一种配电系统模拟装置设计

王勇

摘要：针对工程应用中，用于检测配电系统输出故障的一些专用或通用检测设备功能性验证中遇到的实际问题开展研究，给出了一种能够模拟220V和380V交流配电系统多种输出状态的模拟装置的设计方案，介绍了模拟装置的组成、功能、特点和实验室测试验证情况。经实际工程应用，能够满足一些配电技术安全检测检测设备的功能性验证使用需要。

关键词：电源系统；检测设备；功能检查；故障模拟

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：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

各种电子设备均离不开供电电源。我国国家电网有110 kV、220 kV、500 kV几个常用的电压等级，在人们日常生活中，主要应用的多是380/220V的交流电压[1]。用电设备与供电电源一般通过各种配电柜、配电箱或移动配电插座等联接在一起。供配电系统（包括电源和配电中转单元）是否正常直接影响到用电设备的工况。一直以来，插头插座引发的质量安全事故频频被媒体曝光[2]。插头插座引发质量事故的原因可分为两个方面：一方面，产品本身不符合现行国家强制性标准GB2099.1-2008[3]和GB 1002-2008[4]的规定；另一方面，使用者误用插头插座。类似的由于电源的零线和火线反接或者接地不良而引发的设备故障或产品品质不良的现象经常发生[5]。因此，配电系统的技术检测非常关键也非常重要，它直接关系到用电安全和操作人员的人身安全。常用的检测工具一般是数字三用表、相序表、插座检查器和测电笔等检测设备或工具。在实际工作过程中，配电检测设备或工具的功能性检查或计量遇到了一些问题。一些带测量读数值的，有计量标准的设备，可以送计量站进行计量。但是很多计量站对于类似判断接线关系正确性的插座检查器、电源测试仪[5]和检查三相电接线关系的相序表等设备无法进行定量的计量和定性的检查。作者设计一种配电系统模拟装置，可协助技术人员解决上述设备定性检查的问题。

2配电系统模拟装置介绍

配电系统模拟装置由输入模块、输出模块、安保模块、“单相配电模拟”、“三相配电模拟”、状态指示模块等功能模块构成。系统功能原理框图见图1。

输入模块通过插头适配组合可以将交流380V电源和交流220V引入配电模拟系统。其中插头适配组合可以与自制交流220V单相三极（三线）10A或16A插头以及自制交流380V三相四极（四线）16A或25A插头相对接，可以实现与大多数常用已知电源（例如计量站实验室电源）的方便对接。

“单相配电模拟”模块可以模拟出单相三极（三线）配电输出时缺零线（PE线）、缺火线（L线或相线）、缺地线（N线）、火线零线接反、火线地线接反以及输出正常等接线关系。

“三相配电模拟”模块可以模拟出三相配电输出时缺A相（U相）、缺B相（V相）、缺C相（W相）、三相正相序输出、三相逆相序输出等接线关系。

输出模块通过多功能转换插座或接线端子提供220V单相二极、三极（三线）和交流380V三相四极或五极（五线）输出信号。

安保模块通过限流保险管，防止意外短路或其他过流事故。通过调整保险丝的大小的可以选择不同的限流保护范围。

状态指示模块通过逻辑设计，对控制各个信号通道的物理硬件的工作状态进行指示，提示使用者设备内部各个开关、继电器的当前工况。

3配电系统模拟装置电路分析

图2 是配电模拟系统原理图，图中略去了与状态指示模块相关的指示灯驱动电路，主要反映了系统的电路控制规律。

图中五路输入信号（A、B、C、N、PE），可以由单相三极配电插座输入（A、N、PE）或三相四极插座输入（A、B、C、N）。开关K1、K2、K6、K10为双向三档开关，K3、K4、K5、K7、K8、K9为双向二档开关；F1、F2、F3为保险丝座；J1、J2、J3、J4为交流220V驱动四通道继电器。K1用于分选是进行配电模拟还是绝缘参数模拟：K12接通时（K11端切断了A信号输入），J1闭合，输出端B、C信号通路切断，同时输出端的N、PE信号转接到绝缘参数模拟模块（图中未画出具体原理电路）。K2用于分选是进行单相配电模拟还是三相配电模拟。

K1-K6和J3、J4组合控制用来实现单相配电的各种输出情况：K11、K23触点接通时， K34触点接通，信号A经由J3、J4常闭触点到输入端；K32触点接通，A信号切断，实现“缺相（缺火线）”模拟。通过K2、K5的K21、K53与K54触点和J1、J3常闭触点可以模拟N信号通断情况；K4的K42、K44触点和J1、J4的常闭触点模拟PE信号的通断情况。而单相电相零错、相地错的模拟可以通过K6控制J3、J4的吸合来实现。

同样，K7、K8、K9模拟三相电（A、B、C信号）的单路通断，K10和J2组合实现三相电正相序和逆相序的输出。

4实验室调试情况

4.1输入输出阻抗测量

用数字万用表电阻档（这里选某型号3/4位自动量程数字万用表电阻测量档）测量五路输入信号（A、B、C、N、PE）线在K1-K10分别在各个档位之间切换过程中，输出端电阻值大小。在K1的K12端接通，或K6和K10的各个非空档位切换时，输入端测量的阻抗为继电器的线圈电阻。

4.2绝缘电阻测量

用绝缘电阻表（这里选某型数字绝缘电阻表1000V档），对五路输入信号（A、B、C、N、PE）线进行绝缘电阻测量。在三档双位开关K6和K10处于中间位置（即“空档位”，左右两路均不接通）的情况下，K1的K11端接通或空档位，K2-K5、K7-K9分别在各个档位之间切换的过程中，测量五路输入信号的两两之间绝缘电阻为∞。

4.3输入输出电压测量比较

在系统设定的单相和三相电源正常的情况下，测量输入端和输出端的电压值并比较。

4.4功能性试验

在外接测试仪表的情况下，通过系统操作面板校验设备是否具备系统设定的功能。

这里选用带蜂鸣器提示和发光二极管指示的华谊牌插座检查器进行单相配电模拟功能的检查；用3PHASEE ROTATION TESTER便携式相位测量仪进行三相配电模拟的检查；用某型数字自动量程万用表和某型数字绝缘电阻表进行绝缘电阻模拟的检查。试验结果满足设计要求。见表1。

4.5设备消耗功率分析

设备主要是在状态指示电路（信号指示灯由氖管串联金属膜电阻组合封装）和继电器线圈工作时消耗电能。

通过测量和统计五个输入通道，在系统各设定模式下工作电流大小，进行分析。

5系统功能特点

该系统通过电路设计，可以巧妙地模拟出单相和三相电源配电网络的各种常见接线关系，特别是各种常见电源的正确的和错误输出模式。可以用于辅助校验工程上广泛使用的10A、16A插座检查器、各种机械式或数字式相序表、相序保护继电器等，在各种模拟产生的特定配电情况下各项功能是否按照仪表本身设定的模式做出相应的“指示（信号灯亮度变化）”、“提示（蜂鸣器鸣叫变化）”或“显示（表头输出变化）”。

6 结束语

配电系统模拟装置是针对常用配电系统检测设备和工具的功能性校验而设计，小批量生产应用于对飞行器进行技术安全检测的技术安全设备中。实际应用情况表明：该系统能够满足对各种插座检查器、电源检测仪、相序表和专用技术安全检测仪等进行功能性检查。该系统是对通用配电系统运行状态进行模拟的设备，可以配备到计量站实现对一些通用配电检测设备的功能性检查，有利于解决工程应用中遇到的一些实际问题。

参考文献：

[1] 周兆华.220 V配电系统的防雷保护[J].机电工程技术，2014（43）：215-217.

[2] 黄永福，林淼，吴向峰.浅谈我国插头插座结构型式存在的几点不足[J].电子质量，2011（11）：68-72.

[3] GB 2099.1-2008.家用和类似用途插头插座第一部分：通用要求[S].

[4] GB 1002-2008.家用和类似用途单相插头插座型式、基本参数和尺寸[S].

[5 张成虎.一种新型实用电源检测仪的设计开发及应用[J].机电工程技术，2013（42）：71-75.