三相三線電能表基本錯(cuò)誤接線培訓(xùn)軟件設(shè)計(jì)

樊璟　賈宏偉　林子翔

摘要：電能計(jì)量系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，電能計(jì)量工作的正確性和準(zhǔn)確性是保證電力系統(tǒng)正常、安全運(yùn)行的重要技術(shù)手段。準(zhǔn)確計(jì)量電能不僅需要電能表和互感器接線正確，還需要高素質(zhì)的操作員的軟實(shí)力來(lái)支持。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電能計(jì)量人員理論水平的薄弱環(huán)節(jié)，本文主要研究基于Labview的三相三線電能表錯(cuò)誤接線仿真軟件，可用于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的理論培訓(xùn)或自學(xué)練習(xí)。

關(guān)鍵詞：Labview;錯(cuò)誤接線;培訓(xùn);三相三線

0 引言

電能計(jì)量的安全、可靠和準(zhǔn)確進(jìn)行必須依靠檢測(cè)電壓、電流、功率因數(shù)、頻率等電參數(shù)的儀器儀表來(lái)保證。因此，電能計(jì)量工作中參數(shù)的準(zhǔn)確采集和接線的正確形式與儀器儀表具有同樣的重要性。而所有這些工作，都需要電能計(jì)量人員來(lái)完成，他們的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)才是整個(gè)計(jì)量工作的重中之重。目前，電能計(jì)量的檢測(cè)和校驗(yàn)工作大多都是圍繞電能計(jì)量裝置展開(kāi)分析，如電壓互感器（TV或PT）、電流互感器（TA或CT）、電能表（有功及無(wú)功電能表）的檢測(cè)等。然而，無(wú)論選擇進(jìn)行任何電能計(jì)量裝置檢測(cè)，都必須保證計(jì)量中接線的正確性，否則裝置再精確也無(wú)法計(jì)量正確。三相三線電能表的錯(cuò)誤接線的檢查是目前在廣東電網(wǎng)用電檢查和裝表接電高級(jí)工、技師等技能培訓(xùn)和考試中必需的一個(gè)項(xiàng)目。而目前常用的培訓(xùn)設(shè)備非常昂貴，對(duì)于一線員工而言能夠接受到的培訓(xùn)的時(shí)間和機(jī)會(huì)并不算多。相關(guān)的教材的內(nèi)容又多繁復(fù)難懂。本文設(shè)計(jì)的軟件集成了培訓(xùn)中最常用的48種接線方法，并分別指示出相應(yīng)的接線方式，相量圖、功率表達(dá)式、更正系數(shù)計(jì)算及接線原理圖，方便學(xué)員自己學(xué)習(xí)和練習(xí)，也可以作為培訓(xùn)師的培訓(xùn)工具。

1系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的軟件包括參數(shù)的設(shè)置區(qū)和仿真測(cè)試分析結(jié)果的區(qū)域，如圖1所示。三相三線式經(jīng)互感器接電能表的基本原理這里不再贅述了如圖2所示。電壓線的接法包括正相序3種，即abc，bca，cab;負(fù)相序3種，即cba，bac，acb，合計(jì)6種。電流也是兩元件，即la和Ic。la和Ic可以分別正反接即4種情況，而電流互感器二次端la和Ic互換位置，又有2種情況。合計(jì)48種常見(jiàn)接線方法（其中一種是正確的）。軟件左邊是參數(shù)的設(shè)置區(qū)域，主要設(shè)置電壓和電流的接法及大小和功率因數(shù)角。電力互感器的二次側(cè)電壓值為100V，電流為1A（或5A，本文采用的是5A）。軟件的右側(cè)則顯示在相應(yīng)的接線方式情況下測(cè)量的結(jié)果及分析結(jié)果，包括相應(yīng)測(cè)量點(diǎn)的電壓、電流、相位關(guān)系、相量圖、功率表達(dá)式、更正系數(shù)，接線原理圖等。下面具體說(shuō)每一部分的設(shè)計(jì)方法。

2電壓相序選擇和電流選擇

錯(cuò)誤接線的基本關(guān)鍵設(shè)置總結(jié)為三個(gè)，即電壓相序，電流接線和感性或容性功率角設(shè)置。電壓相序的6種接法和電流的二次8種接線方法分別按接線方法命名，并分別賦值為1～6和1～8，以便于接下來(lái)編程可以用數(shù)字區(qū)別這48種接法。感性負(fù)載和容性負(fù)載是通過(guò)功率因數(shù)正負(fù)來(lái)選擇的。在后臺(tái)分別用casestructure進(jìn)行編程。這兩個(gè)casestructure基本上決定了接下來(lái)編程的基本方法和框架。后面的所有分析和顯示情況的編程都是從這里開(kāi)始。

3測(cè)量數(shù)據(jù)仿真

測(cè)量數(shù)據(jù)的界面是參考了相關(guān)考試和實(shí)際工作中的一些文件的模式。在實(shí)際工作中，如果正確接線的情況測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)該和圖1所示相似，即電壓U12、U23，U31基本相等。U1N約等于U3N，U2N等于0，11約等于I2，在功率因數(shù)角為15度的情況下，相位關(guān)系如圖1所示。如果不符合這些關(guān)系，那么接線就很有可能存在錯(cuò)誤了。電壓電流數(shù)據(jù)顯示的編程很簡(jiǎn)單，不再贅述。相位關(guān)系上在編程中需要注意，因?yàn)閿?shù)據(jù)記錄都是以U12為參考點(diǎn)，而U12在不同接法時(shí)對(duì)應(yīng)的具體電壓是不同的，如abc接法中，U12為Uab，U32為Ucb（注意不是Ubc）;相序?yàn)閎ca時(shí)，∪12=Ubc，U32=Uac。U32在1相量圖和功率計(jì)算中用的比較多。在錯(cuò)誤接線的情況下，超前的角度經(jīng)過(guò)計(jì)算可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)值或大于360的情況。為了避免這種情況的發(fā)生，在電壓電流設(shè)置的casestructure程序里，統(tǒng)一設(shè)定以逆時(shí)針的方向并以Array的格式設(shè)置相量的角度數(shù)，如圖4所示。在編程計(jì)算時(shí)依據(jù)相序設(shè)定U12和U32的初始值，如abc時(shí)分別設(shè)為120度和180度，在后續(xù)的相量圖中會(huì)用到這些值。另一個(gè)Array中的120、120、240分別代表U12的相位角，U12超前U23＼U31。11和12的相位角和功率因數(shù)角有關(guān)，在casestructure里設(shè)置為la，Ic時(shí)，I1和12的相位角即分別為90-φ和210-φ，如圖5所示。接下來(lái)再用U12的相角分別減去I1和12的角就可以得出所需要超前的角度。其他的相序情況下可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)數(shù)的情況，則再加上360度即可。

4相序判斷、相量圖

相量圖是這部分比較重要和比較占系統(tǒng)內(nèi)存的部分，調(diào)用了子VICompassPlot，輸入包括兩種方法即VectorInput和ComplexInput，因?yàn)檎麄€(gè)軟件要多次調(diào)用相角，所以設(shè)計(jì)中采用了VectorInput的方式。而且可以采用多級(jí)VICompass，前一級(jí)的輸出可以作為下一級(jí)的輸入的一部分，并和新的元素合并在一起，這樣就可以顯示六角圖并同時(shí)顯示VA＼VB＼VC及V12＼V32和1＼|2。因?yàn)樵诠β视?jì)算中U12和1是第一元件計(jì)算功率，U32和I2是第二元件一起計(jì)算功率，所以在圖標(biāo)中采用相近的顏色。如圖6所示。

5判斷結(jié)果

判斷結(jié)果包括了第一和第二元件的電壓電流及負(fù)荷性質(zhì)和功率計(jì)算部分。當(dāng)功率因數(shù)角大于0則為感性，否則為容性。功率計(jì)算部分包括的內(nèi)容比較多，包括正確接線情況下的功率計(jì)算和在設(shè)定接線的情況下第一、二元件功率計(jì)算及修正系數(shù)。要顯示的內(nèi)容比較多，所以這部分的編程采用的是PictRing方式。前面提到過(guò)共48種接線，所以這里分別采用了48張圖片，并依次編號(hào)0～47。前面電壓相序有6種情況，電流有8種情況，通過(guò)編碼就得到0～47的編號(hào)，就可以按情況調(diào)用這48張圖片了。

6接線原理圖

基本接線包括48種，接線圖就包括了48個(gè)，當(dāng)然也可以采用類(lèi)似功率計(jì)算的方法。不過(guò)本設(shè)計(jì)中采用的是調(diào)用屬性節(jié)點(diǎn)的方法，主要采用的是classiccolorbox.可以將其設(shè)定成與背景-樣的顏色，以蓋住不希望顯示的部分，也可以將其改成黑色的線色形狀，再調(diào)用其位置和長(zhǎng)（寬）的屬性節(jié)點(diǎn)使其在合適的地方顯示出來(lái)。

7結(jié)論

本文所設(shè)計(jì)的培訓(xùn)軟件是以培訓(xùn)師在授課的角度并參考了電網(wǎng)公司技能考試的一些資料，集成了培訓(xùn)和考試中最常用的48種接線方法，并分別指示出相應(yīng)的接線方式，相量圖、功率表達(dá)式、更正系數(shù)計(jì)算及接線原理圖，方便學(xué)員自己學(xué)習(xí)和練習(xí)，也可以作為培訓(xùn)師的培訓(xùn)工具。在程序的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上還有很多可以?xún)?yōu)化的地方，例如，以學(xué)員練習(xí)的角度，可以先給出相應(yīng)的參數(shù)，由學(xué)員去分析，推導(dǎo)或選擇其他相應(yīng)的圖或計(jì)算。在程序的編譯方法上還有很多可以?xún)?yōu)化的地方，例如，注釋還不夠完善;調(diào)用了比較多的數(shù)字轉(zhuǎn)數(shù)組的函數(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]梁永昌賈宏偉安全電壓環(huán)境下電能計(jì)量培訓(xùn)裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子產(chǎn)品世界2018 1

[2]電能計(jì)量培訓(xùn)裝置簡(jiǎn)化硬件電路設(shè)計(jì)賈宏偉1，2林子翔3

[3]電能計(jì)量錯(cuò)誤接線檢查培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].碩士論文華北電力大學(xué)

[4] QIAO Xin-guo， ZHANG Tao，SONG Jia-yin. The Implementation of Training andAssessment System on the Real False Wiring Testing of the Electric Energy MeasurementDevice[J].Electrical Automation，2012， 34 （6） ： 56-57.

[5]喬新國(guó)，張濤，宋佳音.電能計(jì)量裝置全真錯(cuò)誤接線檢測(cè)培訓(xùn)考核系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].電氣自動(dòng)化，2012，34（6）：56-57.

[6]白冰.三相三線有功電能表錯(cuò)誤接線解析[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008：1