串聯(lián)式電能計(jì)量接線類型仿真培訓(xùn)裝置設(shè)計(jì)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(jì)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(chǎng)上的能測(cè)量電壓、電流、功率、電能等電參數(shù)的儀器儀表來保證。針對(duì)于電力生產(chǎn)上的操作人員來說，需要進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)工作必須經(jīng)過一系列的理論學(xué)習(xí)和實(shí)操才能正式上崗，理論學(xué)習(xí)通常可以通過老師講授和閱讀課本等方式學(xué)習(xí)獲得，實(shí)操部分的學(xué)習(xí)，由于去到現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)會(huì)不多，能夠直接接觸儀器設(shè)備和接線控制等的機(jī)會(huì)就更少了，因此需要通過培訓(xùn)裝置來實(shí)現(xiàn)。

2 串聯(lián)式接線方法設(shè)計(jì)

以低壓三相四線電能計(jì)量為例，三相四線電能表內(nèi)包含三個(gè)電壓元件和三個(gè)電流元件。三元件分別計(jì)量有功為P1P2P3。可以采用相位表法利用鉗型電流表、電壓表、相位表聯(lián)合測(cè)繪向量圖。以功率元件電壓為參考相量，測(cè)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(shí)際接線方式。三相四線電能計(jì)量中，電壓和電流各有6 個(gè)相序，再加上電流反極性和電壓斷相等情況。6 個(gè)相序分別為abc、bca、cab、acb、bac、cba。三相三線電能計(jì)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(jì)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(hào)，電壓和電流回路串接到各個(gè)電表。電壓和電流采用分別的控制電路，電壓信號(hào)通常為開路運(yùn)行，或接近開路運(yùn)行，對(duì)負(fù)荷電流要求不高。電流信號(hào)通常接近短路運(yùn)行，可采用低電壓大電流的方法實(shí)現(xiàn)，一方面可降低整個(gè)功耗，另一方面可提高整體的安全性。電壓信號(hào)分別接到各個(gè)工位，相當(dāng)于電氣上的并串，但在接線方式上是多個(gè)工位之間串接的方式。電流信號(hào)的進(jìn)線分別接入各個(gè)工位的一個(gè)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(hào)即三根線，三相電流信號(hào)包括進(jìn)線和出線即6 根線，再加上零線合計(jì)十根線；高壓三相三線包括三相電壓線和兩相電流線，合計(jì)七根線。培訓(xùn)裝置上另設(shè)置一根參考電位線。多個(gè)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(gè)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(hào)輸出口，做成公頭。多個(gè)柜體之間通過多股導(dǎo)線（信號(hào)線）前一級(jí)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(hào)電路可以控制無數(shù)多個(gè)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(gè)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(hào)線。電能表的右側(cè)設(shè)一個(gè)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(gè)過線孔對(duì)應(yīng)10 個(gè)接線端子，定義如下：

（1）147 為三個(gè)電壓信號(hào)線（正確接線的情況下依次為Ua，Ub，Uc）；

（2）23 為一組電流信號(hào)線；56 為一組電流信號(hào)線；89 為一組電流信號(hào)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(duì)應(yīng)11 根線，右側(cè)出線接口對(duì)應(yīng)11 根線，定義如下：

（1）147 為三個(gè)電壓信號(hào)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(hào)線；56 為一組電流信號(hào)線；89 為一組電流信號(hào)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(hào)源參考線（一般設(shè)為A 相電壓信號(hào)），連接至柜體電能表側(cè)的接線端子處（參考點(diǎn)）。

3 柜體操作面板的接線

柜體的十個(gè)過線孔對(duì)應(yīng)十個(gè)接線端子，其中第1、4 和7 為三個(gè)電壓信號(hào)線，正確接線的情況下依次為Ua，Ub，Uc；三組電流信號(hào)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(gè)是零線。柜體左側(cè)進(jìn)線接口對(duì)應(yīng)11 根線，右側(cè)出線接口對(duì)應(yīng)11 根線，其中第1、4 和7 為三個(gè)電壓信號(hào)線，正確接線的情況下依次為Ua，Ub，Uc；電流信號(hào)也同上所述；第11 為信號(hào)源參考線，連接至柜體電能表側(cè)的接線端子處（參考點(diǎn)）。參考點(diǎn)相當(dāng)于一個(gè)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(duì)應(yīng)連接。所有的參考點(diǎn)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(shí)現(xiàn)逆相序。

圖2 工位之間電壓、電流信號(hào)連接原理圖

如果第一個(gè)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(gè)為輸出端子相位），由此就將6 個(gè)相位關(guān)系全部展示出來了。

電流信號(hào)的連接方式類似于電壓信號(hào)，只是電流信號(hào)包括兩根線，一根是電流進(jìn)線，另一根是電流出線。可以將電流進(jìn)線和出線對(duì)調(diào)產(chǎn)生電流的反極性接法。在多個(gè)柜體（或單一柜體）連接好之后，在最后一個(gè)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(diǎn)

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(shí)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(gè)培訓(xùn)柜體布控一個(gè)相當(dāng)規(guī)模的實(shí)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(jì)量仿真時(shí)，去掉B 項(xiàng)的仿真電流，參考點(diǎn)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(jì)量接線類型仿真培訓(xùn)裝置的設(shè)計(jì)方法可實(shí)現(xiàn)一個(gè)裝置包含多個(gè)工位，且每個(gè)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(hào)，電壓和電流回路串接到各個(gè)電表，以此實(shí)現(xiàn)一個(gè)電源負(fù)荷模塊驅(qū)動(dòng)極多的電能表，且在增加電能表或工位情況下，整個(gè)培訓(xùn)裝置功耗增加不多。具有成本低，控制簡(jiǎn)單，實(shí)用性極強(qiáng)的特點(diǎn)，可用于用電檢查等工種的培訓(xùn)和考評(píng)工作。