一種配電系統(tǒng)模擬裝置設(shè)計

王勇

摘要：針對工程應(yīng)用中，用于檢測配電系統(tǒng)輸出故障的一些專用或通用檢測設(shè)備功能性驗證中遇到的實際問題開展研究，給出了一種能夠模擬220V和380V交流配電系統(tǒng)多種輸出狀態(tài)的模擬裝置的設(shè)計方案，介紹了模擬裝置的組成、功能、特點和實驗室測試驗證情況。經(jīng)實際工程應(yīng)用，能夠滿足一些配電技術(shù)安全檢測檢測設(shè)備的功能性驗證使用需要。

關(guān)鍵詞：電源系統(tǒng)；檢測設(shè)備；功能檢查；故障模擬

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）34-0198-02

Abstract： In order to solve the problems of Power Supply testing equipment functional validation， it gives us the design of a power simulation system can simulate multiple ac 220 v and 220 v output state. The composition， function and characteristics of the device and are introduced in the paper. It has been verified by laboratory test and the practical engineering application，that the equipment can satisfy the functional verification needs of some test equipments used in power system inspection.

Key words： power supply system； testing equipment； function check； fault simulation

1概述

各種電子設(shè)備均離不開供電電源。我國國家電網(wǎng)有110 kV、220 kV、500 kV幾個常用的電壓等級，在人們?nèi)粘Ｉ钪?，主要?yīng)用的多是380/220V的交流電壓[1]。用電設(shè)備與供電電源一般通過各種配電柜、配電箱或移動配電插座等聯(lián)接在一起。供配電系統(tǒng)（包括電源和配電中轉(zhuǎn)單元）是否正常直接影響到用電設(shè)備的工況。一直以來，插頭插座引發(fā)的質(zhì)量安全事故頻頻被媒體曝光[2]。插頭插座引發(fā)質(zhì)量事故的原因可分為兩個方面：一方面，產(chǎn)品本身不符合現(xiàn)行國家強制性標(biāo)準(zhǔn)GB2099.1-2008[3]和GB 1002-2008[4]的規(guī)定；另一方面，使用者誤用插頭插座。類似的由于電源的零線和火線反接或者接地不良而引發(fā)的設(shè)備故障或產(chǎn)品品質(zhì)不良的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生[5]。因此，配電系統(tǒng)的技術(shù)檢測非常關(guān)鍵也非常重要，它直接關(guān)系到用電安全和操作人員的人身安全。常用的檢測工具一般是數(shù)字三用表、相序表、插座檢查器和測電筆等檢測設(shè)備或工具。在實際工作過程中，配電檢測設(shè)備或工具的功能性檢查或計量遇到了一些問題。一些帶測量讀數(shù)值的，有計量標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，可以送計量站進(jìn)行計量。但是很多計量站對于類似判斷接線關(guān)系正確性的插座檢查器、電源測試儀[5]和檢查三相電接線關(guān)系的相序表等設(shè)備無法進(jìn)行定量的計量和定性的檢查。作者設(shè)計一種配電系統(tǒng)模擬裝置，可協(xié)助技術(shù)人員解決上述設(shè)備定性檢查的問題。

2配電系統(tǒng)模擬裝置介紹

配電系統(tǒng)模擬裝置由輸入模塊、輸出模塊、安保模塊、“單相配電模擬”、“三相配電模擬”、狀態(tài)指示模塊等功能模塊構(gòu)成。系統(tǒng)功能原理框圖見圖1。

輸入模塊通過插頭適配組合可以將交流380V電源和交流220V引入配電模擬系統(tǒng)。其中插頭適配組合可以與自制交流220V單相三極（三線）10A或16A插頭以及自制交流380V三相四極（四線）16A或25A插頭相對接，可以實現(xiàn)與大多數(shù)常用已知電源（例如計量站實驗室電源）的方便對接。

“單相配電模擬”模塊可以模擬出單相三極（三線）配電輸出時缺零線（PE線）、缺火線（L線或相線）、缺地線（N線）、火線零線接反、火線地線接反以及輸出正常等接線關(guān)系。

“三相配電模擬”模塊可以模擬出三相配電輸出時缺A相（U相）、缺B相（V相）、缺C相（W相）、三相正相序輸出、三相逆相序輸出等接線關(guān)系。

輸出模塊通過多功能轉(zhuǎn)換插座或接線端子提供220V單相二極、三極（三線）和交流380V三相四極或五極（五線）輸出信號。

安保模塊通過限流保險管，防止意外短路或其他過流事故。通過調(diào)整保險絲的大小的可以選擇不同的限流保護(hù)范圍。

狀態(tài)指示模塊通過邏輯設(shè)計，對控制各個信號通道的物理硬件的工作狀態(tài)進(jìn)行指示，提示使用者設(shè)備內(nèi)部各個開關(guān)、繼電器的當(dāng)前工況。

3配電系統(tǒng)模擬裝置電路分析

圖2 是配電模擬系統(tǒng)原理圖，圖中略去了與狀態(tài)指示模塊相關(guān)的指示燈驅(qū)動電路，主要反映了系統(tǒng)的電路控制規(guī)律。

圖中五路輸入信號（A、B、C、N、PE），可以由單相三極配電插座輸入（A、N、PE）或三相四極插座輸入（A、B、C、N）。開關(guān)K1、K2、K6、K10為雙向三檔開關(guān)，K3、K4、K5、K7、K8、K9為雙向二檔開關(guān)；F1、F2、F3為保險絲座；J1、J2、J3、J4為交流220V驅(qū)動四通道繼電器。K1用于分選是進(jìn)行配電模擬還是絕緣參數(shù)模擬：K12接通時（K11端切斷了A信號輸入），J1閉合，輸出端B、C信號通路切斷，同時輸出端的N、PE信號轉(zhuǎn)接到絕緣參數(shù)模擬模塊（圖中未畫出具體原理電路）。K2用于分選是進(jìn)行單相配電模擬還是三相配電模擬。

K1-K6和J3、J4組合控制用來實現(xiàn)單相配電的各種輸出情況：K11、K23觸點接通時， K34觸點接通，信號A經(jīng)由J3、J4常閉觸點到輸入端；K32觸點接通，A信號切斷，實現(xiàn)“缺相（缺火線）”模擬。通過K2、K5的K21、K53與K54觸點和J1、J3常閉觸點可以模擬N信號通斷情況；K4的K42、K44觸點和J1、J4的常閉觸點模擬PE信號的通斷情況。而單相電相零錯、相地錯的模擬可以通過K6控制J3、J4的吸合來實現(xiàn)。

同樣，K7、K8、K9模擬三相電（A、B、C信號）的單路通斷，K10和J2組合實現(xiàn)三相電正相序和逆相序的輸出。

4實驗室調(diào)試情況

4.1輸入輸出阻抗測量

用數(shù)字萬用表電阻檔（這里選某型號3/4位自動量程數(shù)字萬用表電阻測量檔）測量五路輸入信號（A、B、C、N、PE）線在K1-K10分別在各個檔位之間切換過程中，輸出端電阻值大小。在K1的K12端接通，或K6和K10的各個非空檔位切換時，輸入端測量的阻抗為繼電器的線圈電阻。

4.2絕緣電阻測量

用絕緣電阻表（這里選某型數(shù)字絕緣電阻表1000V檔），對五路輸入信號（A、B、C、N、PE）線進(jìn)行絕緣電阻測量。在三檔雙位開關(guān)K6和K10處于中間位置（即“空檔位”，左右兩路均不接通）的情況下，K1的K11端接通或空檔位，K2-K5、K7-K9分別在各個檔位之間切換的過程中，測量五路輸入信號的兩兩之間絕緣電阻為∞。

4.3輸入輸出電壓測量比較

在系統(tǒng)設(shè)定的單相和三相電源正常的情況下，測量輸入端和輸出端的電壓值并比較。

4.4功能性試驗

在外接測試儀表的情況下，通過系統(tǒng)操作面板校驗設(shè)備是否具備系統(tǒng)設(shè)定的功能。

這里選用帶蜂鳴器提示和發(fā)光二極管指示的華誼牌插座檢查器進(jìn)行單相配電模擬功能的檢查；用3PHASEE ROTATION TESTER便攜式相位測量儀進(jìn)行三相配電模擬的檢查；用某型數(shù)字自動量程萬用表和某型數(shù)字絕緣電阻表進(jìn)行絕緣電阻模擬的檢查。試驗結(jié)果滿足設(shè)計要求。見表1。

4.5設(shè)備消耗功率分析

設(shè)備主要是在狀態(tài)指示電路（信號指示燈由氖管串聯(lián)金屬膜電阻組合封裝）和繼電器線圈工作時消耗電能。

通過測量和統(tǒng)計五個輸入通道，在系統(tǒng)各設(shè)定模式下工作電流大小，進(jìn)行分析。

5系統(tǒng)功能特點

該系統(tǒng)通過電路設(shè)計，可以巧妙地模擬出單相和三相電源配電網(wǎng)絡(luò)的各種常見接線關(guān)系，特別是各種常見電源的正確的和錯誤輸出模式?？梢杂糜谳o助校驗工程上廣泛使用的10A、16A插座檢查器、各種機械式或數(shù)字式相序表、相序保護(hù)繼電器等，在各種模擬產(chǎn)生的特定配電情況下各項功能是否按照儀表本身設(shè)定的模式做出相應(yīng)的“指示（信號燈亮度變化）”、“提示（蜂鳴器鳴叫變化）”或“顯示（表頭輸出變化）”。

6 結(jié)束語

配電系統(tǒng)模擬裝置是針對常用配電系統(tǒng)檢測設(shè)備和工具的功能性校驗而設(shè)計，小批量生產(chǎn)應(yīng)用于對飛行器進(jìn)行技術(shù)安全檢測的技術(shù)安全設(shè)備中。實際應(yīng)用情況表明：該系統(tǒng)能夠滿足對各種插座檢查器、電源檢測儀、相序表和專用技術(shù)安全檢測儀等進(jìn)行功能性檢查。該系統(tǒng)是對通用配電系統(tǒng)運行狀態(tài)進(jìn)行模擬的設(shè)備，可以配備到計量站實現(xiàn)對一些通用配電檢測設(shè)備的功能性檢查，有利于解決工程應(yīng)用中遇到的一些實際問題。

參考文獻(xiàn)：

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