串聯(lián)式電能計量接線類型仿真培訓(xùn)裝置設(shè)計方法

盧廣仁

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局，廣東 東莞523000）

1 研究背景

當(dāng)今電力工業(yè)發(fā)展迅猛，為了保證電力工業(yè)生產(chǎn)、電能計量能安全、可靠、準(zhǔn)確和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，我們必須依靠安裝在電力生產(chǎn)現(xiàn)場上的能測量電壓、電流、功率、電能等電參數(shù)的儀器儀表來保證。針對于電力生產(chǎn)上的操作人員來說，需要進(jìn)入現(xiàn)場工作必須經(jīng)過一系列的理論學(xué)習(xí)和實操才能正式上崗，理論學(xué)習(xí)通?？梢酝ㄟ^老師講授和閱讀課本等方式學(xué)習(xí)獲得，實操部分的學(xué)習(xí)，由于去到現(xiàn)場的機(jī)會不多，能夠直接接觸儀器設(shè)備和接線控制等的機(jī)會就更少了，因此需要通過培訓(xùn)裝置來實現(xiàn)。

2 串聯(lián)式接線方法設(shè)計

以低壓三相四線電能計量為例，三相四線電能表內(nèi)包含三個電壓元件和三個電流元件。三元件分別計量有功為P1P2P3?？梢圆捎孟辔槐矸ɡ勉Q型電流表、電壓表、相位表聯(lián)合測繪向量圖。以功率元件電壓為參考相量，測量電壓與電流相量的相位角，確定接入功率元件電壓、電流相位，從而確定電能表的實際接線方式。三相四線電能計量中，電壓和電流各有6 個相序，再加上電流反極性和電壓斷相等情況。6 個相序分別為abc、bca、cab、acb、bac、cba。三相三線電能計量電壓相序也是6 種情況，電流相序只包括了電流Ia 和Ic，即兩種相序情況。

本方案設(shè)計的培訓(xùn)裝置集成了低壓三相四線和高壓三相三線的接線環(huán)境。專用的電源負(fù)荷模塊產(chǎn)生電能表需要的電壓和電流信號，電壓和電流回路串接到各個電表。電壓和電流采用分別的控制電路，電壓信號通常為開路運(yùn)行，或接近開路運(yùn)行，對負(fù)荷電流要求不高。電流信號通常接近短路運(yùn)行，可采用低電壓大電流的方法實現(xiàn)，一方面可降低整個功耗，另一方面可提高整體的安全性。電壓信號分別接到各個工位，相當(dāng)于電氣上的并串，但在接線方式上是多個工位之間串接的方式。電流信號的進(jìn)線分別接入各個工位的一個接線端子，在電氣上通過電表后再通過另一端子返回。三相四線是包括三相電壓信號即三根線，三相電流信號包括進(jìn)線和出線即6 根線，再加上零線合計十根線；高壓三相三線包括三相電壓線和兩相電流線，合計七根線。培訓(xùn)裝置上另設(shè)置一根參考電位線。多個培訓(xùn)柜體之間可采用串接的方式，柜體下部左右各設(shè)一個至少11 位的端子接口的航空插頭。左邊為輸入母頭，右邊為信號輸出口，做成公頭。多個柜體之間通過多股導(dǎo)線（信號線）前一級的公頭和后一柜體的母頭連接。理論上一套電源電路和信號電路可以控制無數(shù)多個工位。

操作面板上設(shè)有安裝電能表和聯(lián)合接線盒的位置，下部設(shè)10 個過線孔，過線孔下部在面板的背面設(shè)有接線端子，用于連接聯(lián)合接線盒過來的線與電源負(fù)荷模塊或上一工位過來的電壓和電流信號線。電能表的右側(cè)設(shè)一個貫穿前后的接線端子。接線端子和柜體之間要求絕緣。

柜體的10 個過線孔對應(yīng)10 個接線端子，定義如下：

（1）147 為三個電壓信號線（正確接線的情況下依次為Ua，Ub，Uc）；

（2）23 為一組電流信號線；56 為一組電流信號線；89 為一組電流信號線。（正確接線的情況下依次為Ia，Ib，Ic）；

（3）10 為零線；

柜體左側(cè)進(jìn)線接口對應(yīng)11 根線，右側(cè)出線接口對應(yīng)11 根線，定義如下：

（1）147 為三個電壓信號線（正確接線的情況下依次為Ua，Ub，Uc）；

圖1 電路原理示意圖

（2）23 為一組電流信號線；56 為一組電流信號線；89 為一組電流信號線。（正確接線的情況下依次為Ia，Ib，Ic）；

（3）10 為零線；

（4）11 為信號源參考線（一般設(shè)為A 相電壓信號），連接至柜體電能表側(cè)的接線端子處（參考點）。

3 柜體操作面板的接線

柜體的十個過線孔對應(yīng)十個接線端子，其中第1、4 和7 為三個電壓信號線，正確接線的情況下依次為Ua，Ub，Uc；三組電流信號分別是第2 和第3 為一組，第5 和第6 為一組，第8 和第9 為一組，正確接線的情況下依次為Ia，Ib，Ic；第十個是零線。柜體左側(cè)進(jìn)線接口對應(yīng)11 根線，右側(cè)出線接口對應(yīng)11 根線，其中第1、4 和7 為三個電壓信號線，正確接線的情況下依次為Ua，Ub，Uc；電流信號也同上所述；第11 為信號源參考線，連接至柜體電能表側(cè)的接線端子處（參考點）。參考點相當(dāng)于一個坐標(biāo)。一般情況下，可將輸入端子和工位一之間按數(shù)字對應(yīng)連接。所有的參考點和數(shù)字11 的端子串接在一起。但上一工位和下一工位之間，上一工位的1 連接下一工位的4，4 連接5，7 連接1，依此類推。第三和第四工位之間連接比較特別，第三工位的1、4和7 分別連接第四工位4、1 和7，以此實現(xiàn)逆相序。

圖2 工位之間電壓、電流信號連接原理圖

如果第一個工位的電壓相序是abc，那么接下來的相序就是，bca，cab，acb，cba，bac（最后一個為輸出端子相位），由此就將6 個相位關(guān)系全部展示出來了。

電流信號的連接方式類似于電壓信號，只是電流信號包括兩根線，一根是電流進(jìn)線，另一根是電流出線?？梢詫㈦娏鬟M(jìn)線和出線對調(diào)產(chǎn)生電流的反極性接法。在多個柜體（或單一柜體）連接好之后，在最后一個柜體通過金屬連接片將輸出接線端子的23 端子短接，56 端子短接，89 端子短接，就可以構(gòu)成相應(yīng)的電流回路了。

4 核心技術(shù)及創(chuàng)新點

由于電流回路采用的是串聯(lián)的方式，而且電壓回路所產(chǎn)生的功耗又極小，所以在理論上，本種控制方式可以同時控制非常多的電能表。因此，本培訓(xùn)裝置的柜體可以在不增加控制電源的情況下，再行增加電能表，甚至是多個培訓(xùn)柜體布控一個相當(dāng)規(guī)模的實訓(xùn)室。

三相三線和三相四線的接線方式都可在柜體模式上仿真練習(xí)。在進(jìn)行三相三線的電能計量仿真時，去掉B 項的仿真電流，參考點設(shè)為B 相電壓即可。

5 結(jié)論

本文提出的串聯(lián)式電能計量接線類型仿真培訓(xùn)裝置的設(shè)計方法可實現(xiàn)一個裝置包含多個工位，且每個工位的接線類型都不同。電源負(fù)荷模塊產(chǎn)生電能表需要的電壓和電流信號，電壓和電流回路串接到各個電表，以此實現(xiàn)一個電源負(fù)荷模塊驅(qū)動極多的電能表，且在增加電能表或工位情況下，整個培訓(xùn)裝置功耗增加不多。具有成本低，控制簡單，實用性極強(qiáng)的特點，可用于用電檢查等工種的培訓(xùn)和考評工作。