一种适用于换相开关的试验装置及试验方法与流程

1.本发明涉及配电自动化、电能质量治理和试验检测领域，具体涉及一种适用于换相开关的试验装置及试验方法。


背景技术：

2.低压配电网大多为三相四线制系统，这其中单相负荷占多数，这些负荷在用电的时间和规律性方面具有不确定性，造成低压配电网长期存在着三相不平衡问题，尤其是偏远地区长距离输配电时，三相不平衡现象极为严重，使得电网线损严重影响了电网安全稳定和经济运行。
3.换相开关型三相负荷自动调节装置是用于改善低压配电网络的三相负载不平衡的配电自动化设备，它主要由主控制器和换相开关组成，通过调整单相负荷所在相，使a、b、c各相中的电荷均匀分布，以达到三相平衡的目的。换相开关的主要作用就是将单相负荷从a、b、c中的一相，切换到另一相。对换相开关的要求是，既要能够快速的将负荷从一相转移到另一相，减少负荷断电时间，又要能够保证不造成a、b、c之间的相间短路。
4.目前，行业正在开展换相开关型三相负荷自动调节装置的标准研究工作，但是针对换相开关，尚且缺少相关的检测技术。


技术实现要素：

5.为克服现有技术中缺少对换相开关的检测技术，本发明提供了一种适用于换相开关的试验装置，包括：三相可调电源、可调负载和控制保护机组；
6.待测换相开关连接于所述三相可调电源与所述可调负载之间；所述控制保护机组，分别与三相可调电源、待测换相开关和可调负载连接；
7.所述控制保护机组，用于根据试验所需工况向所述三相可调电源和所述可调负载发送控制指令；
8.所述三相可调电源，用于根据所述控制指令调节输出电压和供电相数，为所述待测换相开关提供试验所需电压；
9.所述可调负载，用于根据所述控制指令调节负载，为待测换相开关提供换相试验所需负载。
10.优选的，所述三相可调电源，包括：
11.依次串联的三相电源、串联调压装置和分相可控的接触器；
12.所述串联调压装置，用于基于所述控制保护机组发送的控制指令调节所述三相电源的输出电压；
13.所述分相可控的接触器，用于基于所述控制保护机组发送的控制指令调节所述三相电源的供电相数。
14.优选的，所述串联调压装置，包括：三个单相隔离变压器和三个电动调压器；
15.所述三个单相隔离变压器的原边与所述三相电源的相一一对应连接；
16.所述三个电动调压器分别通过所述三个单相隔离变压器的副边分别与所述三相电源的每一相连接。
17.优选的，所述分相可控的接触器，包括：分别安装于三相电动调压器每一相上的开关；
18.所述待测换相开关包括三个开关单元；
19.所述三个开关单元与所述三个电动调压器的三相一一对应连接。
20.优选的，所述可调负载，包括：电感、电容、多个可变电阻和多个开关；
21.所述多个可变电阻、电感、电容分别与一个开关串联构成一个支路，所述支路之间并联。
22.优选的，所述多个可变电阻的电阻值的确定，包括：
23.通过所述待测换相开关的额定电压除以设定倍数额定电流确定最小电阻值；
24.通过所述最小电阻值和所述多个可变电阻的设定比值确定除所述最小电阻值以外的电阻值。
25.优选的，所述控制保护机组，包括：后台工作站子模块、监控子模块、数据采集子模块、电动调压器控制单元和可调负载控制单元；
26.所述后台工作站子模块与所述监控子模块通信连接，用于根据试验所需工况生成控制指令，并传输至所述监控子模块；
27.所述监控子模块与所述电动调压器控制单元和可调负载控制单元通信连接，用于将所述控制指令输出至所述电动调压器控制单元和可调负载控制单元，并接收所述电动调压器控制单元和所述可调负载控制单元反馈的信息；
28.所述数据采集子模块与所述电动调压器控制单元和可调负载控制单元连接，用于采集换相调节过程中所述电动调压器控制单元和可调负载控制单元的数据；
29.所述电动调压器控制单元与所述三相可调电源连接，用于将控制指令转发给三相可调电源；
30.所述可调负载控制单元与所述可调负载连接，用于将所述控制指令转发给可调负载。
31.优选的，所述控制保护机组还包括：对时子模块；
32.所述对时子模块分别于所述待测换相开关、所述监控子模块、所述数据采集子模块连接，用于对待测换相开关、监控子模块、数据采集子模块的时间进行校准。
33.基于同一发明构思本发明还提供了一种适用于换相开关的试验装置的试验方法，包括：
34.利用控制保护机组基于试验所需工况生成控制三相可调电源和可调负载的控制指令；
35.基于所述控制保护机组下发的三相可调电源的控制指令调节与所述控制保护机组相连的三相可调电源模块的输出电压和供电相数为待测换相开关提供试验电压，并获取所述三相可调电源的试验数据；
36.基于所述控制保护机组下发的可调负载的控制指令调节与所述控制保护机组相连的可调负载的负载为待测换相开关提供换相试验所需要的试验负载，并获取所述可调负载的试验数据。
37.优选的，所述基于所述控制保护机组下发的三相可调电源的控制指令调节与所述控制保护机组相连的三相可调电源模块的输出电压和供电相数为待测换相开关提供试验电压，包括：
38.所述三相可调电源的串联调压装置基于所述控制保护机组发送的控制指令调节所述三相电源的输出电压；
39.所述三相可调电源的分相可控的接触器基于所述控制保护机组发送的控制指令调节所述三相电源的供电相数。
40.优选的，所述基于所述控制保护机组下发的可调负载的控制指令调节与所述控制保护机组相连的可调负载的负载为待测换相开关提供换相试验所需要的试验负载，包括：
41.所述可调负载的电感、电容、可变电阻基于所述控制指令调节与所述可调负载的电感、电容、可变电阻串联的开关状态，为待测换相开关提供换相试验所需要的试验负载。
42.优选的，所述利用控制保护机组基于试验所需工况生成控制三相可调电源和可调负载的控制指令，包括：
43.基于所述控制保护机组的后台工作站子模块根据试验所需工况生成控制指令，并传输至所述基控制保护机组的监控子模块；
44.所述监控子模块将所述控制指令输出至所述控制保护机组的电动调压器控制单元和可调负载控制单元，并接收所述电动调压器控制单元和所述可调负载控制单元反馈的信息；
45.所述控制保护机组的数据采集子模块采集换相调节过程中所述电动调压器控制单元和可调负载控制单元的数据。
46.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
47.本发明提供本发明提供了一种适用于换相开关的试验装置，包括：三相可调电源、可调负载和控制保护机组；待测换相开关连接于所述三相可调电源与所述可调负载之间；所述控制保护机组，分别与三相可调电源、待测换相开关和可调负载连接；所述控制保护机组，用于根据试验所需工况向所述三相可调电源和所述可调负载发送控制指令；所述三相可调电源，用于根据所述控制指令调节输出电压和供电相数，为所述待测换相开关提供试验所需电压；所述可调负载，用于根据所述控制指令调节负载，为待测换相开关提供换相试验所需负载。本发明利用三相可调电源调节供电电压与供电相数，模拟不同电压和/或缺相故障下对待测换相开关的试验；并利用可调负载选择试验所需负载，对换相开关进行精准检测。
附图说明
48.图1为本发明一种适用于换相开关的试验装置试验回路示意图；
49.图2为本发明实施例中配变三相不平衡负荷自动均衡控制方案示意图；
50.图3为本发明实施例中基于机械式开关的换相单元示意图；
51.图4为本发明实施例中基于复合式开关的换相单元示意图；
52.图5为本发明一种适用于换相开关的试验装置结构示意图。
具体实施方式
53.本发明公开了一种适用于换相开关的试验装置及试验方法，支撑换相开关全运行电压范围的测试要求，具备换相过程的冲击电流的耐受能力，具备相间短路保护功能；支撑换相开关阻性、感性和容性负载条件下的切换试验；支撑换相开关的换相断电时间测量要求。试验方法简单可靠，满足对换相开关的试验验证要求。
54.为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
55.实施例1：
56.一种适用于换相开关的试验装置，如图1所示，包括：三相可调电源、可调负载和控制保护机组；
57.待测换相开关连接于所述三相可调电源与所述可调负载之间；所述控制保护机组，分别与三相可调电源、待测换相开关和可调负载连接；
58.所述控制保护机组，用于根据试验所需工况向所述三相可调电源和所述可调负载发送控制指令；
59.所述三相可调电源，用于根据所述控制指令调节输出电压和供电相数，为所述待测换相开关提供试验所需电压；
60.所述可调负载，用于根据所述控制指令调节负载，为待测换相开关提供换相试验所需负载。
61.在实际工作中采样的配变三相不平衡负荷自动均衡控制系统方案，如图2所示。通过主控单元采集变压器出口三相电流数据，分析变压器的三相不平衡度；如果计算三相不平衡度不满足要求，主控单元根据接收的分控单元采集的用户电压和电流数据，采用负荷自动均衡控制算法，计算出最佳的换相调整方案，下达指令给分控单元；分控单元控制换相单元的开关进行换相调整，最终调节至三相不平衡度满足要求。
62.其中，每个换相单元的输入接a、b、c三相线路和零线，输出一火线一零线接用户负载。通过换相单元调整各个用户负载接入的相别，使负载均衡地接到三相线路上。
63.换相单元的开关有两种结构：机械式开关和复合式开关。采用机械式开关的换相单元结构如图3所示，采用复合式开关的换相单元结构如图4所示。机械式开关换相单元将用户负载从一相换到另一相的过程中，会造成用户供电中断；复合式开关结构采用反并联晶闸管和机械开关结合的方式，当接受到换相指令后，触发一相的晶闸管，同时断开其并联断路器，根据此相的电流方向和两相的电压大小，触发另一相的晶闸管，通过两相相应的晶闸管强迫换相，使电流从一相转移到另一相，然后闭合另一相的断路器，撤销其并联晶闸管的触发脉冲，这种结构避免了换相过程中供电中断。
64.针对于换相开关实现负荷换相的应用场景，换相速度快、减少换相断电时间的技术要求，以及给配用电系统带来相间短路的技术风险，提出一种适用于换相开关的试验装置，其试验回路如图5所示，试验装置如图1所示，包括三相可调电源，用于给待测换相开关供电；接入模块，用于实现待测换相开关的接入和退出；可调负载，用于给待测换相开关提供负载；控制保护模块用于控制和保护整个装置的运行和操作。
65.所述三相可调电源，由电源、串联调压装置和分相可控的接触器依次串联，所述串联调压装置采用三个独立的单相隔离变压器t1～t3，隔离变压器原边接输入电源，副边接
电动调压器m1～m3，调压器输出与电源串联。
66.所述可调负载，由电阻r1～r4、电感l和电容c各并联构成；其中电阻组r1～r4由四只电阻构成，其阻值比例为8:4:2:1，最小的电阻值计算方法为换相开关的额定电压除以8/15倍的额定电流。
67.所述控制保护机组包括后台工作站子模块、对时子模块、监控子模块、数据采集子模块、电动调压器控制单元和可调负载控制单元。后台工作站子模块用于实现试验操作的人机交互；对时子模块用于实现对被测设备和监控子模块、数据采集子模块的校时；监控子模块用于实现试验操作的控制指令的输出，反馈信号的输入；数据采集子模块用于实现换相调节过程的数据采集和波形录制。
68.本发明提供的试验装置可以对换相开关开展阻性负载、容性负载和感性负载等不同工况下的换相断电时间、换相冲击电流等重要参数的测试。
69.实施例2：
70.本发明提供了一种适用于换相开关的试验装置的试验方法，包括：
71.利用控制保护机组基于试验所需工况生成控制三相可调电源和可调负载的控制指令；
72.基于所述控制保护机组下发的三相可调电源的控制指令调节与所述控制保护机组相连的三相可调电源模块的输出电压和供电相数为待测换相开关提供试验电压，并获取所述三相可调电源的试验数据；
73.基于所述控制保护机组下发的可调负载的控制指令调节与所述控制保护机组相连的可调负载的负载为待测换相开关提供换相试验所需要的试验负载，并获取所述可调负载的试验数据。
74.基于所述控制保护机组下发的三相可调电源的控制指令调节与所述控制保护机组相连的三相可调电源模块的输出电压和供电相数为待测换相开关提供试验电压，包括：
75.所述三相可调电源的串联调压装置基于所述控制保护机组发送的控制指令调节所述三相电源的输出电压；
76.所述三相可调电源的分相可控的接触器基于所述控制保护机组发送的控制指令调节所述三相电源的供电相数。
77.基于所述控制保护机组下发的可调负载的控制指令调节与所述控制保护机组相连的可调负载的负载为待测换相开关提供换相试验所需要的试验负载，包括：
78.所述可调负载的电感、电容、可变电阻基于所述控制指令调节与所述可调负载的电感、电容、可变电阻串联的开关状态，为待测换相开关提供换相试验所需要的试验负载。
79.利用控制保护机组基于试验所需工况生成控制三相可调电源和可调负载的控制指令，包括：
80.基于所述控制保护机组的后台工作站子模块根据试验所需工况生成控制指令，并传输至所述基控制保护机组的监控子模块；
81.所述监控子模块将所述控制指令输出至所述控制保护机组的电动调压器控制单元和可调负载控制单元，并接收所述电动调压器控制单元和所述可调负载控制单元反馈的信息；
82.所述控制保护机组的数据采集子模块采集换相调节过程中所述电动调压器控制
单元和可调负载控制单元的数据。
83.试验具体步骤如下：
84.步骤1：电源供电，投入隔离变压器和电动调压器，调节电动调压器至试验所需供电压；
85.步骤2：调节可调负载模块，按照试验所需负荷大小，选择电阻、电感或电容并联；
86.步骤3：投入待测换相开关，开展换相试验，数据采集子模块记录换相过程，记录换相冲击电流和换相断电时间；
87.步骤4：调节分相可控的接触器中的开关km1～km3，模拟a～c相缺相故障，测试换相开关是否能够正确动作；
88.步骤5：改变输入电压和负载设定值，重复上述1～4过程。
89.实施例3：
90.本实施例以额定电压ac220/380v、50hz，额定电流120a的换相开关测试为例：
91.所述三相可调电源模块，由电源、串联调压装置和分相可控的接触器依次串联，所述电源采用低压三相四线ac220/380v、50hz电源，电源容量不低于80kva；串联调压装置采用三个独立的单相隔离变压器t1～t3，每台变压器的参数为输入电压ac220v，变比1:1，容量27kva；隔离变压器原边接输入电源，副边接电动调压器m1～m3，调压器输出与电源串行联接，调压器输出电压范围ac-110v～ 110v，相位与输入电源相位一致，容量27kva。
92.所述可调负载模块，由电阻r1～r4、电感l和电容c各并联构成；其中电阻组r1～r4由四只电阻构成，其阻值比例为8:4:2:1，最小的电阻值计算方法为换相开关的额定电压除以8/15倍的额定电流，具体的，r1阻值3.4ω，额定电流64a，r2阻值6.8ω，额定电流32a，r3阻值13.6ω，额定电流16a，r1阻值26.4ω，额定电流8a；电感8.25ml，额定电流85a；电容9.73mf，额定电流72a。通过调节r1～r4，可以实现阻性负载6.67％～100％额定电流的阶梯调节；通过r1、r3和l，实现功率因数为0.5的感性负载；通过r1、r2和c，实现功率因数为0.8的容性负载。
93.所述控制保护机组包括后台工作站子模块、对时子模块、监控子模块、数据采集子模块、电动调压器控制单元和可调负载控制单元。采用ni usb-6346数据采集控制板卡，实现监测控制、数据采集和录波系统等功能。
94.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
95.本发明是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
96.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特
定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
97.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
98.以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。