[0001] 本发明涉及一种高压开关，尤其是一种自适应同步投切开关、控制方法、使用方法及检测方法。

[0002] 传统的三相开关电器是一个线包控制三对主触头，因为无法实现最佳投切状态，不得不在结构上考虑各种灭弧或减弧技术，例如设置各种灭弧装置等。正因为如此，一台控制用开关电器，以交流接触器为例，其电器寿命只及其机械寿命的1/20。

[0003] 在电力行业，投切电力电容的接触器常常要承受巨大的浪涌电流和过电压的冲击，致使其特别容易损坏。之后，采用晶闸管与开关主触头并联的所谓“复合开关”，可以比较好的解决这些问题。但是，“复合开关”也有不足之处，表现在：(1)晶闸管容易受到意外干扰和冲击而损坏；(2)开关主触头上下端口不能完全实现电的隔离；(3)成本较高。特别是当三相开关工作在10KV及以上电压的情况下，晶闸管根本无法承受这么高的工作电压。如果采用几支晶闸管串联，则工作的可靠性大为降低。

[0022] 现结合附图对本发明作进一步说明。

[0023] 在设计“自适应同步开关”中，一个关键技术是针对10KV和以上的工作电压，如何采集到电压波形。

[0024] 本实施例提高的检测方法就是利用高压电容器必须具备的器件，即电容器放电线圈的副边作为电压取样的波形，如此，对于工作电压在10KV及以上的环境都能够轻松实现开关的“过零”投切。

[0025] 以较小的成本显著提高了机械开关的电气寿命。

[0026] 实施例一

[0027] 如图1至图5所示，一种自适应同步投切开关，包括微处理器和与微处理器连接的存储器，还包括：滤波补偿器电容，滤波补偿器电容安装在开关上；高压电容器，高压电容器与开关的交流线圈连接；电压检测单元，与高压电容器的放电线圈连接，用于测量开关的UA的频率和UA的时域信号T1；电流检测单元，与开关的导向相对设置，用于测量开关的IA的时域信号T2；及控制单元，控制单元分别与微处理器和开关的交流工作线圈连接；其中，当实际工作的时候，微处理器从存储器中调出最近一次存入的T1或T2，使得开关触点在电压过零点的时候闭合，在电流过零点的时候断开。

[0028] 电压检测单元包括：过零触发隔离开关，过零触发隔离开关与高压电容器的放电线圈连接；电阻分压电路，电阻分压电路分别与过零触发隔离开关和放电线圈连接；第一整形放大电路，第一整形放大电路与电阻分压电路连接；第一光耦合隔离电路，第一光耦合隔离电路与第一整形放大电路连接；及第一电压过零比较器，第一电压过零比较器分别与第一光耦合隔离电路和微处理器连接；其中，过零触发隔离开关用于开关完成投切后断开电阻分压电路。

[0029] 电流检测单元包括：电流互感器，电流互感器与开关的导向相对设置；第二整形放大电路，第二整形放大电路与电流互感器连接；第二光耦合隔离电路，第二光耦合隔离电路与第二整形放大电路连接；及第二电压过零比较器，第二电压过零比较器分别与第二光耦合隔离电路和微处理器连接。

[0030] 控制单元包括：第三光耦合电路，第三光耦合电路与微处理器连接；及开关电路，开关电路分别与第三光耦合电路和交流工作线圈连接。

[0031] 在三相四线全星型接线的电力电容器中使用三套的一种自适应同步投切开关；在三相三线不完全星形接线或三相三线的角形接线的电力电容器中使用二套的一种自适应同步投切开关。

[0032] 为了方便说明，在三相电路中，只是以其中的一相电路进行叙述说明，其他的二相与此一样。

[0033] 过零触发隔离开关作用是开关完成投切以后，可以断开其以下的电阻分压电路。

[0034] 微处理器结合相应的控制软件完成整个控制的任务。

[0035] 存储器为铁电存储器，可以在断电以后仍旧保持以前存入的数据，用于存储最近一次的开关动作数据，每一次的开关动作时间，就是以上一次的开关延迟时间作为依据。

[0036] 开关J的交流220V工作线圈通过微处理器开启或者关闭。

[0037] J是开关主触头；F是高压电容器的放电线圈，无论原边的电压是10KV或者35KVD高压电容器放电线圈的副边线圈的电压都是100V，电压波形取样就是取自这里；I是测试本支路的电流互感器；C是开关的主要负载，为滤波补偿电容器。

[0038] 在图1中，仅仅列出了三相开关电路中的一相的结构。对于三相四线全星型接线的电力电容器，需要使用三套这样的结构。而对于三相三线的不完全星形接线或三相三线的角形接线的电力电容器，只需用二套这样的结构，就可以构成一个三相开关。操作程序如下：投入时，先合上B相(非同步操作)，再进行A相同步操作，等A相合上2～3个周期后再进行C相同步操作。切除时的操作顺序正好和投入时相反，即先同步切除C相，等C相切除后过2～3个周期再同步切除A相，最后断开B相。

[0039] 如图1和图2所示，本实施例的技术特点体现在以下三个方面：

[0040] 其一是采用由微处理器控制的一个过零触发隔离开关与电阻分压电路相串联。结合控制软件，它可以使电阻分压电路仅仅在需要采集数据时才被接入开关的放电线圈F的副边端，而平时是分断的；

[0041] 其二是采用专用集成电路比较器来采集正负二个方向的电压过零信号。该处理方式具有二个优点：

[0042] (1)可以精确地采集到电压过零时刻，而不会存在0.8V的逻辑低电平阈值死区；

[0043] (2)其前端的电阻分压电路2不消耗被测信号的能量；

[0044] 其三是电阻分压电路采用高阻值规格的电阻组成，同时，它们还不会受到主触头J两端的残余电压数值大小的影响。

[0045] 该开关可以记录二个关键数据：

[0046] (1)当开关触发线圈从给电开始到开关触点J闭合的时间T1；

[0047] (2)当开关触发线圈从断电开始到开关触点J断开的时间T2。

[0048] 这二个时间都被记录在铁电存储器中。当实际工作的时候，微处理器要从铁电存储器中调出最近一次存入的T1或者T2数据，使得开关触点J在电压过零点的时候闭合，在电流过零点的时候断开，从而达到了利用可控硅并联在开关触点两端实现复合开关过零投切的效果。

[0049] 由光耦合器MOC3083组成过零触发隔离开关，电阻R14～R17组成过零触发分压电路，由集成电路LM324组成了整形放大电路，通过二组光耦合器4N25组成了电压过零比较器单元；再通过施密特电路74LS14和二极管或门，完成了电压波形的取样。

[0050] 同样道理，由电流互感器CT组成了电流过零比较器单元；以上各个单元的信号都送到微处理器。

[0051] 在图2中，对于A相，送入单片机MCU的被检测信号有三个，它们分别是测量UA的频率,测量UA的时域信号T1和测量IA的时域信号T2。

[0052] 在图2中，闭合或者断开开关触点J的工作线圈是采用双向可控硅BTA06，而开启和关闭双向可控硅BTA06的是采用即时控制的光电耦合器MOC3052，能够准确计算开关触点J的闭合和断开时间T1和T2。T1和T2数据存储于铁电存储器FM24C04A中。

[0053] 实施例二

[0054] 如图1和图2所示，一种自适应同步投切开关的控制方法，包括：

[0055] 当开关触发线圈从给电开始到开关触点J闭合的时间T1；

[0056] 当开关触发线圈从断电开始到开关触点J断开的时间T2；

[0057] T1和T2均记录在存储器中；

[0058] 当实际工作的时候，微处理器从存储器中调出最近一次存入的T1或T2，使得开关触点在电压过零点的时候闭合，在电流过零点的时候断开。

[0059] 实施例三

[0060] 如图1和图2所示，一种自适应同步投切开关的使用方法，包括：

[0061] 投入时，先合上B相，且非同步操作；再进行A相同步操作，等A相合上2～3个周期后再进行C相同步操作；

[0062] 切除时，先同步切除C相，等C相切除后过2～3个周期再同步切除A相，最后断开B相。

[0063] 实施例四

[0064] 如图3所示，一种自适应同步投切开关的数据采集方法，包括：

[0065] 在第一次上电时进行测量校验；

[0066] 在在正常开关动作过程中进行动态自适应过零信号检测。

[0067] 测量校验包括：

[0068] 关闭其他两相开关，测试本相开关的参数；

[0069] 开通过零触发电子开关，测电压过零频率；

[0070] 在电压过零时刻开通本相开关，记录开通时延；

[0071] 在电流过零时刻关闭本相开关，记录关闭时延。

[0072] 动态自适应过零信号检测包括：

[0073] 调整投切时间参数；

[0074] 检测是否有投入指令，若没有投入指令则返还投切时间参数，若有投入指令则在电压过零时刻投入；

[0075] 检测是否有退出指令，若没有退出指令则进行检测是否有退出指令，若有退出指令则在电流过零时刻退出。

[0076] 以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明权利要求的保护范围之内。