用低壓繼電設(shè)備制作的三相智能電表走字電源

葉加星 李金俊 李 軍 包玉樹 段梅梅

(1.江蘇方天電力技術(shù)有限公司，南京 211102；2.江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，南京 211100)

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用低壓繼電設(shè)備制作的三相智能電表走字電源

葉加星1李金俊2李 軍1包玉樹1段梅梅2

(1.江蘇方天電力技術(shù)有限公司，南京 211102；2.江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，南京 211100)

本文介紹了一種用低壓繼電設(shè)備制作的成本低廉的三相電能表走字電源，文中分別闡述了其電源部分、控制部分、輔助部分的電路及其原理，并給出了安裝環(huán)境要求及使用的注意事項(xiàng)。

成本低廉；自制；智能電表；走字電源

0 引言

隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，我國智能電能表也進(jìn)入了快速發(fā)展的階段，由于智能電能表在生產(chǎn)過程中需要經(jīng)過常溫走字試驗(yàn)和高溫走字試驗(yàn)(即老化試驗(yàn))需要大量的智能電能表走字電源，且市面上現(xiàn)有的智能電能表走字電源價(jià)格不菲，無形中給電能表的生產(chǎn)企業(yè)提高了很大的成本。為此，本文介紹一種原理簡單，成本低廉，易于安裝的自制三相電表走字電源，謹(jǐn)供同行業(yè)的朋友們互相探討。

1 電源部分電路及其原理

1.1 電源部分的組成

走字源電源部分由三相插頭、空氣開關(guān)、調(diào)壓器、隔離變壓器、電壓表和電流表按圖1連接而成。電源部分的作用是將輸入的三相四線交流電(220V/380V)通過低壓繼電設(shè)備轉(zhuǎn)換為可分別調(diào)節(jié)的三組電壓、電流輸出。

圖1 電源部分原理圖

1.2 電壓輸出的實(shí)質(zhì)

走字源電壓輸出的實(shí)質(zhì)是把三相電能表的電壓回路(通常是電能表自身的變壓器或稱PT)作為負(fù)載，并聯(lián)在調(diào)壓器輸出端。調(diào)節(jié)調(diào)壓器電壓，使電能表得到工作電壓和采樣電壓。其電壓大小可通過電壓表讀數(shù)讀出；因此，電能表的電壓回路不能有短路現(xiàn)象，對(duì)走字源而言，會(huì)燒壞相應(yīng)的保護(hù)電路，嚴(yán)重的將損壞走字源電壓輸出回路(相關(guān)保護(hù)電路內(nèi)容將在第三部分輔助電路中詳細(xì)介紹)；對(duì)電能表而言，會(huì)造成因無工作電壓而不工作；或因無采樣電壓計(jì)量不準(zhǔn)，產(chǎn)生失壓等異常數(shù)據(jù)和異常記錄等現(xiàn)象。

1.3 電流輸出的實(shí)質(zhì)

電流輸出的實(shí)質(zhì)是把三相電能表的電流回路(通常是電能表自身的電流互感器或稱CT)作為負(fù)載，串聯(lián)在隔離變壓器輸出端。通過調(diào)節(jié)調(diào)壓器電壓，在隔離變壓器輸出的相線和零線之間產(chǎn)生短路電流，來控制流過電能表電流互感器的電流，即電能表的采樣電流。其電流大小可通過電流表讀數(shù)讀出。因此，電能表的電流回路不能有開路現(xiàn)象，任何一點(diǎn)的開路，對(duì)電能表而言，均可導(dǎo)致整個(gè)電流回路因失流造成電能計(jì)量不準(zhǔn)，產(chǎn)生失流等異常數(shù)據(jù)和異常記錄等現(xiàn)象。任何一點(diǎn)接觸電阻的變化，都會(huì)引起輸出電流的突變，嚴(yán)重時(shí)燒毀走字源的電流輸出回路或電能表自身的電流互感器。

1.4 電源部分各元件的數(shù)量和選型

1)三相四線插座(440V，16A)

2)空氣開關(guān)：整機(jī)回路FU1(440V，20A)；電流回路FU2(440V，16A)。

3)TSGC2J接觸調(diào)壓器0.5kVA(6只)。

4)隔離變壓器：選用BK-3-1000VA或3只BK-1000VA。

5)44L1指針式電流表(3只)。

6)44L1指針式電壓表(3只)。

2 控制部分電路及其原理

2.1 控制部分電路的組成

走字源控制部分由選擇開關(guān)和交流接觸器按圖2、圖3、圖4連接而成?？刂撇糠值墓δ転椋嚎刂谱咦衷摧敵龆穗娏鞣较蚝凸β室驍?shù)。

2.2 控制電路的控制原理

設(shè)：A相電壓為UA，則輸入電壓相量表達(dá)式為：UA∠0°；輸入電流相量表達(dá)式為：I1∠0°。

B相電壓為UB，則輸入電壓相量表達(dá)式為：UB∠120°；輸入電流相量表達(dá)式為：I2∠120°。

C相電壓為UC，則輸入電壓相量表達(dá)式為：UC∠240°；輸入電流相量表達(dá)式為：I3∠240°。

圖2 電壓控制回路

圖3 電流控制回路

圖4 低壓控制回路

A相輸出電壓為：U14，B相輸出電壓為：U25，C輸出電壓為：U36(見圖2)；A相輸出電流為：I710，B輸出電流為：I811，C輸出電流為：I912(見圖3)。

低壓控制部分相應(yīng)的解接觸器線圈吸合，走字源輸出將得到以下6種輸出狀態(tài)。

2.3 功率因數(shù)為1.0，輸出正向電流原理及相位圖

將圖4中選擇開關(guān)“K1”置與“1.0”位置，“K3”置于“正向”位置，則走字源各相電壓電流同相輸出(相位角為0°)，如圖5。圖中，輸出電壓U14=UA∠0°，U25=UB∠120°，U36=UC∠240°。輸出電流I710=IA∠0°，I811=IB∠120°，I912=IC∠240°。

圖5 功率因數(shù)為1.0，正向電流輸出相位圖

2.4 功率因數(shù)為1.0，輸出反向電流原理及相位圖

將圖4中選擇開關(guān)“K1”置與“1.0”位置，“K3”置于“反向”位置，則走字源各相電壓超前電流180°，如圖6。圖中，輸出電壓U14=UA∠0°，U25=UB∠120°，U36=UC∠240°。輸出電流I710=IA∠180°，I811=IB∠300°，I912=IC∠60°。

圖6 功率因數(shù)為1.0，反向電流輸出相位圖

2.5 功率因數(shù)為0.5L，輸出第一象限無功原理及相位圖

將圖4中選擇開關(guān)“K1”置與“0.5”位置，“K2”置于“L”位置，“K3”置于“反向”位置，則走字源各相電壓超前電流60°，如圖7。圖中，輸出電壓：U36=UB∠120°，U14=UC∠240°，U25=UA∠0°。輸出電流：I710=IA∠300°，I811=IB∠60°，I912=IC∠180°。

圖7 功率因數(shù)為0.5L，第一象限無功輸出相位圖

2.6 功率因數(shù)為0.5L，輸出第二象限無功原理及相位圖

將圖4中選擇開關(guān)“K1”置與“0.5”位置，“K2”置于“C”位置,“K3”置于“正向”位置，則走字源各相電壓超前電流120°，如圖8。圖中，輸出電壓U14=UB∠120°，U25=UC∠240°，U36=UA∠0°。輸出電流I710=IA∠240°，I811=IB∠0°，I912=IC∠120°。

圖8 功率因數(shù)為0.5L，無功第二象限輸出相位圖

2.7 功率因數(shù)為0.5L，輸出第三象限無功原理及相位圖

將圖4中選擇開關(guān)“K1”置與“0.5”位置，“K2”置于“L”位置，“K3”置于“正向”位置，則走字源各相電壓超前電流240°，如圖9。圖中輸出電壓U14=UC∠240°，U25=UA∠0°，U36=UB∠120°。輸出電流I710=IA∠120°，I811=IB∠240°，I912=IC∠0°。

圖9 功率因數(shù)為0.5L，無功第三象限輸出相位圖

2.8 功率因數(shù)為0.5L，輸出第四象限無功原理及相位圖

將圖4中選擇開關(guān)“K1”置與“0.5”位置，“K2”置于“C”位置，“K3”置于“反向”位置，則走字源各相電壓超前電流300°，如圖10。圖中，輸出電壓U14=UB∠120°，U25=UC∠240°，U36=UA∠0°。輸出電流I710=IA∠60°，I811=IB∠180°，I912=IC∠300°。

圖10 功率因數(shù)為0.5L，無功第四象限輸出相位圖

2.9 控制部分電路元器件數(shù)量及選型

1)交流接觸器(7只)，額定工作電壓220/380V額定工作電流大于10A。線圈額定工作電壓為220/380V。

2)3位置保持式選擇開關(guān)(3只)。

3 輔助電路及其作用

3.1 走字源的保護(hù)器件和保護(hù)電路

3.1.1 輸入電壓保護(hù)

走字源的輸入電壓為220/380V，每相所接的調(diào)壓器功率為1kV，因此，其輸入電流應(yīng)為定值。通過公式可計(jì)算出電流回路的工作電流約為10A，可以選用220/380V，20A的斷路器保護(hù)。

3.1.2 輸出電壓保護(hù)

走字源的輸出電壓隨負(fù)載不同而調(diào)節(jié)合適的電壓，但不能出現(xiàn)短路和過流現(xiàn)象。一般電能表的功耗都很低。以負(fù)載為100只三相四線電子式電能表計(jì)算，其功耗約應(yīng)小于3A，可選擇220/380V，5A的玻璃管熔斷器保護(hù)。

3.1.3 輸出電流保護(hù)

走字源的輸出電流量程已固定為10A，因此，可選擇220/380V，20A的玻璃管熔斷器保護(hù)。

3.1.4 輸出電流的熱效應(yīng)防護(hù)

在輸出電流有強(qiáng)度和時(shí)間要求的前提下，減少電流熱效應(yīng)，實(shí)際就是減少負(fù)載的電阻。

對(duì)走字源而言，電阻大小由其負(fù)載(外接電能表的電流互感器)材料自身特性，導(dǎo)體長度與橫截面積的比值相關(guān)(R=ρ×l/S)。所以，消除電流回路的熱效應(yīng)，只有通過保持外電路負(fù)載接觸良好，縮短傳輸距離，增大線徑來防護(hù)。走字源長時(shí)間工作，應(yīng)適當(dāng)減小輸出電流。

3.1.5 接觸器誤動(dòng)作保護(hù)電路

如圖4低壓控制部分電路所示，在功率因數(shù)為“1.0”控制電路中，只允許有KM1接觸器常開觸點(diǎn)動(dòng)作，此時(shí)，若KM2和KM3動(dòng)作，都會(huì)引起走字源電壓回路短路。筆者通過在控制回路中利用常開觸點(diǎn)km1線圈和KM2，KM3接觸器常閉觸點(diǎn)串聯(lián)來避免電路誤動(dòng)作，倘若KM2，KM3接觸器有任意一個(gè)常閉觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，常開觸點(diǎn)km1線圈都將無法接通，接觸器KM1自然就無法動(dòng)作。

3.2 走字源狀態(tài)指示電路

3.2.1 電源狀態(tài)指示

如圖11所示電路，在開關(guān)FU1后接入指示燈，表示電源處于運(yùn)行狀態(tài)。在開關(guān)FU2后接入指示燈，表示電流回路處于運(yùn)行狀態(tài)。

3.2.2 運(yùn)行狀態(tài)指示電路

如圖12所示電路，對(duì)電流正向和反向，無功1、2、3、4象限均有運(yùn)行指示。

圖12 運(yùn)行狀態(tài)指示電路

4 走字源的安裝環(huán)境及使用注意事項(xiàng)

4.1 安裝環(huán)境要求

走字源應(yīng)安放在通風(fēng)，照明條件良好的環(huán)境中，具有220/380V三相四線交流電源，接入走字源的相序，相線電壓應(yīng)正確。具有良好的接地系統(tǒng)。

走字源的外殼應(yīng)可靠接地。閑置的回路，需將選擇開關(guān)，電源開關(guān)置于“關(guān)閉”位置；調(diào)壓器調(diào)節(jié)開關(guān)應(yīng)璇至于“0”位置。

4.2 使用注意事項(xiàng)

1)使用前應(yīng)檢查各開關(guān)位置應(yīng)處在“OFF”位置。調(diào)壓器應(yīng)璇于“0”位置；

2)先打開電源開關(guān)“FU1”，在根據(jù)需要打開其他開關(guān)；加載電壓前，先確定負(fù)載的額定電壓，再調(diào)節(jié)電壓調(diào)壓器；

3)加載電流前，先確定負(fù)載的額定電流，再打開電流回路開關(guān)“FU2”調(diào)節(jié)電流調(diào)壓器；

4)如需加載電壓和電流，調(diào)節(jié)的順序應(yīng)為：先調(diào)節(jié)電壓至所需電壓，再調(diào)節(jié)電流至所需電流；關(guān)閉時(shí)應(yīng)先關(guān)閉電流至“0”，再關(guān)閉電壓至“0”；

5)切換象限時(shí)，應(yīng)先將電壓和電流調(diào)至“0”位置；

6)長時(shí)間供電，輸出電流應(yīng)減小一半；

7)維修、保養(yǎng)走字源，應(yīng)斷開三相四線插頭，電流輸出端子應(yīng)定期緊固。

4.3 常見故障及排除

走字源使用中常見的故障及排除方法請(qǐng)參照表1。

5 結(jié)束語

本文介紹的三相電表走字源只適用于輸出電流不大于10A的三相電能表，如需接10A以上的負(fù)載，相應(yīng)的電流回路調(diào)壓器，隔離變壓器功率應(yīng)相應(yīng)增大；因?yàn)殡娫磧?nèi)部感性元器件數(shù)量多，功率大，故走字源使用時(shí)，必須可靠接地，以免發(fā)生人生安全。開關(guān)電源時(shí)易產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，所以，必須按照注意事項(xiàng)要求的步驟操作。

表1 走字源的常見故障及排除方法

如需測(cè)量負(fù)載(電能表)上元器件的波形，注意參考點(diǎn)的選擇。

[1] Q/GDW 354 —2009.智能電能表功能規(guī)范 國家電網(wǎng)公司，2009

[2] Q/GDW 363—2009.1級(jí)三相智能電能表技術(shù)規(guī)范 國家電網(wǎng)公司，2009

[3] 盧運(yùn)培，李東江，熊雙貴0.03級(jí)電能表全自動(dòng)檢定裝置.電測(cè)與儀表，1992(3)

[4] 楊艷華，楊志宏，數(shù)字源中D/A位數(shù)和采樣點(diǎn)數(shù)的選擇.電測(cè)與儀表，1997(10)

[5] 伍李輝，熊久平，SHXB-3型表源一體化電能表檢定裝置.電測(cè)與儀表，1997(1)

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10.3969/j.issn.1000-0771.2015.05.11