CN208423798U - 一种调压无弧切换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种调压无弧切换装置，包括：变压单元、机械换挡开关、控制无弧切换过渡开关、电抗器及快速过渡开关；变压单元一侧接入到电源，另一侧与机械换挡开关连接，用于实现电压调节；电抗器用于限流；快速过渡开关是在控制无弧切换过渡的开关配合下的电力电子开关，且电抗器依次通过电力电子开关及两组控制无弧切换过渡开关连接到负载；电力电子开关用于在调压移动过程中基于电压变化实现导通或断开，使开关无弧切换。本申请通过电力电子开关以及两组控制无弧切换过渡开关的控制可以实现无弧切换，且机械换挡开关每组都是采用是双臂结构这样可以极大的避免出现拉弧或者过电压冲击，同时兼顾了换挡不掉电。

Description

一种调压无弧切换装置

技术领域

本实用新型涉及配电网中的电压切换相关技术领域，特别是指一种调压无弧切换装置。

背景技术

随着国民经济快速发展，城乡低压配电网供电质量问题越显突出：容量跟不上、线路老化、供电半径过长，而传统城乡配变基本都是无载调压，运行中输出电压固定不变，线路末端合格电压供电能力弱，再加上我国广大农村特别是高原山区、牧区、湖区等边远地区广泛存在点多分散、面广量大，广泛存在近变压器用户实际电压偏高、远变压器用户实际电压严重偏低等问题，严重影响城乡工商业发展和居民生活，为此需要一套线路中末端调压设备来提高供电电压合格率，优化供电质量，满足用电需求。而调压设备最关键的则是有载调压换挡，在有载时调压换挡若处理不好，容易产生掉电、过电压冲击、拉弧等现象，这些现象大大降低了用电设备和调压设备的使用寿命，严重时直接烧毁设备，甚至导致火灾的可能。而目前的调压设备主要运用到有(1)接触器式开关转换；(2)机械开关与电阻过渡和电抗器限流；(3)全部转换开关都用电力电子开关。这三种方式都存在一定的不足，其中方式(1)速度慢并且容易产生掉电和拉弧；方式(2)容易产生拉弧、设备磨损大、寿命短，不适合频繁调节；方式(3)结构复杂、成本高，电力电子器件不适合长时间通流。因此，需要提供一种新的技术措施来解决上述问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种调压无弧切换装置，能够提供一种结构简单的切换设备，使得变压器输出端能够在有载调节过程中不出现掉电和拉弧现象。

基于上述目的本实用新型提供的一种调压无弧切换装置，包括：变压单元、机械转换开关组(包含机械换挡开关和控制无弧切换过渡开关)、电抗器以及快速过渡开关；所述变压单元的一侧接入到电源中，另一侧与所述机械换挡开关连接；所述机械换挡开关用于通过与所述变压单元的配合实现不同电压的选取；所述电抗器用于实现调压过程中的限流作用；所述快速过渡开关是指电力电子开关，并且使得所述电抗器依次通过电力电子开关以及两组控制无弧切换过渡开关连接到负载；所述电力电子开关用于在所述两组控制无弧切换过渡开关实现调压移动过程中基于两端电压差的变化实现导通或者断开，进而使得左侧的机械换挡开关以及右侧的两组控制无弧切换过渡开关均能够实现无弧切换。

可选的，所述机械换挡开关每组有2个开关形成双臂结构，双臂前端共接于变压单元一个接点，双臂后端分别通过电抗器连接到电力电子开关的两端；所述电力电子开关的两端还分别通过两组控制无弧切换过渡开关连接到负载中。可选的，所述电力电子开关为并联双向设置的电力电子开关。

可选的，所述电力电子开关为可控硅。

可选的，所述可控硅型号为BAT41600B。

可选的，所述电抗器为分裂电抗器。

可选的，所述变压单元为自耦变压器。

可选的，还包括控制器；所述控制器用于控制机械换挡开关以及两组控制无弧切换过渡开关的闭合与断开，同时在控制无弧切换过渡开关移动过程产生电压差变化，促使电力电子开关导通，进而实现无弧调压控制。

从上面所述可以看出，本实用新型提供的调压无弧切换装置，通过机械换挡开关每组双臂与变压单元的组合，使得能够实现对于电源电压的调节控制，进而输出不同的电压需求；通过电抗器能够起到较好的限流作用，通过电力电子开关以及两组控制无弧切换过渡开关的配合可以使得机械转换开关实现无弧切换，尤其是对于调压过程中可以保证开关均在无电流状态进行断开和闭合，这样，可以极大的避免出现拉弧或电压冲击，同时兼顾换挡不掉电。因此，本申请所述调压无弧切换装置能够提供一种结构简单的切换设备，使得变压器输出端能够在有载调压过程中不出现掉电和拉弧现象。

附图说明

图1为本实用新型提供的调压无弧切换装置一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

需要说明的是，本实用新型实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本实用新型实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

参照图1所示，为本实用新型提供的调压无弧切换装置一个实施例的结构示意图。所述调压无弧切换装置包括：变压单元1、机械换挡开关2、电抗器 3以及快速过渡开关4；由图可知，所述变压单元1的一侧接入到电源中，另一侧与所述机械换挡开关2连接；所述机换挡开关2用于通过与所述变压单元 1的配合实现不同电压的选取，这样也即可以相对于稳定的电源输出不同的电压，实现电压调节；所述电抗器3用于实现调压过程中的限流作用，进而保证电压调节或者切换的稳定性；所述快速过渡开关4包括两组控制无弧切换过渡开关(K5、K6)和电力电子开关CK，并且使得所述电抗器依次通过电力电子开关以及两组控制无弧切换过渡开关连接到负载；所述电力电子开关用于在所述两组控制无弧切换过渡开关实现调压移动过程中基于两端电压差的变化实现导通或者断开，进而使得左侧的机械换挡开关2以及右侧的两组控制无弧切换过渡开关均能够实现无弧切换。这样，在需要电压切换的过程中，基于使得所述电力电子开关两侧的电压达到一定的范围即可使得电力电子开关导通或断开，进而可以使得左侧的机械换挡开关2或者右侧的两组控制无弧切换过渡开关(K5、K6)进行无电流闭合或断开，进而保证调压的无弧切换控制。

在本申请一些可选的实施例中，所述机械换挡开关2的一侧与所述变压单元1连接，另一侧输出两个电压端且均通过电抗器3连接到电力电子开关CK 的两端；所述电力电子开关的两端还分别通过两组控制无弧切换过渡开关连接到负载中。这样，可以使得两个输出端与每组双臂换挡开关相互配合实现半挡调节，提高电压调节的精细度。

可选的，所述电力电子开关为并联双向设置的电力电子开关。进一步，所述电力电子开关为可控硅。例如：所述可控硅型号为BAT41600B。这样使得响应动作速度在ms级，可控硅门槛电压低至4V，在准备要过渡时，控制器先发触发命令，当机械开关一旦启动K5或K6在可控硅两端产生的压差超过 4V就可以导通可控硅，转到另一臂单独供电，接下来要转换的开关进入无弧切换。

在另一些可选的实施例中，所述电抗器为分裂电抗器(LA1、LA2组成)。

由上述实施例可知，本申请所述调压无弧切换装置，通过机械换挡开关每组双臂结构与变压单元的组合，使得能够实现对于电源电压的调节控制，进而输出不同的电压需求；通过电抗器能够起到较好的限流作用，通过电力电子开关以及两组控制无弧切换过渡开关的配合可以使得开关实现无弧切换，尤其是对于调压过程中可以保证开关均在无电流状态进行断开和闭合，这样，可以极大的避免出现拉弧或者过电压冲击，同时兼顾换挡不掉电。因此，本申请所述调压无弧切换装置能够提供一种结构简单的切换设备，使得变压器输出端能够在有载调节过程中不出现掉电和拉弧现象。

在本申请一些可选的实施例中，所述机械换挡开关2每组都是有2个开关形成双臂结构，双臂前端共接于变压单元自耦变压器的一个接点，双臂后端分别通过电抗器连接到所述快速过渡开关；机械换挡开关可以做成多组与变压单元的自耦变压器组成多档位调压。例如，参照图中，设置有4组换挡开关，每组换挡开关的双臂就是两个开关元件，例如K11和K12。

优选的，所述变压单元为自耦变压器。

在本申请另一些可选的实施例中，所述电压无弧切换装置还包括控制器；所述控制器用于控制机械换挡开关以及支配两组控制无弧切换过渡开关使电力电子开关快速闭合或断开起到过渡作用，进而实现无弧调压控制。这样，可以快速动态调出合理的电压满足用电需求。

需要说明的是，虽然本申请提出的电压无弧切换装置适用于低压配电网，尤其是适用于低压配电网中线路中末端调压，有载无弧切换电压提高线路电压合格率。但是同样的基于本申请的发明思路，也可以应用于其他无弧调节过程中，本实施例对此不作详细说明。

在本申请一些可选的实施例中，为解决现有存在的拉弧断电等技术问题，提出一种特别适用于线路中末端干式调压无弧切换的装置，包括变压模块和无弧切换模块；其中，所述变压模块是直接接入电源的干式自耦变压器；所述无弧切换模块为在自耦变压器和负载间依次相连的机械转换开关、电抗器、快速可控过渡开关，其中，快速可控过渡开关在控制器触发下，只要随着转动的机械开关在其两端产生电压差就能促使可控过渡开关导通过渡，并且进一步使自耦变压器分接头在无电流下切换档位。所述电抗器在换挡过程中有限流作用，更重要的可以使调压在半档运行，使调节更精细化；可选的，所述机械转换开关是模具一体化开关，用来在无电流下转换自耦变压器不同档位接入负载。

在本申请一些可选的实施例中，进一步对本申请相关装置的原理以及实际操作步骤进行详细说明：

首先，针对于装置原理可以描述为，当要准备换挡时控制器发出触发命令，然后在机械开关刚转动的时候，产生大于4V的电压差，这时可控电力电子开关才导通，让另一个臂单独供电，这样要转换的机械开关断开时不会出现拉弧，机械开关合上时不会出现过电压冲击，可控电力电子开关在导通过渡时也不会出现掉电。此外，可控电力电子开关的快速过渡不仅使K5和K6无弧切换，同时在可控电力电子开关在K5和K6的配合下所有机械转换开关K11、k12、 K21、k22、K31、k32、K41、k42都是在无电流下进行无弧切换。

其次，针对于操作过程，参考图1可知，无弧切换开关包含K11～K42，共有8个接点，快速过渡开关是在K5和K6配合下的一对双向可控硅T1和 T2，换挡开关各接点的通断状态所对应的调档范围如下表1所示：

表1开关节点与调档状态关系表

更具体的，本申请给出了一个具体的调压过程，如下：

初始状态：K21、k22、K5、k6处于闭合状态，其它开关都是断开状态， 2个晶闸管T1和T2也是断开状态。

无弧切换过程：启动K6，在刚转动K6还未分开之前在控制触发下以及可控硅两端压差大于4V时，T1或T2将会导通，此时K6被短路，然后可以无弧切开K6，接着控制可控硅T1或T2关断，此时使得K21和K31与负载断开，即无电流；然后能够无电流断开K21并且合上K31，再次启动K6，在刚启动未完全合上时控制可控硅两端电压差达到4V使得T1或T2闭合，此时 K6同样被短路，然后无过电压冲击合上K6，控制可控硅关断T1或T2，此时完成一个调压臂换挡，也相当于完成半档电压输出调节，实现升压5％。如果再要升压则启动K5，同理，在刚转动K5还未分开之前在控制触发下以及可控硅两端压差大于4V时T1或T2导通，然后再无弧切开K5，接着可控硅T1 或T2关断，然后无电流断开K22合上K32，再次启动K5，在刚启动未完全合上时电压差达到4V时T1或T2闭合，然后无过电压冲击合上K5，然后可控硅关断T1或T2，此时完成另一臂换挡，达到升压10％。依次类推，交叉换挡调压，无弧切换不同档位，达到不掉电、不过电压冲击、不拉弧完成调压过程。因此，本申请所述无弧调压装置结构合理，调节控制简单，只需要一对双向可控硅，具有低成本、高效率的特点，调节灵活可靠，可独立单相调节，在线路中末端可升压也可降压保证用户电压合格率，调节档位可根据实际需要改变抽头变化比，达到精细化调节，转换开关模具成型，一体化转动，调节误差小，机械寿命能达上百万次。

由上述实施例可知，本申请与目前现有调压方式的设备相比具有的优点和积极效果至少包括：

(1)能做到无弧切换档位，不掉电、不冲击：本申请成功避免了接触式以及机械开关与电阻过渡式在换挡过程产生的拉弧，过电压冲击等现象，也不存在短时掉电的发生，很好的保证了用电设备的安全并延长了调压设备的寿命。

(2)结构合理，控制简单：所述调压无弧切换装置中的可控器件(例如电力电子开关)在控制器触发下，只要随着机械转动开关，转动启动时在可控器件两端产生小电压差便能使可控器件导通，然后过渡转换，进一步使变压器抽头在无电流下进行切换档位。

(3)可控器件数量少，成本低：所述调压无弧切换装置每相只需要一对正反并联的可控器件，并不是每个档位的换挡臂都用可控器件，此处可控器件的位置在输出的两臂之间，一对就能全解决，并能使变压器换挡抽头在无电流下切换。

(4)调节灵活可靠且精细：所述调压无弧切换装置可单相独立调节，哪相电压不合格就调对应相，其它相不做调节。同时，基于机械开关采用模具一体化成型，整个机械开关都是整体旋转运动，分散性小，调节可靠准确。且具有双向调节功能可升可降并带有半档精细化调节。

(5)设备寿命长：由于无弧切换，对设备损害小，且核心转动部分采用模具一体化，具有上百万次机械寿命。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本实用新型难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本实用新型难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本实用新型的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本实用新型的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本实用新型。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了具体实施例对本实用新型进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本实用新型的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种调压无弧切换装置，其特征在于，包括：变压单元、机械换挡开关、控制无弧切换过渡开关、电抗器以及快速过渡开关；所述变压单元的一侧接入到电源中，另一侧与所述机械换挡开关连接；所述机械换挡开关用于通过与所述变压单元的配合实现不同电压的选取；所述电抗器用于实现调压过程中的限流作用；所述快速过渡开关为电力电子开关，并且使得所述电抗器依次通过电力电子开关以及两组控制无弧切换过渡开关连接到负载；所述电力电子开关用于在所述两组控制无弧切换过渡开关实现调压移动过程中基于两端电压差的变化实现导通或者断开，进而使得左侧的机械换挡开关以及右侧的两组控制无弧切换过渡开关均能够实现无弧切换。

2.根据权利要求1所述的调压无弧切换装置，其特征在于，所述机械换挡开关每组有2个开关形成双臂结构，双臂前端共接于变压单元一个接点，双臂后端分别通过电抗器连接到电力电子开关的两端；所述电力电子开关的两端还分别通过两组控制无弧切换过渡开关连接到负载中；机械换挡开关为多组且与变压单元的自耦变压器组成多档位调压。

3.根据权利要求1所述的调压无弧切换装置，其特征在于，所述电力电子开关为并联双向设置的电力电子开关。

4.根据权利要求3所述的调压无弧切换装置，其特征在于，所述电力电子开关为可控硅。

5.根据权利要求4所述的调压无弧切换装置，其特征在于，所述可控硅型号为BAT41600B。

6.根据权利要求1所述的调压无弧切换装置，其特征在于，所述电抗器为分裂电抗器。

7.根据权利要求1所述的调压无弧切换装置，其特征在于，所述变压单元为自耦变压器。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的调压无弧切换装置，其特征在于，还包括控制器；所述控制器用于控制机械换挡开关以及支配两组控制无弧切换过渡开关使电力电子开关快速闭合或断开起到过渡作用，进而实现无弧调压控制。