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串联式电能计量接线类型仿真培训装置设计方法

王伟 朱鹏 蔡鹏

国网新疆电力公司乌鲁木齐供电公司,新疆乌鲁木齐市,830000

摘要: 电力计量的基本工具是电力计量装置,电力计量装置发生相应的故障,或者由于人的技能素质原因发生的电力计量装置的错误接线,可能造成电力企业电量计量的损失,无法完成电量销售价值的实现。而对电能计量装置错误接线的检测是电力企业相关职业人员必需的职业技能,需要经过理论学习和实际操作的培训。建立与现行配电装置一致的培训考核系统,是培训相关技能人员的需要。电网企业为提高该类人员的技能水平,目前大多在相应的模拟实验柜上进行操作培训,与现场实际有一定的差距,不能达到实际培训上岗操作的目的。建立与现场设备一致、方便灵活、可模拟多种故障类型的全真低压错误接线模拟系统成为电力职工技能培训及考核的迫切需求。
关键词: ​电能计量;仿真培训装置;用电检查;研究背景
DOI:10.12721/ccn.2021.157026
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引言

目前电网公司所使用的装表接电培训装置多数只能够进行接线的操作,而操作的结果是否正确是由培训人员检查或学员自查来判断,但学员在自主练习的时候经常是没有培训师在场,而学员自己的自查能力是需要经过一段时间的培训才能够建立起来。同时,在接线过程中所犯的错误对于电能计量会有怎么样的影响也无从判断或学习。

1串联式接线方法设计

以低压三相四线电能计量为例,三相四线电能表内包含三个电压元件和三个电流元件。三元件分别计量有功为P1\P2\P3。可以采用相位表法利用钳型电流表、电压表、相位表联合测绘向量图。以功率元件电压为参考相量,测量电压与电流相量的相位角,确定接入功率元件电压、电流相位,从而确定电能表的实际接线方式。三相四线电能计量中,电压和电流各有6个相序,再加上电流反极性和电压断相等情况。6个相序分别为abc、bca、cab、acb、bac、cba。三相三线电能计量电压相序也是6种情况,电流相序只包括了电流Ia和Ic,即两种相序情况。

本方案设计的培训装置集成了低压三相四线和高压三相三线的接线环境。专用的电源负荷模块产生电能表需要的电压和电流信号,电压和电流回路串接到各个电表。电压和电流采用分别的控制电路,电压信号通常为开路运行,或接近开路运行,对负荷电流要求不高。电流信号通常接近短路运行,可采用低电压大电流的方法实现,一方面可降低整个功耗,另一方面可提高整体的安全性。电压信号分别接到各个工位,相当于电气上的并串,但在接线方式上是多个工位之间串接的方式。电流信号的进线分别接入各个工位的一个接线端子,在电气上通过电表后再通过另一端子返回。三相四线是包括三相电压信号即三根线,三相电流信号包括进线和出线即6根线,再加上零线合计十根线;高压三相三线包括三相电压线和两相电流线,合计七根线。培训装置上另设置一根参考电位线。多个培训柜体之间可采用串接的方式,柜体下部左右各设一个至少11位的端子接口的航空插头。左边为输入母头,右边为信号输出口,做成公头。多个柜体之间通过多股导线(信号线)前一级的公头和后一柜体的母头连接。理论上一套电源电路和信号电路可以控制无数多个工位。

2电能表计量系统特点分析

在现实工作中,必须借助操作工具才能够完成电能计量工作的开展。电能计量工作并不容易,它必须充分的结合电能的作用方式、传递特性、特点、产生特性等进行操作。电能表是当前进行电能计量的主要工具,对一类电能测量工具可统称为电能表,而事实上,不同的工作原理和不同的组成结构,电能表可分为不同的形式。电能表常见的有感应式电能表、电子式电能表、机电一体式电能表等。而电子式电能表又分为机电脉冲式和全电子式电能表两种,与其他几种电能表相比较,电子式电能表特性是精准度较高,且自身的损耗性能在测量过程中也比较低,能够方便地调整计量中的各种数学参数,使用过程中不仅实现了电能表的计量,还可开发出其他的不同功能。而感应式电能表的操作主要根据电磁感应的相关原理进行,其特点是反应电能作用的过程更加持续动态、更加持久,就是在停电的状态下,相关数据也不会丢失。最主要的也是最常用的电能表是电子式电能表,在电能测量工作中被广泛地应用,能够得出正确的结论,与电力公司的利益息息相关,更关系到普通人民的经济利益。

二次电压网络随着我国用电负荷的增加而日渐庞大,电压网络结构的复杂化,极大地影响了电能计量工作。尤其是出口计量,二次电压会造成损耗和减压的问题出现。

3影响电能表计量的原因

电能表计量误差可大可小,这种误差现象十分常见,其中部分误差由于客观条件限制而属于允许误差,而另一部分误差是可克服的,其产生误差的主要原因有:

3.1电流、电压、温度变化

电流、电压和温度是影响电能表计量最终结果的重要原因。在运用电子式电能表进行电能计量的时候,加载在电能表的电压往往不同于现实电路电压,不同的电压会导致电能表中不同比例的现实数据滑轮变化,从而导致不准确的电能计量结果,进而产生误差。在利用电能表进行测试的时候,必然有电流通过,电能表内部的温度由于电流而发生变化,而温度变一样的时候,平衡的局面会出现,但当电压不对称的时候,也会造成转动滑轮变化,且绝对值不同,从而产生误差。当同一线路电压不对称的时候,电压抑制力矩和转动滑轮力矩随电压成负相关的关系,仍然会产生误差。

3.2电能表位置

电能表的位置也会影响到电能计量的误差,电能表的位置在计量过程中并不是一定的,且常常对电能表进行移动或碰撞,如果电能表的位置震动或倾斜,一样可产生误差。其主要原因是电能表内部由许多不同的零部件构成,它们并不是一个整体,都是通过螺丝或转轴连接起来的,在碰撞电能表的时候,必然会使部件发生位移,然后使得滑轮力矩发生变化,从而产生误差。化又会造成电压和电流变化,从而导致误差出现。

3.3不对称电压

造成误差形成的另一个重要原因是电能表检测中电压的不对称,很多电能表附件都不一样,同一电流和电压通过同一线路的时候,不同的电能表附件会产生不平衡的局面。当附件一样的时候,平衡的局面会出现,但当电压不对称的时候,也会造成转动滑轮变化,且绝对值不同,从而产生误差。当同一线路电压不对称的时候,电压抑制力矩和转动滑轮力矩随电压成负相关的关系,仍然会产生误差。

4培训装置功能方案设计

控制显示系统可根据需要处于两种工作模式,即装表接电培训模式和错误接线培训模式。在处于装表接电工作模式中,学员按照装表接电练习,在练习结束后,显示系统应能显示接电结果是否正确,并显示三相电压电流大小有功功率等,具体显示数据内容可参考电能表的功能;另外也应可以显示出相应的六角图,方便学员学习。如果发生接线错误,学员也可以根据控制器的显示分析出错误发生的线路,并且可以直观地看到相应的接线错误对计量会造成怎样的影响。在处于错误接线的培训中,可以由培训师事先设置好相应的错误接线,由学员在控制器的面板上读取所需的电压电流信号,进而判断接线的错误类型。此时再显示相应的六角图及错误接线类型的答案,再把学员的判断与控制器的显示相比较查看学员的学习效果。同时学员也可以实际操作修改接线,再通过控制器来直接验证修改的接线是否正确。

结语

本培训装置集成了装表接电,错误接线的培训功能,并且采用安全电压范围内的电压信号对电能表正常工作的各电压信号进行仿真,使学员可以在安全的环境下更直观的进行装表接电和错误接线的学习。

参考文献

[1]梁永昌,贾宏伟.安全电压环境下电能计量培训装置系统设计[J].电子产品世界,2018(1).

[2]樊璟.基于六角图法的三相四线电能计量装置错误接线判断[J].机电信息,2019(3).

[3]樊璟,贾宏伟,林子翔.三相三线电能表基本错误接线培训软件设计[J].电子产品世界,2018(6).