三相三線電能表基本錯誤接線培訓(xùn)軟件設(shè)計

　　樊璟 ¹² ，賈宏偉 ¹² ，林子翔 ³

　?。? 廣東省電力工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東 廣州 510000；2 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司培訓(xùn)評價中心 廣東 廣州 510000；3 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司，廣東廣州 510000）

　　摘要：電能計量系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，電能計量工作的正確性和準(zhǔn)確性是保證電力系統(tǒng)正常、安全運行的重要技術(shù)手段。準(zhǔn)確計量電能不僅需要電能表和互感器接線正確，還需要高素質(zhì)的操作員的軟實力來支持。針對現(xiàn)場電能計量人員理論水平的薄弱環(huán)節(jié)，本文主要研究基于Labview的三相三線電能表錯誤接線仿真軟件，可用于現(xiàn)場作業(yè)人員的理論培訓(xùn)或自學(xué)練習(xí)。

　　關(guān)鍵詞：Labview；錯誤接線；培訓(xùn)；三相三線

　　0 引言

　　電能計量的安全、可靠和準(zhǔn)確進(jìn)行必須依靠檢測電壓、電流、功率因數(shù)、頻率等電參數(shù)的儀器儀表來保證。因此，電能計量工作中參數(shù)的準(zhǔn)確采集和接線的正確形式與儀器儀表具有同樣的重要性。而所有這些工作，都需要電能計量人員來完成，他們的專業(yè)素質(zhì)才是整個計量工作的重中之重。目前，電能計量的檢測和校驗工作大多都是圍繞電能計量裝置展開分析，如電壓互感器（TV 或 PT）、電流互感器（TA或 CT）、電能表（有功及無功電能表）的檢測等。然而，無論選擇進(jìn)行任何電能計量裝置檢測，都必須保證計量中接線的正確性，否則裝置再精確也無法計量正確。三相三線電能表的錯誤接線的檢查是目前在廣東電網(wǎng)用電檢查和裝表接電高級工、技師等技能培訓(xùn)和考試中必需的一個項目。

　　而目前常用的培訓(xùn)設(shè)備非常昂貴，對于一線員工而言能夠接受到的培訓(xùn)的時間和機(jī)會并不算多。相關(guān)的教材的內(nèi)容又多繁復(fù)難懂。本文設(shè)計的軟件集成了培訓(xùn)中最常用的48種接線方法，并分別指示出相應(yīng)的接線方式，相量圖、功率表達(dá)式、更正系數(shù)計算及接線原理圖，方便學(xué)員自己學(xué)習(xí)和練習(xí)，也可以作為培訓(xùn)師的培訓(xùn)工具。

　　1 系統(tǒng)功能設(shè)計

　　本文所設(shè)計的軟件包括參數(shù)的設(shè)置區(qū)和仿真 測 試 分 析 結(jié) 果 的 區(qū)域，如圖1所示。三相三線式經(jīng)互感器接電能表的基本原理這里不再贅述了如圖2所示。電壓線的接法包括正相序3種，即abc,bca,cab；負(fù)相序3種，即cba,bac,acb,合計6種。電流也是兩元件，即Ia和Ic。

　　Ia和Ic可以分別正反接即4種情況，而電流互感器二次端Ia和Ic互換位置，又有2種情況。合計48種常見接線方法（其中一種是正確的）。軟件左邊是參數(shù)的設(shè)置區(qū)域，主要設(shè)置電壓和電流的接法及大小和功率因數(shù)角。電力互感器的二次側(cè)電壓值為100 V，電流為1 A（或5 A，本文采用的是5 A）。軟件的右側(cè)則顯示在相應(yīng)的接線方式情況下測量的結(jié)果及分析結(jié)果，包括相應(yīng)測量點的電壓、電流、相位關(guān)系、相量圖、功率表達(dá)式、更正系數(shù)，接線原理圖等。下面具體說每一部分的設(shè)計方法。

　　2 電壓相序選擇和電流選擇

　　錯誤接線的基本關(guān)鍵設(shè)置總結(jié)為三個，即電壓相序，電流接線和感性或容性功率角設(shè)置。電壓相序的6種接法和電流的二次8種接線方法分別按接線方法命名，并分別賦值為1~6和1~8，以便于接下來編程可以用數(shù)字區(qū)別這48種接法。感性負(fù)載和容性負(fù)載是通過功率因數(shù)正負(fù)來選擇的。在后臺分別用casestructure進(jìn)行編程。這兩個case structure基本上決定了接下來編程的基本方法和框架。后面的所有分析和顯示情況的編程都是從這里開始。

　　3 測量數(shù)據(jù)仿真

　　測量數(shù)據(jù)的界面是參考了相關(guān)考試和實際工作中的一些文件的模式。在實際工作中，如果正確接線的情況測量數(shù)據(jù)應(yīng)該和圖1所示相似，即電壓U12、U23，U31基本相等。U1N約等于U3N，U2N等于0,I1約等于I2,在功率因數(shù)角為15度的情況下，相位關(guān)系如圖1所示。如果不符合這些關(guān)系，那么接線就很有可能存在錯誤了。電壓電流數(shù)據(jù)顯示的編程很簡單，不再贅述。相位關(guān)系上在編程中需要注意，因為數(shù)據(jù)記錄都是以U12為參考點，而U12在不同接法時對應(yīng)的具體電壓是不同的，如abc接法中，U12為Uab,U32為Ucb(注意不是Ubc)；相序為bca時，U12=Ubc,U32=Uac。U32在1相量圖和功率計算中用的比較

多。在錯誤接線的情況下，超前的角度經(jīng)過計算可能會出現(xiàn)負(fù)值或大于360的情況。為了避免這種情況的發(fā)生，在電壓電流設(shè)置的case structure程序里，統(tǒng)一設(shè)定以逆時針的方向并以Array的格式設(shè)置相量的角度數(shù)，如圖4所示。在編程計算時依據(jù)相序設(shè)定U12和U32的初始值，如abc時分別設(shè)為120度和180度，在后續(xù)的相量圖中會用到這些值。另一個Array中的120、120、240分別代表U12的相位角，U12超前U23U31。I1和I2的相位角和功率因數(shù)角有關(guān)，在case structure里設(shè)置為Ia,Ic時，I1和I2的相位角即分別為90-φ和210-φ，如圖5所示。接下來再用U12的相角分別減去I1和I2的角就可以得出所需要超前的角度。其他的相序情況下可能會出現(xiàn)負(fù)數(shù)的情況，則再加上360度即可。

　　4 相序判斷、相量圖

　　相量圖是這部分比較重要和比較占系統(tǒng)內(nèi)存的部分，調(diào)用了子VI Compass Plot，輸入包括兩種方法即Vector Input和Complex Input，因為整個軟件要多次調(diào)用相角，所以設(shè)計中采用了Vector Input的方式。而且可以采用多級VI Compass，前一級的輸出可以作為下一級的輸入的一部分，并和新的元素合并在一起，這樣就可以顯示六角圖并同時顯示VAVBVC及V12V32和I1I2。因為在功率計算中U12和I1是第一元件計算功率，U32和I2是第二元件一起計算功率，所以在圖標(biāo)中采用相近的顏色。如圖6所示。

　　5 判斷結(jié)果

　　判斷結(jié)果包括了第一和第二元件的電壓電流及負(fù)荷性質(zhì)和功率計算部分。當(dāng)功率因數(shù)角大于0則為感性，否則為容性。功率計算部分包括的內(nèi)容比較多，包括正確接線情況下的功率計算和在設(shè)定接線的情況下第一、二元件功率計算及修正系數(shù)。要顯示的內(nèi)容比較多，所以這部分的編程采用的是Pict Ring方式。前面提到過共48種接線，所以這里分別采用了48張圖片，并依次編號0~47。前面電壓相序有6種情況，電流有8種情況，通過編碼就得到0~47的編號，就可以按情況調(diào)用這48張圖片了。

　　6 接線原理圖

　　基本接線包括48種，接線圖就包括了48個，當(dāng)然也可以采用類似功率計算的方法。不過本設(shè)計中采用的是調(diào)用屬性節(jié)點的方法，主要采用的是classic color box.可以將其設(shè)定成與背景一樣的顏色，以蓋住不希望顯示的部分，也可以將其改成黑色的線色形狀，再調(diào)用其位置和長（寬）的屬性節(jié)點使其在合適的地方顯示出來。

　　7 結(jié)論

　　本文所設(shè)計的培訓(xùn)軟件是以培訓(xùn)師在授課的角度并參考了電網(wǎng)公司技能考試的一些資料，集成了培訓(xùn)和考試中最常用的48種接線方法，并分別指示出相應(yīng)的接線方式，相量圖、功率表達(dá)式、更正系數(shù)計算及接線原理圖，方便學(xué)員自己學(xué)習(xí)和練習(xí)，也可以作為培訓(xùn)師的培訓(xùn)工具。在程序的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上還有很多可以優(yōu)化的地方，例如，以學(xué)員練習(xí)的角度，可以先給出相應(yīng)的參數(shù)，由學(xué)員去分析，推導(dǎo)或選擇其他相應(yīng)的圖或計算。

　　在程序的編譯方法上還有很多可以優(yōu)化的地方，例如，注釋還不夠完善；調(diào)用了比較多的數(shù)字轉(zhuǎn)數(shù)組的函數(shù)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 梁永昌 賈宏偉 安全電壓環(huán)境下電能計量培訓(xùn)裝置系統(tǒng)設(shè)計[J].電子產(chǎn)品世界 2018 1

　　[2] 電能計量培訓(xùn)裝置簡化硬件電路設(shè)計 賈宏偉1，2林子翔3

　　[3] 電能計量錯誤接線檢查培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計[D].碩士論文,華北電力大學(xué)

　　[4] QIAO Xin-guo，ZHANG Tao，SONG Jia-yin.The Implementation of Training andAssessment System on the Real False Wiring Testing of the Electric Energy MeasurementDevice[J].Electrical Automation，2012，34（6）：56-57.

　　[5]喬新國，張濤，宋佳音. 電能計量裝置全真錯誤接線檢測培訓(xùn)考核系統(tǒng)的實現(xiàn) [J]. 電氣自動化，2012，34（6）：56-57.

　　[6]白冰. 三相三線有功電能表錯誤接線解析 [M]. 北京 ：中國 電力出版社，2008 ：1

　　作者簡介：

　　樊璟（1986-）， 女 碩士，講師，主要研究方向：電力系統(tǒng)市場營銷

　　賈宏偉 （1979-）， 男，碩士，講師，主要研究方向：電力系統(tǒng)市場營銷

　　林子翔 （1989-）， 男，碩士，講師，工程師，主要研究方向：輸配電線路施工與運行方向

　　本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第6期第58頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處