CN108333983B - 调压分接开关，开关的使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种调压分接开关，开关的使用方法，通过本发明，在调压分接开关中使用晶闸管连接至磁保持开关，使用晶闸管组成的调压分接开关，解决了相关技术中有载分接开关易被冲击损坏的问题，避免了对晶闸管的损害，同时在调压切换过程中，无涌流，无操作过电压。
Description
技术领域
本发明涉及电力领域，具体而言，涉及一种调压分接开关，开关的使用方法。
背景技术
在相关技术中，有载分接开关，是一种为变压器在负载变化时提供恒定电压的开关装置。其基本原理就是在保证不中断负载电流的情况下，实现变压器绕组中分接头之间的切换，从而改变绕组的匝数，即变压器的电压比，最终实现调压的目的，其中有载分接开关是其最关键、最昂贵元件。有载分接开关大致经历了如下三个阶段：
第一代技术，铜钨或真空触头式有载分接开关。早在1920年美国通用电气公司首先制造出电抗式有载调压开关。1927年德国杨森博士发明的电阻过渡原理的有载分接开关。以后得到迅速发展，在世界各地背大量采用。电阻式有载分接开关主要由选择开关、切换开关和转动机构组成，在有载分接开关发展的近100年历史中，其电气和机械性能有了很大的提高，但基本原理和结构没有本质的变化。变压器有载分接开关绝缘油离线过滤装置，由于开关频繁地带负载切换，产生的电弧会导致开关油的裂解，产生游离碳，水分等油质的劣化，降低了油的绝缘强度，限制了开关的切换次数，甚至危及变压器的安全运行。因此，近几年来，真空有载分接开关得到了快速发展，其最典型的优点在于对绝缘油无污染。
第二代技术，晶闸管式无触头开关。随着电力电子器件的发展和应用，研发出由可控硅为核心的晶闸管开关。其原理为通过电压、电流过零检测控制，保证在电压零区附近合闸，从而避免了合闸涌流的产生，而切断又在电流过零时完成，避免了暂态过电压的出现，另外由于可控硅的触发次数较大，可以实现准动态补偿(响应时间在几十毫秒级)。然而晶闸管开关在应用上有致命的弱点：就是在通电运行时损耗很大，为了降温就需要使用面积很大的散热器，甚至需要风扇进行强迫通风；另外可控硅对电压变化率非常敏感，遇到操作过电压及雷击等电压突变的情况很容易误导通而被涌流损坏；可控硅开关的缺点是结构复杂、体积大、损耗大、成本高、可靠性差，优点是能实现过零投切、动作迅速、反应快，多用于动态补偿的场合。
第三代技术，复合式开关。利用接触器运行功耗小和可控硅开关过零投切的优点，便是一个较为理想的投切元件，这就是开发复合开关的基本思路，这种投切开关同时具备了交流接触器和电力电子投切开关二者的优点，不但抑制了涌流、避免了拉弧而且功耗较低，不再需要配备笨重的散热器和冷却风扇。复合开关自从2002年开始，由原来全国仅数家企业研发生产，至今已扩展到数十家企业，虽外型结构或电路有所不同，但内在原理基本相同：用可控硅作为电容器的投入和切除单元，用大功率永磁式磁保持继电器代替交流接触器负责保持接通。从原理上看是理想的投切元件，但实际上并非如此，存在下面一些缺陷：可控硅是一种对热和电冲击很敏感的半导体元件，一旦出现冲击电流或电压超过其容许值时，就会立即使其永久性的损坏；可控硅取能、控制等单元模块结构复杂；复合开关技术既使用可控硅又使用继电器，于是结构就变得相当复杂；复合开关的过零是由电压过零型光耦检测控制的，从微观上看它并不是真正意义上的过零投切，而是在触发电压低于2～5电角度导通，因而仍有一点涌流。
针对相关技术中的有载分接开关易被冲击损坏的问题，目前还没有有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种调压分接开关，开关的使用方法，以至少解决相关技术中的有载分接开关易被冲击损坏的问题。
根据本发明的一个实施例，提供了一种调压分接开关，包括：晶闸管，磁保持开关；所述磁保持开关连接至所述晶闸管，其中，所述磁保持开关包括晶闸管支路开关和直通支路开关。
可选地，所述晶闸管的数量为两个，包括第一晶闸管，第二晶闸管。
可选地，所述晶闸管支路开关连接至第一晶闸管阳极，以及连接至第二晶闸管的阴极。
可选地，所述直通支路开关连接至所述第一晶闸管阴极，以及连接至所述第二晶闸管的阳极。
可选地，在正常工作状态时，所述磁保持开关处于以下状态：所述直通支路开关处于连接状态，所述晶闸管支路开关处于断开状态。
可选地，所述第一晶闸管的门极，和所述第二晶闸管的门极均连接至微控制单元(Microcontroller Unit，简称为MCU)，其中，所述MCU用于控制所述磁保持开关。
根据本发明的另一个实施例，还提供了一种开关的使用方法，该开关包括晶闸管，磁保持开关；在正常工作状态时，设置所述磁保持开关的直通支路开关处于连接状态，设置所述磁保持开关晶闸管支路开关处于断开状态；在确定切换电路时，将所述直通支路的电流转移至所述晶闸管支路。
可选地，所述晶闸管为两个，包括第一晶闸管，第二晶闸管；其中，所述第一晶闸管的门极，和所述第二晶闸管的门极均连接至微控制单元 MCU。
可选地，由MCU依据电流极性和/或电流相位控制所述磁保持开关的直通支路开关和/或晶闸管支路开关。
可选地，通过等电位操作方式将所述直通支路的电流转移至所述晶闸管支路。
通过本发明，在调压分接开关中使用晶闸管，晶闸管连接至磁保持开关，使用晶闸管组成的调压分接开关，解决了相关技术中有载分接开关易被冲击损坏的问题，避免了对晶闸管的损害，同时在调压切换过程中，无涌流，无操作过电压。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明的实施例的一种调压分接开关示意图；
图2是根据本发明优选实施例的开关控制电路示意图；
图3(a)是根据本发明优选实施例的使用调压分接开关的降压切换程序的示意图一；
图3(b)是根据本发明优选实施例的使用调压分接开关的降压切换程序的示意图二；
图4(a)是根据本发明优选实施例的使用调压分接开关的升压切换程序的示意图一；
图4(b )是根据本发明优选实施例的使用调压分接开关的升压切换程序的示意图二。
具体实施方式
实施例一
本发明实施例提供了一种调压分接开关，以至少解决相关技术中的有载分接开关易被冲击损坏的问题。
图1是根据本发明的实施例的一种调压分接开关示意图，如图1所示，该调压分接开关包括：晶闸管，磁保持开关；该磁保持开关连接至该晶闸管。
通过本发明，在调压分接开关中使用晶闸管，晶闸管连接至磁保持开关，使用晶闸管组成的调压分接开关，解决了相关技术中有载分接开关易被冲击损坏的问题，避免了对晶闸管的损害，同时在调压切换过程中，无涌流，无操作过电压。
可选地，该磁保持开关包括晶闸管支路开关和直通支路开关。
可选地，该晶闸管的数量为两个，包括第一晶闸管，第二晶闸管。
可选地，该晶闸管支路开关连接至第一晶闸管阳极，以及连接至第二晶闸管的阴极。
可选地，该直通支路开关连接至该第一晶闸管阴极，以及连接至该第二晶闸管的阳极。
可选地，在正常工作状态时，该磁保持开关处于以下状态：该直通支路开关处于连接状态，该晶闸管支路开关处于断开状态。
可选地，该第一晶闸管的门极，和该第二晶闸管的门极均连接至微控制单元MCU，其中，该MCU用于控制该磁保持开关。
可选地，该MCU依据电流极性和/或电流相位控制该磁保持开关。
可选地，在确定切换电路时，将该直通支路的电流转移至该晶闸管支路。
可选地，通过等电位操作方式将该直通支路的电流转移至该晶闸管支路。
根据本发明的另一个实施例，还提供了一种开关的使用方法，该开关包括晶闸管，磁保持开关；该方法包括以下步骤：
步骤一，在正常工作状态时，设置该磁保持开关的直通支路开关处于连接状态，设置该磁保持开关晶闸管支路开关处于断开状态；
步骤二，在确定切换电路时，将该直通支路的电流转移至该晶闸管支路。
可选地，该晶闸管为两个，其中，该第一晶闸管的门极，和该第二晶闸管的门极均连接至微控制单元MCU。
可选地，由MCU依据电流极性和/或电流相位控制该磁保持开关的直通支路开关和/或晶闸管支路开关。
可选地，通过等电位操作方式将该直通支路的电流转移至该晶闸管支路。
下面结合本发明优选实施例进行详细说明。
相关技术中的有载分接开关存在以下问题：
铜钨触头式技术缺点：电弧触头烧损比较严重，油的碳化和污染速度快。真空有载分接开关技术缺点：真空管熄弧截流会产生过电压，对开关绝缘提出较高要求，且易导致电弧重燃。
可控硅式有载分接开关技术缺点：就是在通电运行时损耗很大，为了降温就需要使用面积很大的散热器，甚至需要风扇进行强迫通风；另外可控硅对电压变化率非常敏感，遇到操作过电压及雷击等电压突变的情况很容易误导通而被涌流损坏。
复合式有载分接开关技术缺点：可控硅对电压、电流、温度等条件敏感，易发生损坏；开关结构复杂，控制难度大。
本发明优选实施例提出了一种基于晶闸管的变压器有载分接开关，旨在解决如下技术问题：1、解决变压器在运行及切换过程中晶闸管面临的电压、电流冲击问题。2、解决机械开关体积庞大、操作要求高的问题。
如图1所示：
在正常工作状态时，磁保持开关直通支路工作，晶闸管支路磁保持开关断开，这样就可以避免工作过程中的雷电、操作过电压对晶闸管的损害。
当切换时，通过等电位操作的方式，直通磁保持开关电流转移至晶闸管支路，并通过两个晶闸管支路的时序操作配合，完成调压的切换，切换过程无涌流、无操作过电压。
操作过程中，可以通过过渡电阻抑制环流，或通过压敏电阻或稳压二极管方式消除环流，减少或避免截断环流时的操作过电压。
通过磁保持继电器与晶闸管之间的配合，实现有载分接开关的无电弧、无操作过电压的切换。
图2是根据本发明优选实施例的开关控制电路示意图，如图2所示，开关的控制时序需要通过MCU对电压电流极性，相位的判断来确定动作时刻。
图3(a)是根据本发明优选实施例的使用调压分接开关的降压切换程序的示意图一；图3(b)是根据本发明优选实施例的使用调压分接开关的降压切换程序的示意图二；图3的(a)(b)的两部分给出了本发明优选实施例的使用调压分接开关的降压切换程序的流程，如图3(a)(b)所示，包括以下10个步骤，以及每个步骤对应的波形图和三相电路图。
图3(a)中的步骤1，初始状态；
步骤2，准备阶段1，等电位闭合晶闸管支路；
步骤3，准备阶段2,，等电位断开直通支路；
步骤4，初始阶段1，检测ABC三相电压相位，极性，导通晶闸管控制信道切0，电阻支路反当前极性方向晶闸管控制信息切1；
步骤5，切换阶段2，C相自然过零关断原支路，环流降为0，电流流过新支路；
步骤6，切换阶段3，B相自然过零关断，环流降为0，电流流过新支路，C相第二晶闸管控制信号切1；
步骤7，切换阶段4，A相自然过零关断，环流降为0，电流流过新支路，B相第二晶闸管控制信号切1；
图3(b)中的步骤8，切换阶段5，A相第二晶闸管控制信号切1；
步骤9，切换阶段6，闭合直通支路开关；
步骤10，切换阶段7，等电位断开晶闸管电阻支路，完成切换。
图4(a)是根据本发明优选实施例的使用调压分接开关的升压切换程序的示意图一；图4(a)是根据本发明优选实施例的使用调压分接开关的升压切换程序的示意图二；图4中的(a)(b)给出了本发明优选实施例的使用调压分接开关的升压切换程序的流程，如图4(a)(b)所示，包括以下10个步骤，以及每个步骤对应的波形图和三相电路图。
图4(a)中的步骤1，初始状态；
步骤2，准备阶段1，等电位闭合晶闸管支路；
步骤3，准备阶段2,，断开直通支路；
步骤4，初始阶段1，检测ABC三相电压相位，极性，电阻晶闸管控制信号切0，电阻支路反当前极性方向晶闸管控制信息切1；
步骤5，切换阶段2，C相自然过零，调压完成，环流出现。过零后，切电阻支路晶闸管控制信号为0；
步骤6，切换阶段3，B相自然过零，调压完成，环流出现，过零后，切电阻支路晶闸管控制信号为0；
步骤7，切换阶段4，A相自然过零，调压完成，环流出现。过零后，切电阻支路晶闸管控制信号为0；
图4(b)中的步骤8，切换阶段5，A相第二晶闸管控制信号切1；
步骤9，切换阶段6，闭合直通支路开关；
步骤10，切换阶段7，等电位断开晶闸管电阻支路；
步骤11，切换完成准备1；
步骤12，切换完成准备2；
步骤13，切换完成。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种调压分接开关，其特征在于，包括：晶闸管，磁保持开关；
所述磁保持开关连接至所述晶闸管，其中，所述磁保持开关包括晶闸管支路开关和直通支路开关；
在正常工作状态时，磁保持开关直通支路工作，晶闸管支路磁保持开关断开；
当切换时，通过等电位操作的方式，直通磁保持开关电流转移至晶闸管支路，并通过两个晶闸管支路的时序操作配合，完成调压的切换；
操作过程中，通过过渡电阻抑制环流，或通过压敏电阻或稳压二极管方式消除环流，减少或避免截断环流时的操作过电压；
所述晶闸管支路开关连接至第一晶闸管阳极，以及连接至第二晶闸管的阴极；
所述直通支路开关连接至所述第一晶闸管阴极，以及连接至所述第二晶闸管的阳极。
2.根据权利要求1所述的调压分接开关，其特征在于，
所述晶闸管的数量为两个，包括第一晶闸管，第二晶闸管。
3.根据权利要求2所述的调压分接开关，其特征在于，在正常工作状态时，所述磁保持开关处于以下状态：
所述直通支路开关处于连接状态，所述晶闸管支路开关处于断开状态。
4.根据权利要求2所述的调压分接开关，其特征在于，
所述第一晶闸管的门极，和所述第二晶闸管的门极均连接至微控制单元MCU，其中，所述MCU用于控制所述磁保持开关。
5.一种开关的使用方法，其特征在于，该开关包括晶闸管，磁保持开关；
在正常工作状态时，设置所述磁保持开关的直通支路开关处于连接状态，设置所述磁保持开关晶闸管支路开关处于断开状态；
在确定切换电路时，将所述直通支路的电流转移至所述晶闸管支路；
在正常工作状态时，磁保持开关直通支路工作，晶闸管支路磁保持开关断开；
当切换时，通过等电位操作的方式，直通磁保持开关电流转移至晶闸管支路，并通过两个晶闸管支路的时序操作配合，完成调压的切换；
操作过程中，通过过渡电阻抑制环流，或通过压敏电阻或稳压二极管方式消除环流，减少或避免截断环流时的操作过电压；
所述晶闸管支路开关连接至第一晶闸管阳极，以及连接至第二晶闸管的阴极；
所述直通支路开关连接至所述第一晶闸管阴极，以及连接至所述第二晶闸管的阳极。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述晶闸管为两个，包括第一晶闸管，第二晶闸管；
其中，所述第一晶闸管的门极，和所述第二晶闸管的门极均连接至微控制单元MCU。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，由MCU依据电流极性和/或电流相位控制所述磁保持开关的直通支路开关和/或晶闸管支路开关。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过等电位操作方式将所述直通支路的电流转移至所述晶闸管支路。
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