即可认为该可控硅开关Kb能正常导通，若控制器接收到的触发脉冲个数小于55 个数时，
(2-1-2)再由控制器向可控硅开关Kb发出导通控制信号，并将脉冲计数器清零，再次延时0.2s后，若控制器接收到的触发脉冲个数仍小于5个时，即可判断该可控硅开关Kb为无法导通故障。
(2-2)判断磁保持继电器开关Kc为无法闭合故障的方法是：
在投入复合开关时，假设可控硅开关Kb能正常导通，且可控硅开关Kb已处于导通状态和磁保持继电器开关Kc处于断开状态的前提下，
(2-2-1)先由控制器向磁保持继电器开关Kc发出闭合控制信号，并将脉冲计数器清零，延时0.6s后，若控制器接收到可控硅开关Kb的触发脉冲个数大于 20个时，
(2-2-2)再由控制器向磁保持继电器开关Kc发出断开控制信号，并将脉冲计数器清零，再延时0.6s时间后，若控制器接收到可控硅开关Kb的触发脉冲个数也大于20个时，
(2-2-3)再次由控制器向磁保持继电器开关Kc发出闭合控制信号，并将脉冲计数器清零，再次延时0.6s后，此时如果控制器接收到可控硅开关Kb的触发脉冲计数仍大于20个时，即可判断该磁保持继电器开关Kc为无法闭合故障。
(2-3)判断磁保持继电器开关Kc为无法断开故障的方法是：
在切除复合开关时，假设可控硅开关Kb能正常导通，且可控硅开关Kb已处于断开状态和磁保持继电器开关Kc已处于闭合状态的前提下，
(2-3-1)先由控制器向可控硅开关Kb发出导通控制信号让可控硅开关Kb导通，并延时0.4s后让可控硅开关Kb可靠导通，又由控制器向磁保持继电器开关 Kc发出断开控制信号，并将脉冲计数器清零，等待0.6s后，若控制器接收到可控硅开关Kb的触发脉冲个数小于20个时；
(2-3-2)再由控制器向磁保持继电器开关Kc发出断开控制信号，并将脉冲计数器清零，再次等待0.6s后，若控制器接收到可控硅开关Kb的触发脉冲个数仍小于20个时，即可判断磁保持继电器开关Kc为无法断开故障。
(2-4)判断可控硅开关Kb为无法关断故障的方法是：
在切除复合开关时，假设磁保持继电器开关Kc能正常断开，且磁保持继电器开关Kc已处于断开状态和可控硅开关Kb还处于导通状态的前提下，
(2-4-1)先由控制器向可控硅开关Kb发出关断控制信号，并将脉冲计数器清零，延时0.2s后，若控制器接收到可控硅开关Kb的触发脉冲个数大于5个时；
(2-4-2)再由控制器向可控硅开关Kb发出关断控制信号，并将脉冲计数器清零，再次延时0.2s后，若控制器接收到可控硅开关Kb的触发脉冲个数仍大于 5个时，即可判断可控硅开关Kb为无法关断故障。
本发明能够达到如下效果：
本发明三相四线电能表三相四线电能表当出现连接在三相四线电能表各相上的功率不平衡时能及时将连接在该三相四线电能表高功率相线上的一部分负载切换到该三相四线电能表低功率相线上，投切电流小，投切时不会烧坏复合开关，既能智能自动检测复合开关的自身投切故障，又能准确检测交流电电流过零点时的准确时间点，还能在电流过零点时的准确时间点进行投切，结构简单，智能化程度高，这样不仅增加了整个电网负载切换的灵活性，也增加了相线切换的可靠性，能大大提高电网运行的稳定性和可靠性，智能化程度高，可靠性好。
附图说明
图1是本发明实施例切换前的一种使用状态电路原理连接结构示意图。
图2是本发明实施例切换过程中使隔离变压器输出的正弦波电源与A相电压同幅值同相位时的一种使用状态电路原理连接结构示意图。
图3是在图2的基础上让开关K1和开关K17闭合，让开关K39断开时的一种使用状态电路原理连接结构示意图。
图4是本发明实施例一号负载接口的供电电源已经从A相切换到了C相上的一种使用状态电路原理连接结构示意图。
图5是本发明控制器与各个开关的一种电路原理连接结构示意框图。
图6是本发明复合开关与控制器和C相相连接的一种电路原理连接结构示意图。
图7是本发明的一种波形示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：能检测自身故障的三相四线电能表，参见图1、图5所示，包括三相四线电能表本体，三相四线电能表本体包括A相、B相、C相、零线N和三相电能计量模块110。还包括节点J1、过滤器104和控制器107以及分别与控制器连接的三相平衡监测器101、一号电压采样电路102、单相逆变电源103、隔离变压器105、存储器106、二号电压采样电路108和接口功率监测器109。过滤器分别与单相逆变电源的电源输出端和隔离变压器的电源输入端连接，节点J1 分别与隔离变压器的电源输出端和二号电压采样电路的采样端连接，三相电能计量模块与控制器连接。隔离变压器的变比大于1.17。
还包括控制端与控制器连接的开关Ki，其中i为正整数，i＝1，1≤i≤42。
还包括节点J18、节点J14和节点J6，节点J18的火线端与A相连接，节点J14的火线端与B相连接，节点J6的火线端与C相连接。节点J18的零线端、节点J14的零线端和节点J6的零线端都分别与零线N连接。
三相电能计量模块的电能计量端、三相平衡监测器的监测端和一号电压采样电路的采样端都分别与节点J18、节点J14和节点J6连接。
单相逆变电源的电源输入端通过开关K40与节点J18连接，单相逆变电源的电源输入端通过开关K41与节点J14连接，单相逆变电源的电源输入端通过开关 K42与节点J6连接。
还包括分别与接口功率监测器的监测端连接的一号负载接口201、二号负载接口202、三号负载接口203、四号负载接口204、五号负载接口205和六号负载接口206。
还包括节点J2、节点J3、节点J4、节点J5、节点J7、节点J8、节点J9、节点J10、节点J11、节点J12、节点J13、节点J15、节点J16、节点J17和节点J19。
节点J6、开关K13、节点J2、开关K14、节点J3、开关K15、节点J4、开关K16、节点J5和六号负载接口依次串联连接，节点J6、开关K21、节点J7、开关K22、节点J8、开关K23、节点J9、开关K24、节点J10和五号负载接口依次串联连接，节点J14、开关K29、节点J11、开关K30、节点J12、开关K31、节点J13和四号负载接口依次串联连接，节点J14、开关K34、节点J15、开关K35、节点J16和三号负载接口依次串联连接，节点J18、开关K38、节点J17 和二号负载接口依次串联连接，节点J18、开关K39、节点J19和一号负载接口依次串联连接。
节点J1、开关K1、节点J2、开关K17和节点J19依次串联连接，节点J1、开关K2、节点J7、开关K25和节点J19依次串联连接，节点J1、开关K3、节点 J11、开关K32和节点J19依次串联连接，节点J1、开关K4、节点J15、开关K36 和节点J19依次串联连接，节点J1、开关K5、节点J3、开关K18和节点J17依次串联连接，节点J1、开关K6、节点J8、开关K26和节点J17依次串联连接，节点J1、开关K7、节点J12、开关K33和节点J17依次串联连接，节点J1、开关K8、节点J16、开关K37和节点J17依次串联连接，节点J1、开关K9、节点 J4、开关K19和节点J16依次串联连接，节点J1、开关K10、节点J9、开关K27 和节点J16依次串联连接，节点J1、开关K11、节点J5、开关K20和节点J13 依次串联连接，节点J1、开关K12、节点J10、开关K28和节点J13依次串联连接。
参加图6所示，开关K40、开关K41和开关K42均为电路结构完全相同的复合开关；所述复合开关包括一号节点701、二号节点702、一号开关2011、二号开关2021、三号开关2031、四号开关2041、五号开关2051、六号开关2061、节点Ma、节点Mb、节点Mc、节点Md、节点Me、电感La、电容Ca、电容C0、电容 C2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、光电耦合器OPT、电阻R0、电阻R1、电阻R2、切换开关Ka、磁驱动电路502、硅驱动电路503、自用电供电模块901和接地端SGND，所述控制器107包含有脉冲计数器805；所述切换开关 Ka包括可控硅开关Kb和磁保持继电器开关Kc，所述光电耦合器OPT包括发光二极管D5和光敏三极管Q0；所述可控硅开关Kb的一端和磁保持继电器开关Kc的一端分别与一号节点连接，所述可控硅开关Kb的另一端、一号开关的一端、三号开关的一端、四号开关的一端和电感La的一端分别与节点Ma连接，所述电感La的另一端、电容Ca的一端、二号开关的一端、五号开关的一端和六号开关的一端分别与节点Mb连接，磁保持继电器开关Kc的另一端、一号开关的另一端和二号开关的另一端分别与节点Mc连接，所述电容C2的一端、四号开关的另一端、二极管D1的正极端和二极管D3的负极端分别与节点Md连接，所述二极管D2的正极端、二极管D4的负极端、电容C0的一端和电阻R2的一端分别与节点Me连接，所述三号开关的另一端与电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端与电容C2的另一端连接，五号开关的另一端与电容C0的另一端连接，六号开关的另一端与电阻R2的另一端连接，所述电容Ca的另一端连接在二号节点上，所述二极管D1的负极端和二极管D2的负极端分别连接在发光二极管D5的正极端上，所述二极管 D3的正极端和二极管D4的正极端分别连接在发光二极管D5的负极端上，所述光敏三极管Q0的集电极端分别与电阻R0的一端和控制器连接，所述光敏三极管Q0的发射极与信号接地端SGND连接，所述自用电供电模块分别与电阻R0的另一端、磁驱动电路、硅驱动电路和控制器连接，所述硅驱动电路分别与可控硅开关Kb的控制端和控制器连接，所述磁驱动电路分别与磁保持继电器开关Kc的控制端和控制器连接。在同一时间断面内所述一号节点只能连接在A相、B相和C相这三相中的其中一相上；所述二号节点连接在零线N上。
还包括与控制器连接的显示器504。
图6是本发明复合开关与控制器和C相相连接的一种电路原理连接结构示意图。复合开关与A相和B相的连接电路和复合开关与C相的连接电路相同。
图7是本发明的一种波形示意图。(a)流过可控硅开关Kb的电流波形示意图，(b )流过可控硅开关Kb的运行检测电路上产生的触发脉冲波形示意图。
本实施例在使用时，参见图1所示，假设在一般情况下，一号负载接口和二号负载接口都是由A相供电，三号负载接口和四号负载接口都是由B相供电，五号负载接口和六号负载接口都是由C相供电。
本实施例的三相平衡监测器在设定时间间隔内对三相四线电能表的A相、B 相和C相进行功率平衡监测，并将监测的数据上传给控制器，控制器立即对三相平衡监测器上传的数据进行计算处理。如果控制器对三相平衡监测器上传的数据计算处理后出现任意两相功率的差大于设定值时，则找出当前功率最大的相线，若当前功率最大的相线为A相。
然后控制器就立即给接口功率监测器一个工作指令，接口功率监测器立即对一号负载接口、二号负载接口、三号负载接口、四号负载接口、五号负载接口和六号负载接口进行功率监测，并将监测结果上传控制器，控制器收到一至五号负载接口上传来的数据后立即进行计算处理。如果计算后得到将一号负载接口上的负载加到六号负载接口上或者加到六号负载接口上是最能让电网各相功率保持平衡的，那么在控制器的控制下就将一号负载接口的供电电源从A相切换到C 相。
一号负载接口的供电电源从A相切换到C相的切换过程如下：
首先，参见图1所示，假设在切换前，开关K1至开关K20、开关K25、开关 K26、开关K27、开关K28、开关K32、开关K33、开关K36、开关K37、开关K40、开关K41和开关K42都处于断开状态，开关K21、开关K22、开关K23、开关K24、开关K29、开关K30、开关K31、开关K34、开关K35、开关K38和开关K39都处于闭合状态。
然后，一号电压采样电路的开关将A相接通，一号电压采样电路采集A相的电压信号并上传给控制器。
然后，参见图2、图3所示，开关K42闭合接通C相与单相逆变电源，单相逆变电源输出的电压信号以A相的电压信号作为参考，以单相逆变电源输出的电压信号作为反馈信号，构成闭环控制，在控制器中产生SPWM的驱动信号，使单相逆变电源输出的电压波形经滤波器滤波后再经隔离变压器输出稳定的正弦波电源。当隔离变压器输出的正弦波电源与A相电压同幅值同相位时，同时闭合开关K1和开关K17，并同时断开开关K39，此时一号负载接口上的供电电源状态还是和A相上的电源状态相同。
然后，参见图4所示，控制器采用移相控制，使单相逆变电源输出的电压波形经滤波器滤波后再经隔离变压器输出稳定的正弦波电源。当隔离变压器输出的正弦波电源与C相电压同幅值同相位时，断开开关K1，并同时闭合开关K13，此时一号负载接口上的供电电源状态就完全和C相上的电源状态相同，即此时一号负载接口的供电电源已经从A相切换到了C相。
最后将开关K42断开，使单相逆变电源被旁路退出，至此一次相位切换作业结束。其它负载接口切换原理相同。
本实施例的复合开关在使用过程中，当同时断开一号开关、断开四号开关、断开五号开关、闭合二号开关、闭合三号开关和闭合六号开关时，此时本实施例的复合开关就成为一个既能检测自身投切故障的故障自检开关了；当同时闭合一号开关、闭合四号开关、闭合五号开关、断开二号开关、断开三号开关和断开六号开关时，此时本实施例的复合开关就成为一个既能准确检测交流电电流过零点时的准确时间点，又能在电流过零点时的准确时间点进行投切的过零点投切开关了。
一、当把本实施例的复合开关作为过零点投切开关使用时，其原理如下：
首先，需要同时断开一号开关、断开四号开关、断开五号开关、闭合二号开关、闭合三号开关和闭合六号开关。此时，在本实施例的复合开关中，电感La采用高频电感，电感La的电感为几十微亨。当可控硅开关Kb或磁保持继电器开关Kc导通瞬间，电容Ca的阻抗约为0，而由于电感La的存在，电感La在导通瞬间，其频率变化很大，电感La的阻抗也很大，抑制了电源导通瞬间的冲击电流；当电路正常工作时，由于电源频率为50Hz工频，则电感La的阻抗很小。
在电感La中，电感La的电压ULa超前电感La的电流I190度，即电感La的电流I1落后电感La的电压ULa90度。
在电容C0中，电容C0的电流I2超前电容C0的电压UC090度，即电容C0的电压UC0落后电容C0的电流I290度。
电流I1通过电感La、电容Ca形成闭合回路，则有电感La上的电压ULa超前电感La上的电流I190度。
当电感La的电压ULa在某个时刻的节点Ma点为正、节点Mb点为负时，则电流 I2从节点Ma点通过二极管D1、发光二极管D5、二极管D4和电容C0形成支路。
忽略二极管D1、发光二极管D5和二极管D4的压降，显然有即ULa＝UC0，即电感 La的电压ULa等于电容C0的电压UC0。显然有电感La上的电压ULa滞后电容C0上的电流I290度，从而有电容C0上的电流I2与电感La上的电流I1互为反向，即电流 I2与电流I1互为反向。UCN是C相上的电压。
当电流I2正向且大于发光二极管D5发光的最小电流时，光电耦合器的输出信号UI0即从高电平变为低电平，合理选择电容C0，使电容C0上的电流I2正向过零点且能快速达到发光二极管D5发光的最小电流。
当电流I2正向过零点后，光电耦合器的输出信号UI0即从高电平变为低电平，由于电流I2与电流I1反向，则有当光电耦合器的输出信号UI0从低电平变为高电平时，电流I1刚好处于正向过零点。因此光电耦合器的输出信号UI0从低电平变为高电平时，即获得了电流I1的过零点电流。当获得了电流I1的过零点电流时，控制器即可立即给磁保持继电器开关Kc发出断开或闭合信号。如果需要让磁保持继电器开关Kc断开，则控制器就给磁保持继电器开关Kc发出断开控制信号，磁保持继电器开关Kc随即断开；如果需要让磁保持继电器开关Kc闭合，则控制器就给磁保持继电器开关Kc发出闭合控制信号，磁保持继电器开关Kc随即闭合。本实施例从通过获取电流过零点时的准确时间点，再根据该准确时间点对磁保持继电器开关Kc发出断开或闭合的控制信号来使磁保持继电器开关Kc的触点断开或闭合，此时流过磁保持继电器开关Kc的电流小，在小电流时断开或闭合磁保持继电器开关Kc，使得磁保持继电器开关Kc的触点不易损坏。从而有效地延长了磁保持继电器开关Kc的寿命，进而延长了复合开关的使用寿命。
在投入复合开关时，因为可控硅开关Kb导通的瞬间，由于电感La的电流抑制作用，不会发生大的冲击电流，又由于可控硅开关Kb的导通压降很小，且电感La在工频频率下阻抗很小，节点Ma和节点Mb两点间的压降较小，此时闭合磁保持继电器开关Kc，对磁保持继电器开关Kc的触点损害很小，从而有效地延长了控硅开关Kb的寿命，进而延长了复合开关的使用寿命。
本实施例在可控硅开关Kb处于导通且磁保持继电器开关Kc处于闭合时，如果要关断可控硅开关Kb，则在电流I1过零点时才让可控硅开关Kb断开，这样能够有效保护可控硅开关Kb的使用寿命。
本实施例只有在要向C相投入复合开关的可控硅开关Kb时才采用电压过零点时投入，只要复合开关上有电流的情况下都采用电流过零来进行投入或切除，大大提高了复合开关的使用寿命，可靠性较高，安全性较好。
本实施例中，当可控硅开关Kb导通时，在磁保持继电器开关Kc还没有断开的情况下，此时的磁保持继电器开关Kc也是导通的，即可控硅开关Kb和磁保持继电器开关Kc此时同时处于导通状态。由于可控硅开关Kb支路具有电感La的导通电阻，显然磁保持继电器开关Kc支路的阻抗要远远小于可控硅开关Kb支路的阻抗，因此流过磁保持继电器开关Kc的电流大于流过可控硅开关Kb支路的电流。若磁保持继电器开关Kc不在电流过零点断开触点，极易损坏触点。本实施例从通过获取电感La支路的电流I1过零点时的准确时间点，再让控制器发出控制信号来断开磁保持继电器开关Kc的触点，让磁保持继电器开关Kc在电流较小时进行闭合或断开动作，这样就不易烧坏磁保持继电器开关Kc上的触点，有效地延长了磁保持继电器开关Kc的使用寿命，进而也延长了复合开关的使用寿命，结构简单，可靠性高。
当把复合开关当作过零点投切开关使用时，该复合开关的投切方法如下：
(1-1)投入复合开关。
(1-1-1)当要向C相投入复合开关时，先检测C相上电压UCN过零点时的准确时间点，当电压UCN过零点时，控制器立即向可控硅开关Kb发出导通控制信号，可控硅开关Kb随即导通。
(1-1-2)当可控硅开关Kb导通设定时间后，先检测电流I1过零点时的准确时间点，当电流I1过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关Kc发出闭合控制信号，磁保持继电器开关Kc随即闭合。I1为电感La的电流。
(1-1-3)然后再次检测电流I1过零点时的准确时间点，当电流I1过零点时，控制器立即向可控硅开关Kb发出关断控制信号，可控硅开关Kb随即关断，此时只由磁保持继电器开关Kc保持供电回路工作，至此完成复合开关向C相的投入工作。
(1-2)切除复合开关。
(1-2-1)当要切除C相上的复合开关时，先检测电流I1过零点时的准确时间点，当电流I1过零点时，控制器立即向可控硅开关Kb发出导通控制信号，可控硅开关Kb随即导通，延时一段时间使可控硅开关Kb可靠导通；
(1-2-2)在可控硅开关Kb导通的情况下，再次检测电流I1过零点时的准确时间点，当电流I1过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关Kc发出断开控制信号，磁保持继电器开关Kc随即断开。
(1-2-3)然后再次检测电流I1过零点时的准确时间点，当电流I1过零点时，控制器立即向可控硅开关Kb发出关断控制信号，可控硅开关Kb随即关断；至此复合开关已从C相上完全切除。
二、当把本实施例的复合开关作为故障自检开关使用时，其原理如下：
首先，需要同时断开一号开关、断开四号开关、断开五号开关、闭合二号开关、闭合三号开关和闭合六号开关，这样就把本实施例的复合开关变为了故障自检开关。
当需要投切复合开关时，控制器向可控硅开关Kb发出导通控制信号，使可控硅开关Kb导通。电流经可控硅开关Kb、电感La和电容Ca形成闭合回路，并联在电感La两端的电容C2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、光电耦合器OPT、电阻R1、电阻R0、电阻R2、自用电供电模块和接地端SGND共同形成了可控硅开关Kb的运行检测电路。在电流流过可控硅开关Kb时该可控硅开关Kb的运行检测电路会产生触发脉冲信号，保持一定时间后，控制器向磁保持继电器开关Kc发出闭合控制信号，使磁保持继电器开关Kc闭合。磁保持继电器开关Kc闭合后将可控硅开关Kb与电感La组成的串联支路短路，此时可控硅开关Kb的运行检测电路将不会产生触发脉冲。然后，控制器向可控硅开关Kb发出断开控制信号，使可控硅开关Kb断开，由磁保持继电器开关Kc保持供电回路工作。
当需要切除复合开关时，控制器向可控硅开关Kb发出导通控制信号，使可控硅开关Kb导通，保持一定时间后，控制器向磁保持继电器开关Kc发出断开控制信号，磁保持继电器开关Kc随即断开，此时，可控硅运行检测电路将有触发脉冲出现。最后，控制器向可控硅开关Kb再次发出断开控制信号，可控硅开关Kb随即断开。至此就完全切除了复合开关。
本实施例的复合开关具备在开关动作的过程中能进行自我故障检测，且无需在复合开关中另外设置检测故障的仪器，从而使复合开关的结构更加简单，体积小，结构可靠，成本低廉，降低了复合开关使用时投切不成功的安全隐患。
当把复合开关当作故障自检开关使用时，由于该复合开关自身投切故障包括可控硅开关Kb的无法导通故障、磁保持继电器开关Kc的无法闭合故障、磁保持继电器开关Kc的无法断开故障和可控硅开关Kb的无法关断故障。因此，判断复合开关自身投切故障的方法包括：
(2-1)判断可控硅开关Kb为无法导通故障的方法是：
在投入复合开关时，假设可控硅开关Kb处于关断状态，且磁保持继电器开关Kc也处于断开状态的前提下，
(2-1-1)先由控制器向可控硅开关Kb发出导通控制信号，控制器等待可控硅开关Kb的运行检测电路返回的触发脉冲信号，并用控制器的脉冲计数器进行触发脉冲计数，当延时0.2s后，若控制器接收到的触发脉冲个数大于5个时，即可认为该可控硅开关Kb能正常导通，若控制器接收到的触发脉冲个数小于55 个数时，
(2-1-2)再由控制器向可控硅开关Kb发出导通控制信号，并将脉冲计数器清零，再次延时0.2s后，若控制器接收到的触发脉冲个数仍小于5个时，即可判断该可控硅开关Kb为无法导通故障。
(2-2)判断磁保持继电器开关Kc为无法闭合故障的方法是：
在投入复合开关时，假设可控硅开关Kb能正常导通，且可控硅开关Kb已处于导通状态和磁保持继电器开关Kc处于断开状态的前提下，
(2-2-1)先由控制器向磁保持继电器开关Kc发出闭合控制信号，并将脉冲计数器清零，延时0.6s后，若控制器接收到可控硅开关Kb的触发脉冲个数大于 20个时，
(2-2-2)再由控制器向磁保持继电器开关Kc发出断开控制信号，并将脉冲计数器清零，再延时0.6s时间后，若控制器接收到可控硅开关Kb的触发脉冲个数也大于20个时，
(2-2-3)再次由控制器向磁保持继电器开关Kc发出闭合控制信号，并将脉冲计数器清零，再次延时0.6s后，此时如果控制器接收到可控硅开关Kb的触发脉冲计数仍大于20个时，即可判断该磁保持继电器开关Kc为无法闭合故障。
(2-3)判断磁保持继电器开关Kc为无法断开故障的方法是：
在切除复合开关时，假设可控硅开关Kb能正常导通，且可控硅开关Kb已处于断开状态和磁保持继电器开关Kc已处于闭合状态的前提下，
(2-3-1)先由控制器向可控硅开关Kv发出导通控制信号让可控硅开关Kv导通，并延时0.4s后让可控硅开关Kv可靠导通，又由控制器向磁保持继电器开关 Kc发出断开控制信号，并将脉冲计数器清零，等待0.6s后，若控制器接收到可控硅开关Kv的触发脉冲个数小于20个时；
(2-3-2)再由控制器向磁保持继电器开关Kc发出断开控制信号，并将脉冲计数器清零，再次等待0.6s后，若控制器接收到可控硅开关Kv的触发脉冲个数仍小于20个时，即可判断磁保持继电器开关Kc为无法断开故障。
(2-4)判断可控硅开关Kb为无法关断故障的方法是：
在切除复合开关时，假设磁保持继电器开关Kc能正常断开，且磁保持继电器开关Kc已处于断开状态和可控硅开关Kb还处于导通状态的前提下，
(2-4-1)先由控制器向可控硅开关Kb发出关断控制信号，并将脉冲计数器清零，延时0.2s后，若控制器接收到可控硅开关Kb的触发脉冲个数大于5个时；
(2-4-2)再由控制器向可控硅开关Kb发出关断控制信号，并将脉冲计数器清零，再次延时0.2s后，若控制器接收到可控硅开关Kb的触发脉冲个数仍大于 5个时，即可判断可控硅开关Kb为无法关断故障。
本实施例的复合开关既能检测自身投切故障，又能分别准确检测交流电电流过零点时的准确时间点和电压过零点时的准确时间点，不仅在复合开关有电流的情况下能分别保证可控硅开关Kb和磁保持继电器开关Kc在电流过零点时的准确时间点进行投切，还能在复合开关没有电流的情况下保证可控硅开关Kb在电压过零点时的准确时间点进行投切，投切电流小，投切时不会烧坏开关的触点，结构简单，可靠性高，安全性好，能大大延长复合开关的使用寿命。
本实施例的复合开关能进行复合开关自身投切故障的智能化检测，能及时让用户知道复合开关是否出现了故障，便于及时更换，结构简单，可靠性高，安全性好。
上面结合附图描述了本发明的实施方式，但实现时不受上述实施例限制，本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变化或修改。

Claims (7)

1.能检测自身故障的三相四线电能表，包括三相四线电能表本体，三相四线电能表本体包括A相、B相、C相、零线N和三相电能计量模块(110)，其特征在于，还包括节点J1和控制器(107)以及分别与控制器连接的三相平衡监测器(101)、一号电压采样电路(102)、单相逆变电源(103)、隔离变压器(105)、二号电压采样电路(108)和接口功率监测器(109)；单相逆变电源的电源输出端和隔离变压器的电源输入端连接，节点J1分别与隔离变压器的电源输出端和二号电压采样电路的采样端连接，三相电能计量模块与控制器连接；
还包括控制端与控制器连接的开关Ki，其中i为正整数，1≤i≤42；
还包括节点J18、节点J14和节点J6，节点J18的火线端与A相连接，节点J14的火线端与B相连接，节点J6的火线端与C相连接；节点J18的零线端、节点J14的零线端和节点J6的零线端都分别与零线N连接；
三相电能计量模块的电能计量端、三相平衡监测器的监测端和一号电压采样电路的采样端都分别与节点J18、节点J14和节点J6连接；
单相逆变电源的电源输入端通过开关K40与节点J18连接，单相逆变电源的电源输入端通过开关K41与节点J14连接，单相逆变电源的电源输入端通过开关K42与节点J6连接；
还包括分别与所述接口功率监测器的监测端连接的一号负载接口(201)、二号负载接口(202)、三号负载接口(203)、四号负载接口(204)、五号负载接口(205)和六号负载接口(206)；
还包括节点J2、节点J3、节点J4、节点J5、节点J7、节点J8、节点J9、节点J10、节点J11、节点J12、节点J13、节点J15、节点J16、节点J17和节点J19；
所述节点J6、开关K13、节点J2、开关K14、节点J3、开关K15、节点J4、开关K16、节点J5和六号负载接口依次串联连接，所述节点J6、开关K21、节点J7、开关K22、节点J8、开关K23、节点J9、开关K24、节点J10和五号负载接口依次串联连接，所述节点J14、开关K29、节点J11、开关K30、节点J12、开关K31、节点J13和四号负载接口依次串联连接，所述节点J14、开关K34、节点J15、开关K35、节点J16和三号负载接口依次串联连接，所述节点J18、开关K38、节点J17和二号负载接口依次串联连接，所述节点J18、开关K39、节点J19和一号负载接口依次串联连接；
所述节点J1、开关K1、节点J2、开关K17和节点J19依次串联连接，所述节点J1、开关K2、节点J7、开关K25和节点J19依次串联连接，所述节点J1、开关K3、节点J11、开关K32和节点J19依次串联连接，所述节点J1、开关K4、节点J15、开关K36和节点J19依次串联连接，所述节点J1、开关K5、节点J3、开关K18和节点J17依次串联连接，所述节点J1、开关K6、节点J8、开关K26和节点J17依次串联连接，所述节点J1、开关K7、节点J12、开关K33和节点J17依次串联连接，所述节点J1、开关K8、节点J16、开关K37和节点J17依次串联连接，所述节点J1、开关K9、节点J4、开关K19和节点J16依次串联连接，所述节点J1、开关K10、节点J9、开关K27和节点J16依次串联连接，所述节点J1、开关K11、节点J5、开关K20和节点J13依次串联连接，所述节点J1、开关K12、节点J10、开关K28和节点J13依次串联连接；
所述开关K40、开关K41和开关K42均为电路结构完全相同的复合开关；所述复合开关包括一号节点(701)、二号节点(702)、一号开关(2011)、二号开关(2021)、三号开关(2031)、四号开关(2041)、五号开关(2051)、六号开关(2061)、节点Ma、节点Mb、节点Mc、节点Md、节点Me、电感La、电容Ca、电容C0、电容C2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、光电耦合器OPT、电阻R0、电阻R1、电阻R2、切换开关Ka、磁驱动电路(502)、硅驱动电路(503)、自用电供电模块(901)和接地端SGND，所述控制器(107)包含有脉冲计数器(805)；所述切换开关Ka包括可控硅开关Kb和磁保持继电器开关Kc，所述光电耦合器OPT包括发光二极管D5和光敏三极管Q0；所述可控硅开关Kb的一端和磁保持继电器开关Kc的一端分别与一号节点连接，所述可控硅开关Kb的另一端、一号开关的一端、三号开关的一端、四号开关的一端和电感La的一端分别与节点Ma连接，所述电感La的另一端、电容Ca的一端、二号开关的一端、五号开关的一端和六号开关的一端分别与节点Mb连接，磁保持继电器开关Kc的另一端、一号开关的另一端和二号开关的另一端分别与节点Mc连接，所述电容C2的一端、四号开关的另一端、二极管D1的正极端和二极管D3的负极端分别与节点Md连接，所述二极管D2的正极端、二极管D4的负极端、电容C0的一端和电阻R2的一端分别与节点Me连接，所述三号开关的另一端与电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端与电容C2的另一端连接，五号开关的另一端与电容C0的另一端连接，六号开关的另一端与电阻R2的另一端连接，所述电容Ca的另一端连接在二号节点上，所述二极管D1的负极端和二极管D2的负极端分别连接在发光二极管D5的正极端上，所述二极管D3的正极端和二极管D4的正极端分别连接在发光二极管D5的负极端上，所述光敏三极管Q0的集电极端分别与电阻R0的一端和控制器连接，所述光敏三极管Q0的发射极与信号接地端SGND连接，所述自用电供电模块分别与电阻R0的另一端、磁驱动电路、硅驱动电路和控制器连接，所述硅驱动电路分别与可控硅开关Kb的控制端和控制器连接，所述磁驱动电路分别与磁保持继电器开关Kc的控制端和控制器连接；在同一时间断面内所述一号节点只能连接在A相、B相和C相这三相中的其中一相上；所述二号节点连接在零线N上。
2.根据权利要求1所述的能检测自身故障的三相四线电能表，其特征在于，还包括与控制器连接的存储器(106)。
3.根据权利要求1所述的能检测自身故障的三相四线电能表，其特征在于，还包括过滤器(104)，过滤器串联连接在单相逆变电源的电源输出端和隔离变压器的电源输入端之间的连线上。
4.根据权利要求1所述的能检测自身故障的三相四线电能表，其特征在于，隔离变压器的变比大于1.17。
5.根据权利要求1所述的能检测自身故障的三相四线电能表，其特征在于，还包括与控制器连接的显示器(504)。
6.根据权利要求1所述的能检测自身故障的三相四线电能表，其特征在于，
当把三相四线电能表的复合开关当作过零点投切开关使用时，该复合开关的过零投切控制方法如下：
(1-1)投入复合开关；
(1-1-1)当要向C相投入复合开关时，先检测C相上电压UCN过零点时的准确时间点，当电压UCN过零点时，控制器立即向可控硅开关Kb发出导通控制信号，可控硅开关Kb随即导通；
(1-1-2)当可控硅开关Kb导通设定时间后，先检测电流I1过零点时的准确时间点，当电流I1过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关Kc发出闭合控制信号，磁保持继电器开关Kc随即闭合；I1为电感La的电流；
(1-1-3)然后再次检测电流I1过零点时的准确时间点，当电流I1过零点时，控制器立即向可控硅开关Kb发出关断控制信号，可控硅开关Kb随即关断，此时只由磁保持继电器开关Kc保持供电回路工作，至此完成复合开关向C相的投入工作；
(1-2)切除复合开关；
(1-2-1)当要切除C相上的复合开关时，先检测电流I1过零点时的准确时间点，当电流I1过零点时，控制器立即向可控硅开关Kb发出导通控制信号，可控硅开关Kb随即导通，延时一段时间使可控硅开关Kb可靠导通；
(1-2-2)在可控硅开关Kb导通的情况下，再次检测电流I1过零点时的准确时间点，当电流I1过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关Kc发出断开控制信号，磁保持继电器开关Kc随即断开；
(1-2-3)然后再次检测电流I1过零点时的准确时间点，当电流I1过零点时，控制器立即向可控硅开关Kb发出关断控制信号，可控硅开关Kb随即关断；至此复合开关已从C相上完全切除。
7.根据权利要求1所述的能检测自身故障的三相四线电能表，其特征在于，当把三相四线电能表的复合开关当作故障自检开关使用时，由于该复合开关自身投切故障包括可控硅开关Kb的无法导通故障、磁保持继电器开关Kc的无法闭合故障、磁保持继电器开关Kc的无法断开故障和可控硅开关Kb的无法关断故障；因此，判断复合开关自身投切故障的方法包括：
(2-1)判断可控硅开关Kb为无法导通故障的方法是：
在投入复合开关时，假设可控硅开关Kb处于关断状态，且磁保持继电器开关Kc也处于断开状态的前提下，
(2-1-1)先由控制器向可控硅开关Kb发出导通控制信号，控制器等待可控硅开关Kb的运行检测电路返回的触发脉冲信号，并用控制器的脉冲计数器进行触发脉冲计数，当延时0.2s后，若控制器接收到的触发脉冲个数大于5个时，即可认为该可控硅开关Kb能正常导通，若控制器接收到的触发脉冲个数小于5个数时，
(2-1-2)再由控制器向可控硅开关Kb发出导通控制信号，并将脉冲计数器清零，再次延时0.2s后，若控制器接收到的触发脉冲个数仍小于5个时，即可判断该可控硅开关Kb为无法导通故障；
(2-2)判断磁保持继电器开关Kc为无法闭合故障的方法是：
在投入复合开关时，假设可控硅开关Kb能正常导通，且可控硅开关Kb已处于导通状态和磁保持继电器开关Kc处于断开状态的前提下，
(2-2-1)先由控制器向磁保持继电器开关Kc发出闭合控制信号，并将脉冲计数器清零，延时0.6s后，若控制器接收到可控硅开关Kb的触发脉冲个数大于20个时，
(2-2-2)再由控制器向磁保持继电器开关Kc发出断开控制信号，并将脉冲计数器清零，再延时0.6s时间后，若控制器接收到可控硅开关Kb的触发脉冲个数也大于20个时，
(2-2-3)再次由控制器向磁保持继电器开关Kc发出闭合控制信号，并将脉冲计数器清零，再次延时0.6s后，此时如果控制器接收到可控硅开关Kb的触发脉冲计数仍大于20个时，即可判断该磁保持继电器开关Kc为无法闭合故障；
(2-3)判断磁保持继电器开关Kc为无法断开故障的方法是：
在切除复合开关时，假设可控硅开关Kb能正常导通，且可控硅开关Kb已处于断开状态和磁保持继电器开关Kc已处于闭合状态的前提下，
(2-3-1)先由控制器向可控硅开关Kb发出导通控制信号让可控硅开关Kb导通，并延时0.4s后让可控硅开关Kb可靠导通，又由控制器向磁保持继电器开关Kc发出断开控制信号，并将脉冲计数器清零，等待0.6s后，若控制器接收到可控硅开关Kb的触发脉冲个数小于20个时；
(2-3-2)再由控制器向磁保持继电器开关Kc发出断开控制信号，并将脉冲计数器清零，再次等待0.6s后，若控制器接收到可控硅开关Kb的触发脉冲个数仍小于20个时，即可判断磁保持继电器开关Kc为无法断开故障；
(2-4)判断可控硅开关Kb为无法关断故障的方法是：
在切除复合开关时，假设磁保持继电器开关Kc能正常断开，且磁保持继电器开关Kc已处于断开状态和可控硅开关Kb还处于导通状态的前提下，
(2-4-1)先由控制器向可控硅开关Kb发出关断控制信号，并将脉冲计数器清零，延时0.2s后，若控制器接收到可控硅开关Kb的触发脉冲个数大于5个时；
(2-4-2)再由控制器向可控硅开关Kb发出关断控制信号，并将脉冲计数器清零，再次延时0.2s后，若控制器接收到可控硅开关Kb的触发脉冲个数仍大于5个时，即可判断可控硅开关Kb为无法关断故障。
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