并聯式高壓電能計量仿真接線培訓柜的研究

陳勝，劉艷，賈宏偉

(1.廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東 江門 529000；2.廣東電網有責任公司培訓與評價中心，廣東 廣州 510520）

電能計量是一項電力營銷中實現電能交易的重要活動。電能作為商品，在交易過程中必須遵循市場規律，且保證在受電設備安全狀態下實現公平買賣。電能計量裝置是一種容易被損壞、受計量技術影響、數據錄取易出差錯的計量設備。為了把握計量的準確性，對電能計量人員的專業培訓是至關重要的。在眾多的培訓項目中，計量裝置錯誤接線分析更是技能鑒定和崗位能力評價的核心項目。因此，在進行實操培訓的過程中，應該盡量將各種情況都仿真模擬出來，現有培訓設備是通過電腦控制電路設置接線或故障類型來對電能計量進行培訓考核，但存在成本高、操作復雜等問題。因此研發相應的作業技能提升培訓裝置具有實用性，本文設計了一款并聯式高壓三相三線電能計量接線類型仿真培訓裝置，可用于用電檢查等工種的培訓和考評工作，大大降低了培訓成本。

1 三相三線計量原理圖及常見錯誤接線型式

三相三線制電能計量裝置應用于中性點絕緣系統的高壓計量[2]，通常用2臺單相電壓互感器把高壓轉化為低壓送入計量元件，2臺電壓互感器按V/V方式接線。采用2臺電流互感器分別接入A相和C相，把大電流轉化為小電流后接入計量元件。如圖1（a）所示，三相三線電能計量裝置第一個計量元件的電壓電流為UabIa，第二個計量元件的電壓電流為UcbIc，判斷錯誤接線須測量數據，一般用1、2、3來表示接入的位置，測量數據第一元件電壓電流標記為U12I1，第二元件分別電壓電流標記為U32I2。畫相量圖時把元件和相區分開來，元件指的是表尾一般用1、2、3來表示，相別用A、B、C來表示。用相位表判斷出電壓相序，利用接地相判斷哪一項是接地相，再由已得出的相序推出U1、U2、U3與Ua、Ub、Uc之間的對應關系。接著在相量圖上標出U1、U2、U3，再畫出U12、U32。根據前面確定的電壓相別就可以確定U1、U2、U3真實接入的電壓相別，并在六角圖上標注出來。對于電流的判別方法，采取隨相判別法確定電流相序，如哪相電流方向不隨相序，則反相接此電流再行判斷。如圖1所示。

圖1 三相三線電能計量裝置接線原理圖和相量圖

三相三線電能計量常見接線類型由電壓接線錯誤和電流接線錯誤構成。其中電壓部分的接線錯誤可以歸結為2種情況：（1）TV二次輸出端極性反接、斷相；（2）電壓錯相，即：接入電能表輸入端的三根電壓線可能出現依次輪錯或互相交叉。電流部分的接線錯誤可以歸結為3種情況：（1）TA二次輸入端極性反接、短路；（2）電流錯相；（3）電能表電流輸入端與電流輸出端互相反接，即電流進、出線反接。這5種情況可以隨機組合出現，導致出現的錯誤類型達到數種。本文主要探討48種基本接線。即電壓正相序A B C、B C A、C A B和電壓逆相序A C B、B A C、C B A共6種，與電能表相連的電流互感器一般采用兩相星型接線，接入電能表的電流有IA和-IA，IC和-IC，四個電流可以構成8個電流組合：IA、IC；IA、-IC；-IA、IC；-IA、-IC；IC、IA；IC、-IA；-IC、IA；-IC、-IA。那么6種電壓選擇及8種電流選擇，便得出最為常見的48種接線型式。本文所設計的并聯式高壓三相三線電能計量接線類型仿真培訓裝置，主要仿真的就是這48種接線型式。

2 裝置接線原理圖及柜體設計

本裝置主要由電源電路柜體和培訓柜體及其之間的連接線構成[3]。電源電路負責送出6路電壓信號，分別對應著Uab、UCB、地線、參考電壓信號、UA（用于在培訓柜體中產生IA電流信號）、UC（用于在培訓柜體中產生IC電流信號）。6路信號通過總線（6根導線）連接到培訓柜體的各工位。如圖2所示。各工位之間采用并聯的方式，共用一個電源送出的信號，工位擴展方便。

圖2 并聯式高壓電能計量仿真接線培訓柜接線原理圖

培訓柜體分成上下2個部分，上面為學員實操的操作面板（工位），下面為操作平臺和抽屜，可用于放置工具和儀表等。如圖3所示，可根據須要設置工位數。柜體的一側設置接線端子，用于連接電源電路信號總線。每個工位設置成可開啟的方式。

圖3 并聯式高壓電能計量仿真接線培訓柜設計圖

每個工位上設有安裝電能表和聯合接線盒的位置，下部設7個過線孔，過線孔下部在面板的背面設有接線端子，用于連接聯合接線盒過來的線與下半柜體產生的信號線。電能表的右側設一個貫穿前后的接線端子，端子和柜體之間要求絕緣。每個工位設有折頁，下方設有帶鎖的把手，可以打開工位門，工位的背面進行接線類型設置，柜體內用于進行電路的安裝和設置。單個工位設計圖如圖4、圖5所示。

圖4 單個工位操作面板正視圖

圖5 單個工位后面視圖

柜體的7個過線孔對應7個接線端子，定義如下：

147為3個電壓信號線（正確接線的情況下依次為Ua、Ub、Uc）；2、3為一組電流信號線；5、6為一組電流信號線。（正確接線的情況下依次為Ia、Ic）。

柜體左側進線接口對應8根線，右側出線接口對應8根線，定義如下：1、4、7為3個電壓信號線（正確接線的情況下依次為Ua，Ub，Uc）；2、3為一組電流信號線；5、6為一組電流信號線。（正確接線的情況下依次為Ia，Ic）；8為信號源參考線，連接至柜體電能表側的接線端子處（參考點）。

電能表表尾處同樣有著對應聯合接線盒的7個接線端子。在電流進線端子和出線端子之間安裝一電感元件，用于控制電流大小和負荷性質。

3 電壓、電流信號接線

本裝置可使多個培訓柜體之間共用一套電源電路和信號電路[4]，柜體內設置電壓電流相位調節電路和負荷性質控制電路（簡稱：接線控制電路），多個柜體之間采用并接的方式進行控制。其操作面板完全仿真高壓三相三線的計量室的操作環境，只設電能表和聯合接線盒及其連接線。電壓信號接線如圖6所示，電流信號接線如圖7所示。

圖6 電能表的電壓信號線

圖7 電能表的電流信號線

4 結束語

本文研究的并聯式高壓電能計量仿真接線培訓柜，通過并聯多個柜體的方式，將原有的一套電源電路和信號電路（最多控制3個工位）擴大至控制數十個工位。理論上只需一套電源電路和信號電路即可控制數十個工位，可以很大程度上對電能計量仿真接線培訓柜進行優化，大大節省了制造成本。同時，接線故障無須通過電腦控制，控制方式簡單，故障率低，即便出現故障也容易排查，維護成本低。