阅读说明：本技术 一种10kv智能相控负荷开关 (10KV intelligent phase control load switch ) 是由 吴玉祥 沈晓高 卢宁 王海燕 梁超 于 2020-11-04 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种10KV智能相控负荷开关,分别设置在三相输电线路的A相输电线路、B相输电线路和C相输电线路上,然后再分别与跌落保险相连接,包括控制器和设置在A相输电线路上的A相开关、设置在B相输电线路上的B相开关和设置在C相输电线路上的C相开关；所述控制器分别与A相开关、B相开关和C相开关电性连接,用以分别控制其开启和关闭。(The invention provides a 10KV intelligent phase control load switch which is respectively arranged on an A-phase power transmission line, a B-phase power transmission line and a C-phase power transmission line of a three-phase power transmission line and then respectively connected with a falling fuse, and comprises a controller, an A-phase switch arranged on the A-phase power transmission line, a B-phase switch arranged on the B-phase power transmission line and a C-phase switch arranged on the C-phase power transmission line; the controller is electrically connected with the A-phase switch, the B-phase switch and the C-phase switch respectively and used for controlling the on and off of the A-phase switch, the B-phase switch and the C-phase switch respectively.)

一种10KV智能相控负荷开关

技术领域

本发明涉及一种10KV智能相控负荷开关，属于高压线路开关设备技术领域。

背景技术

目前在我国很多地方，安装10KV线路上的配电变压器的用“跌落保险”，而不用负荷开关。特别是农村电网，配电变压器数量庞大，估计全国有上百万台，使用“跌落保险”特别多。

“跌落保险”虽然便宜，安装简单，但它的安全性很差。检修后送电时产生很大的冲击电流，停电拉开跌落保险时产生很长的电弧，甚至形成相间弧光短路，造成大面积停电。同时也严重威胁到人身安全，经常造成设备和人身事故的。

跌落保险不合理性是显而易见的：特别在高压回路，既当隔离刀闸，又当开关，还当过流保护，三者一体。对10kv电压过于勉强和不安全。使用断路器和负荷开关虽然安全可靠，但造价较高。

为了解决此问题，本发明人开发了一种10KV智能相控负荷开关，刀闸、开关及保护三者一体，合闸不冲击，分闸无弧光。外形和跌落保险差不多，稍长一点，造价比传统断路器和负荷开关低得多，但性能一样。安装和传统跌落保险一样方便。

发明内容

针对上述问题，为了解决此问题，本发明提供了一种10KV智能相控负荷开关，刀闸、开关及保护三者一体，合闸不冲击，分闸无弧光。外形和跌落保险差不多，稍长一点，造价比传统断路器和负荷开关低得多，但性能一样。安装和传统跌落保险一样方便。

本发明的目的是提供一种10KV智能相控负荷开关，分别设置在三相输电线路的A相输电线路、B相输电线路和C相输电线路上，然后再分别与跌落保险相连接，包括控制器和设置在A相输电线路上的A相开关、设置在B相输电线路上的B相开关和设置在C相输电线路上的C相开关；所述控制器分别与A相开关、B相开关和C相开关电性连接，用以分别控制其开启和关闭。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述B相开关包括固定板和依次设置在固定板上的电磁铁、分合闸电磁铁、进线接点；

所述分合闸电磁铁内设有活动杆，所述活动杆的两端伸出分合闸电磁铁两端，所述分合闸电磁铁的活动杆靠近电磁铁的一端设置永磁钢、另一端设置活动竖杆；所述活动竖杆上设置第一横杆；第一横杆的两侧分别设置左侧主动触头和右侧主动触头；

B相开关还包括设置在固定板上的出线接点；B相开关的进线接点和出线接点分别与第一横杆两侧的左侧主动触头和右侧主动触头相对应，活动竖杆在行程内移动使左侧主动触头和右侧主动触头可以分别接触到进线接点和出线接点；

B相开关的进线接点与B相输电线路的B相进线相连，B相开关的出线接点和B相输电线路的跌落保险相连；

所述控制器分别与B相开关的电磁铁的控制接线以及B相开关的分合闸电磁铁的控制接线相连接，用以控制活动杆运动。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述A相开关包括固定板和依次设置在固定板上的电磁铁、分合闸电磁铁、进线接点和固定接点；所述分合闸电磁铁内设有活动杆，所述活动杆的两端伸出分合闸电磁铁两端，所述分合闸电磁铁的活动杆的靠近电磁铁的一端设置永磁钢、另一端连接设置活动竖杆；所述活动竖杆上间隔设置第一横杆和第二横杆；所述第一横杆的两端分别设置左侧主动触头和右侧主动触头；所述第二横杆的两端分别设置左侧动接点和右侧动接点；所述进线接点与左侧主动触头相对应；所述固定接点设置两个，分别为与左侧动接点对应的左侧固定接点和与右侧动接点对应的右侧固定接点；

所述A相开关还包括设置在固定板上的出线接点，出线接点与右侧主动触头相对应；

所述进线接点通过一个高压硅堆与左侧固定接点相连；出线接点通过另一个高压硅堆与右侧固定接点相连；

所述左侧固定接点还设置弹簧，弹簧上设置左侧延时接点；所述右侧固定接点设置弹簧，弹簧上设置右侧延时接点；所述左侧延时接点与左侧动接点对应，所述右侧延时接点与右侧动接点对应；

A相开关的进线接点与A相输电线路的A相进线相连，A相开关的出线接点和A相输电线路的跌落保险相连；

所述控制器分别与A相开关的电磁铁的控制接线以及A相开关的分合闸电磁铁的控制接线相连接，用以控制活动杆运动。

本发明技术方案的进一步改进在于：，C相开关的结构和A相开关的结构相同；

C相开关的进线接点与C相输电线路的C相进线相连，C相开关的出线接点和C相输电线路的跌落保险相连；

所述控制器分别与C相开关的电磁铁的控制接线以及C相开关的分合闸电磁铁的控制接线相连接，用以控制活动杆运动。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述活动竖杆为环氧树脂连接板。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述高压硅堆为20KV高压硅堆。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述控制器包括电容降压稳压电源、单片机、若干电容电压互感器、三相电流互感器；三相电流互感器包含A电流互感器、B电流互感器和C电流互感器。

B相开关的进线接点通过两个电容电压互感器与单片机相连；C相开关的进线接点通过两个电容电压互感器与单片机相连；

单片机通过A相开关驱动后分别与A相开关的电磁铁的控制接线和分合闸电磁铁的控制接线连接；单片机通过B相开关驱动后分别与B相开关的电磁铁的控制接线和分合闸电磁铁的控制接线连接；单片机通过C相开关驱动后分别与C相开关的电磁铁的控制接线和分合闸电磁铁的控制接线连接；

A电流互感器经过放大处理后再与单片机相连；B电流互感器经过放大处理后再与单片机相连；C电流互感器经过放大处理后再与单片机相连；

单片机通过开关接地；

电容降压稳压电源通过驱动电源分别与A相开关驱动、B相开关驱动、C相开关驱动电连接。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述控制器还设置通信接口，单片机与通信接口电性连接。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述控制器还设置用于接收无线电流互感器信号的无线电流互感器接口；单片机与无线电流互感器接口电性连接。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述A相开关、B相开关、C相开关分别设置在高压套管内然后与各自对应的跌落保险相连；所述高压套管为常规大气压充满干燥空气密闭腔体的合成绝缘子高压套管。

本发明的有益效果为：

本发明使用永磁传动机构带动触头，用高压硅堆避免合闸和分闸拉弧，通过控制器对相控开关进行智能控制，实现相控合分闸和过流保护。

当高压硅堆导通瞬间合闸，无冲击。当电压为高压硅堆导通方向的瞬间分闸，硅堆电压反向时，自然关断电流，因此无弧光产生。它的特性与不使用硅堆的纯机械开关相控开关不同，纯机械开关相控开关要求动作误差特别严酷，一般小于0.48ms（8.64电角度），由于动作受环境温度、湿度及老化的影响，即便是永磁机构也很难做到。而由于使用高压硅堆后，要求开关的动作误差裕度大大增加，约为5ms（90°电角度），为通常相控开关的10倍，一般永磁机构的开关很容易做到。

一般机械相控开关不能做到对容性负荷真正过零合分闸，仅为“准过零”。对感性负荷电压90°电角度精准合闸也很难保证。而本发明的“10KV智能相控负荷开关”，由于采用智能控制，自动识别负荷的性质，加上高压硅堆的作用，不管容性、感性及其他性质负荷，都能做的合闸不冲击，分闸不拉弧。

本发明的10KV智能相控负荷开关，可以做10KV线路无功补偿，安装方便，只要接上普通的高压电容即可。还可以做10KV高压电动机的启停控制。又能在变电站仅使用本智能开关技术就能多电容器的投切，可以省掉笨重的电抗器。

本发明将开关设置在常规大气压下充满干燥空气的密闭腔体绝缘子高压套管内，而不是充满通常用的六氟化硫，是因为六氟化硫不利于环保。

本发明控制器的通信接口可以连接无线数传和GPRS等进行远距离操作和监控。

本发明通过无线电流互感器接口可以接收无线电流互感器的信号，以便自动合分闸。

本发明通过控制器的开关可以进行现场的开关启闭作业。

附图说明

图1是本发明的主接线图；

图2是本发明的A相开关的机械结构示意图；

图3是本发明的B相开关的机械结构示意图；

图4是本发明的C相开关的机械结构示意图；

图5是本发明的控制器的接线框图。

附图标记说明

1 电磁铁

2 永磁钢

3 分合闸电磁铁

4 电磁铁的控制接线

5 分合闸电磁铁的控制接线

6 活动竖杆

7 左侧高压硅堆

8 右侧高压硅堆

9 左侧主动触头

10 右侧主动触头

11 左侧延时接点

12 右侧延时接点

13 左侧动接点

14 右侧动接点

15 进线接点

16 出线接点

（1-16为A相开关的附图标号说明）

UA A相进线

UB B相进线

UC C相进线

FU 跌落保险

ua A相出线

ub B相出线

uc C相出线

KT1 A相开关的双向延时辅助接点

KT2 C相开关的双向延时辅助接点

KA A相开关主触头

KB B相开关主触头

KC C相开关主触头

GD1 A相高压硅堆

GD2 C相高压硅堆。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明所述方向性或其近似用语，例如“前”、“后”、“左”、“右”、“上（顶）”、“下（底）”、“内”、“外”、“侧”“第一”“第二”等，主要是参考附图的方向，各方向性或其近似用语仅用以辅助说明及理解本发明的各实施例，非用以限制本发明。

本发明提供一种10KV智能相控负荷开关，采用刀闸、开关及保护三者一体，合闸不冲击，分闸无弧光，如图1、图2、图3、图4、图5所示。下面是具体的实施例：

一种10KV智能相控负荷开关，包括A相开关、B相开关、C相开关和控制器，如图1所示，图1为本发明的主接线图。A相开关、B相开关、C相开关分别设置在对应的A相输电线路、B相输电线路和C相输电线路上，然后再与各自的跌落保险连接，串联在各自的输电线路上。负荷开关还设置有一个控制器17，控制器17分别与A相开关、B相开关和C相开关电性连接，以此来达到智能控制各个开关的开启和关闭。

B相开关包括一个固定板（图中未示出），在固定板上依次设置有电磁铁、分合闸电磁铁和进线接点，如图3所示。分合闸电磁铁内有活动杆，活动杆的两端伸出分合闸电磁铁的两端。分合闸电磁铁在视图的方向竖直设置，其上方间隔一定距离设置电磁铁，使分合闸电磁铁的活动杆在行程内可以触碰到电磁铁。分合闸电磁铁的活动杆可以触碰到电磁铁的一端设置永磁钢。活动杆的另一端与活动竖杆相连接。活动竖杆上设置第一横杆，第一横杆的两侧分别设置左侧主动触头和右侧主动触头。左侧主动触头与进线接点相对应，这样活动杆可以带动左侧主动触头触碰到进线接点，使其连通。B相开关还包括一个出线接点，出线接点也设置在固定板上，位置上与进线接点分别位于活动竖杆的两侧，同时与右侧主动触头相对应，使活动竖杆可以带动右侧主动触头触碰到出线接点。

B相开关的进线接点与B相进线UB（即B相输电线路的进线）相连，B相开关的出线接点和B相输电线路的跌落保险FU相连。

A相开关包括一个固定板（图中未示出），固定板上依次设置电磁铁1、分合闸电磁铁3、进线接点15和固定接点以及两个高压硅堆，如图2所示。分合闸电磁铁3内有活动杆，活动杆的两端伸出分合闸电磁铁的两端。分合闸电磁铁3在视图的方向竖直设置，其上方间隔一定距离的设置电磁铁1，使分合闸电磁铁3的活动杆在行程内可以触碰到电磁铁1，分合闸电磁铁3的活动杆可以触碰到电磁铁1的一端设置永磁钢2。活动杆的另一端与一个活动竖杆6相连接。活动竖杆6上设置第一横杆和第二横杆，第一横杆和第二横杆间隔设置。第一横杆的两端分别设置左侧主动触头9和右侧主动触头10，第一横杆使左侧主动触头9和右侧主动触头连接导通；第二横杆的两侧分别设置左侧动接点13和右侧动接点14，第二横杆是左侧动接点13和右侧动接点14连接导通；进线接点15与左侧主动触头9相对应；固定接点设置两个，分别为与左侧动接点13和右侧动接点14相对应的左侧固定接点和右侧固定接点；固定接点位于第一横杆和第二横杆之间。A相开关还设置有出线接点16，出线接点16同样固定在固定板上，出线接点16与进线接点15相对应，位于活动竖杆6的两侧，第一横杆的两端的左侧主动触头9和右侧主动触头10分别与进线接点15以及出线接点16相对应。

高压硅堆有两个，分别为左侧高压硅堆7及右侧高压硅堆8。左侧固定接点通过左侧高压硅堆7与进线接点15相连，出线接点16通过右侧高压硅堆8与右侧固定接点相连，高压硅堆可以采用20KV高压硅堆。左侧固定接点还通过弹簧与左侧延时接点11相连，右侧固定接点通过弹簧与右侧延时接点12相连。优选的，弹簧可以选用磷青铜弹簧。分合闸电磁铁4的活动杆在控制器17的控制下，可以带动第一横杆和第二横杆移动，使第一横杆上的左侧主动触头9可以触碰到进线接点15，右侧主动触头10可以触碰到出线接点16。第二横杆上的左侧动接点13可以触碰到左侧延时接点，右侧动接点14可以触碰到右侧延时接点。

A相开关的进线接点15与A相进线UA（即A相输电线路的进线）相连，A相开关的出线接点16和A相输电线路的跌落保险FU相连。

C相开关的结构和A相开关的结构相同，如图4所示，在此不再详细描述。C相开关的进线接点与C相进线UC（C相输电线路的进线）相连，C相开关的出线接点和C相输电线路的跌落保险FU相连。

控制器17分别与A相开关的电磁铁的控制接线4以及分合闸电磁铁的控制接线5相连接，来控制A相开关的活动杆动作。

控制器17分别与B相开关的电磁铁的控制接线以及分合闸电磁铁的控制接线相连接，来控制B相开关的活动杆动作。

控制器17分别与C相开关的电磁铁的控制接线以及分合闸电磁铁的控制接线相连接，来控制C相开关的活动杆动作。

在本发明中，三相负荷开关中的活动竖杆均可以采用环氧树脂连接板；高压硅堆均为20KV高压硅堆。

控制器17包括电容降压稳压电源、单片机、电容电压互感器、三相电流互感器，如图5所示；在图5中，单片机可以选用plc单片机，向单片机中写入相应的程序代码以此来控制A相开关、B相开关、C相开关，单片机可以采用PIC16F73型号的单片机。通过ITR8010进行电压同步信号处理。其控制器17为二次回路因此图5中并不需要用到A相开关的进线接点。

B相开关的进线接点通过两个电容电压互感器与单片机相连（即图中的电容电压互感器1和电容电压互感器2）；C相进线接点通过两个电容电压互感器与单片机相连；

单片机通过A相开关驱动后再分别与A相开关的电磁铁的控制接线和分合闸电磁铁的控制接线连接，如图5所示(图中A相驱动线圈指的是A相开关的电磁铁的控制接线和分合闸电磁铁的控制接线)。

单片机通过B相开关驱动后，再分别与B相开关的电磁铁的控制接线和分合闸电磁铁的控制接线连接,如图5所示(图中B相驱动线圈指的是B相开关的电磁铁的控制接线和分合闸电磁铁的控制接线)。

单片机通过C相开关驱动后，再分别与C相开关的电磁铁的控制接线控制和分合闸电磁铁的控制接线连接，如图5所示(图中A相驱动线圈指的是A相开关的电磁铁的控制接线和分合闸电磁铁的控制接线) 。A相开关驱动、B相开关驱动、C相开关驱动可以均为G60N100。

三相电流互感器包括A电流互感器、B电流互感器和C电流互感器。A电流互感器经放大处理(可以用LM258进行放大处理)后再与单片机相连；B电流互感器经放大处理后再与单片机相连；C电流互感器通过放大处理后再与单片机相连；

单片机通过开关接地；开关可以为闸，通过闸的拉闸杆可以进行现场的操作。

电容降压稳压电源通过驱动电源分别与A相开关驱动、B相开关驱动、C相开关驱动电连接。

控制器17还设置通信接口和无线电流互感器接口。单片机分别与通信接口、无线电流互感器接口电连接。通过通信接口可以进行无线数据传送以及GPRS等远距离操作和监控。通过无线电流互感器接口可以接受无线电流互感器的信号，以便自动分合闸。

A相开关、B相开关、C相开关分别设置在高压套管内然后与各自对应的跌落保险相连；高压套管为常规大气压充满干燥空气密闭腔体的合成绝缘子高压套管。

具体的使用过程如下，当需要合闸时，控制器控制A相开关、B相开关、C相开关的活动杆动作，A相主触头闭合（即左侧主动触头与进线接点相接触，右侧主动触头与出线接点接触）以及A相开关双向延时辅助接点KT1闭合（左侧动接点与左侧延时接点相接触，右侧动接点与右侧延时接点相接触），B相主触头闭合，C相主触头闭合，C相开关双向延时辅助接点KT2闭合，如图1所示。

当需要分闸时，控制器控制A相开关、B相开关、C相开关的活动杆动作，A相主触头断开（即左侧主动触头与进线接点不接触，右侧主动触头与出线接点不接触）以及A相开关双向延时辅助接点KT1断开（左侧动接点与左侧延时接点相接触，右侧动接点与右侧延时接点相接触），B相主触头断开， C相主触头断开，C相开关双向延时辅助接点KT2断开。

图1中的GD1指的是图2中的A相开关左侧高压硅堆7及右侧高压硅堆8；图1中的GD2指的是图4中的C相开关的两个高压硅堆。

本发明使用永磁传动机构带动触头，用高压硅堆避免合闸和分闸拉弧，通过控制器对相控开关进行智能控制，实现相控合分闸和过流保护。

当高压硅堆导通瞬间合闸，无冲击。当电压为高压硅堆导通方向的瞬间分闸，硅堆电压反向时，自然关断电流，因此无弧光产生。它的特性与不使用硅堆的纯机械开关相控开关不同，纯机械开关相控开关要求动作误差特别严酷，一般小于0.48ms（8.64电角度），由于动作受环境温度、湿度及老化的影响，即便是永磁机构也很难做到。而由于使用高压硅堆后，要求开关的动作误差裕度大大增加，约为5ms（90°电角度），为通常相控开关的10倍，一般永磁机构的开关很容易做到。

一般机械相控开关不能做到对容性负荷真正过零合分闸，仅为“准过零”。对感性负荷电压90°电角度精准合闸也很难保证。而本发明的“10KV智能相控负荷开关”，由于采用智能控制，自动识别负荷的性质，加上高压硅堆的作用，不管容性、感性及其他性质负荷，都能做到合闸不冲击，分闸不拉弧。

本发明的10KV智能相控负荷开关，代替目前的跌落保险。也可以做10KV线路无功补偿，安装方便，只要接上普通的高压电容即可。还可以做10KV高压电动机的启停控制。又能在变电站仅使用本智能开关技术就能多电容器的投切，可以省掉笨重的电抗器。

本发明将开关设置在常规大气压充满干燥空气密闭腔体的合成绝缘子高压套管内。而不是充满通常用的六氟化硫，是因为六氟化硫不利于环保。

本发明控制器的通信接口可以连接无线数据传输和GPRS等进行远距离操作和监控。

本发明通过无线电流互感器接口可以接收无线电流互感器的信号，以便自动合分闸。

本发明通过控制器的开关可以进行现场的开关启闭作业。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。