并联式高压电能计量仿真接线培训柜的研究

陈胜，刘艳，贾宏伟

(1.广东电网有限责任公司江门供电局，广东 江门 529000；2.广东电网有责任公司培训与评价中心，广东 广州 510520）

电能计量是一项电力营销中实现电能交易的重要活动。电能作为商品，在交易过程中必须遵循市场规律，且保证在受电设备安全状态下实现公平买卖。电能计量装置是一种容易被损坏、受计量技术影响、数据录取易出差错的计量设备。为了把握计量的准确性，对电能计量人员的专业培训是至关重要的。在众多的培训项目中，计量装置错误接线分析更是技能鉴定和岗位能力评价的核心项目。因此，在进行实操培训的过程中，应该尽量将各种情况都仿真模拟出来，现有培训设备是通过电脑控制电路设置接线或故障类型来对电能计量进行培训考核，但存在成本高、操作复杂等问题。因此研发相应的作业技能提升培训装置具有实用性，本文设计了一款并联式高压三相三线电能计量接线类型仿真培训装置，可用于用电检查等工种的培训和考评工作，大大降低了培训成本。

1 三相三线计量原理图及常见错误接线型式

三相三线制电能计量装置应用于中性点绝缘系统的高压计量[2]，通常用2台单相电压互感器把高压转化为低压送入计量元件，2台电压互感器按V/V方式接线。采用2台电流互感器分别接入A相和C相，把大电流转化为小电流后接入计量元件。如图1（a）所示，三相三线电能计量装置第一个计量元件的电压电流为UabIa，第二个计量元件的电压电流为UcbIc，判断错误接线须测量数据，一般用1、2、3来表示接入的位置，测量数据第一元件电压电流标记为U12I1，第二元件分别电压电流标记为U32I2。画相量图时把元件和相区分开来，元件指的是表尾一般用1、2、3来表示，相别用A、B、C来表示。用相位表判断出电压相序，利用接地相判断哪一项是接地相，再由已得出的相序推出U1、U2、U3与Ua、Ub、Uc之间的对应关系。接着在相量图上标出U1、U2、U3，再画出U12、U32。根据前面确定的电压相别就可以确定U1、U2、U3真实接入的电压相别，并在六角图上标注出来。对于电流的判别方法，采取随相判别法确定电流相序，如哪相电流方向不随相序，则反相接此电流再行判断。如图1所示。

图1 三相三线电能计量装置接线原理图和相量图

三相三线电能计量常见接线类型由电压接线错误和电流接线错误构成。其中电压部分的接线错误可以归结为2种情况：（1）TV二次输出端极性反接、断相；（2）电压错相，即：接入电能表输入端的三根电压线可能出现依次轮错或互相交叉。电流部分的接线错误可以归结为3种情况：（1）TA二次输入端极性反接、短路；（2）电流错相；（3）电能表电流输入端与电流输出端互相反接，即电流进、出线反接。这5种情况可以随机组合出现，导致出现的错误类型达到数种。本文主要探讨48种基本接线。即电压正相序A B C、B C A、C A B和电压逆相序A C B、B A C、C B A共6种，与电能表相连的电流互感器一般采用两相星型接线，接入电能表的电流有IA和-IA，IC和-IC，四个电流可以构成8个电流组合：IA、IC；IA、-IC；-IA、IC；-IA、-IC；IC、IA；IC、-IA；-IC、IA；-IC、-IA。那么6种电压选择及8种电流选择，便得出最为常见的48种接线型式。本文所设计的并联式高压三相三线电能计量接线类型仿真培训装置，主要仿真的就是这48种接线型式。

2 装置接线原理图及柜体设计

本装置主要由电源电路柜体和培训柜体及其之间的连接线构成[3]。电源电路负责送出6路电压信号，分别对应着Uab、UCB、地线、参考电压信号、UA（用于在培训柜体中产生IA电流信号）、UC（用于在培训柜体中产生IC电流信号）。6路信号通过总线（6根导线）连接到培训柜体的各工位。如图2所示。各工位之间采用并联的方式，共用一个电源送出的信号，工位扩展方便。

图2 并联式高压电能计量仿真接线培训柜接线原理图

培训柜体分成上下2个部分，上面为学员实操的操作面板（工位），下面为操作平台和抽屉，可用于放置工具和仪表等。如图3所示，可根据须要设置工位数。柜体的一侧设置接线端子，用于连接电源电路信号总线。每个工位设置成可开启的方式。

图3 并联式高压电能计量仿真接线培训柜设计图

每个工位上设有安装电能表和联合接线盒的位置，下部设7个过线孔，过线孔下部在面板的背面设有接线端子，用于连接联合接线盒过来的线与下半柜体产生的信号线。电能表的右侧设一个贯穿前后的接线端子，端子和柜体之间要求绝缘。每个工位设有折页，下方设有带锁的把手，可以打开工位门，工位的背面进行接线类型设置，柜体内用于进行电路的安装和设置。单个工位设计图如图4、图5所示。

图4 单个工位操作面板正视图

图5 单个工位后面视图

柜体的7个过线孔对应7个接线端子，定义如下：

147为3个电压信号线（正确接线的情况下依次为Ua、Ub、Uc）；2、3为一组电流信号线；5、6为一组电流信号线。（正确接线的情况下依次为Ia、Ic）。

柜体左侧进线接口对应8根线，右侧出线接口对应8根线，定义如下：1、4、7为3个电压信号线（正确接线的情况下依次为Ua，Ub，Uc）；2、3为一组电流信号线；5、6为一组电流信号线。（正确接线的情况下依次为Ia，Ic）；8为信号源参考线，连接至柜体电能表侧的接线端子处（参考点）。

电能表表尾处同样有着对应联合接线盒的7个接线端子。在电流进线端子和出线端子之间安装一电感元件，用于控制电流大小和负荷性质。

3 电压、电流信号接线

本装置可使多个培训柜体之间共用一套电源电路和信号电路[4]，柜体内设置电压电流相位调节电路和负荷性质控制电路（简称：接线控制电路），多个柜体之间采用并接的方式进行控制。其操作面板完全仿真高压三相三线的计量室的操作环境，只设电能表和联合接线盒及其连接线。电压信号接线如图6所示，电流信号接线如图7所示。

图6 电能表的电压信号线

图7 电能表的电流信号线

4 结束语

本文研究的并联式高压电能计量仿真接线培训柜，通过并联多个柜体的方式，将原有的一套电源电路和信号电路（最多控制3个工位）扩大至控制数十个工位。理论上只需一套电源电路和信号电路即可控制数十个工位，可以很大程度上对电能计量仿真接线培训柜进行优化，大大节省了制造成本。同时，接线故障无须通过电脑控制，控制方式简单，故障率低，即便出现故障也容易排查，维护成本低。