用低压继电设备制作的三相智能电表走字电源

叶加星 李金俊 李 军 包玉树 段梅梅

(1.江苏方天电力技术有限公司，南京 211102；2.江苏省电力公司电力科学研究院，南京 211100)



用低压继电设备制作的三相智能电表走字电源

叶加星1李金俊2李 军1包玉树1段梅梅2

(1.江苏方天电力技术有限公司，南京 211102；2.江苏省电力公司电力科学研究院，南京 211100)

本文介绍了一种用低压继电设备制作的成本低廉的三相电能表走字电源，文中分别阐述了其电源部分、控制部分、辅助部分的电路及其原理，并给出了安装环境要求及使用的注意事项。

成本低廉；自制；智能电表；走字电源

0 引言

随着智能电网的快速发展，我国智能电能表也进入了快速发展的阶段，由于智能电能表在生产过程中需要经过常温走字试验和高温走字试验(即老化试验)需要大量的智能电能表走字电源，且市面上现有的智能电能表走字电源价格不菲，无形中给电能表的生产企业提高了很大的成本。为此，本文介绍一种原理简单，成本低廉，易于安装的自制三相电表走字电源，谨供同行业的朋友们互相探讨。

1 电源部分电路及其原理

1.1 电源部分的组成

走字源电源部分由三相插头、空气开关、调压器、隔离变压器、电压表和电流表按图1连接而成。电源部分的作用是将输入的三相四线交流电(220V/380V)通过低压继电设备转换为可分别调节的三组电压、电流输出。

图1 电源部分原理图

1.2 电压输出的实质

走字源电压输出的实质是把三相电能表的电压回路(通常是电能表自身的变压器或称PT)作为负载，并联在调压器输出端。调节调压器电压，使电能表得到工作电压和采样电压。其电压大小可通过电压表读数读出；因此，电能表的电压回路不能有短路现象，对走字源而言，会烧坏相应的保护电路，严重的将损坏走字源电压输出回路(相关保护电路内容将在第三部分辅助电路中详细介绍)；对电能表而言，会造成因无工作电压而不工作；或因无采样电压计量不准，产生失压等异常数据和异常记录等现象。

1.3 电流输出的实质

电流输出的实质是把三相电能表的电流回路(通常是电能表自身的电流互感器或称CT)作为负载，串联在隔离变压器输出端。通过调节调压器电压，在隔离变压器输出的相线和零线之间产生短路电流，来控制流过电能表电流互感器的电流，即电能表的采样电流。其电流大小可通过电流表读数读出。因此，电能表的电流回路不能有开路现象，任何一点的开路，对电能表而言，均可导致整个电流回路因失流造成电能计量不准，产生失流等异常数据和异常记录等现象。任何一点接触电阻的变化，都会引起输出电流的突变，严重时烧毁走字源的电流输出回路或电能表自身的电流互感器。

1.4 电源部分各元件的数量和选型

1)三相四线插座(440V，16A)

2)空气开关：整机回路FU1(440V，20A)；电流回路FU2(440V，16A)。

3)TSGC2J接触调压器0.5kVA(6只)。

4)隔离变压器：选用BK-3-1000VA或3只BK-1000VA。

5)44L1指针式电流表(3只)。

6)44L1指针式电压表(3只)。

2 控制部分电路及其原理

2.1 控制部分电路的组成

走字源控制部分由选择开关和交流接触器按图2、图3、图4连接而成。控制部分的功能为：控制走字源输出端电流方向和功率因数。

2.2 控制电路的控制原理

设：A相电压为UA，则输入电压相量表达式为：UA∠0°；输入电流相量表达式为：I1∠0°。

B相电压为UB，则输入电压相量表达式为：UB∠120°；输入电流相量表达式为：I2∠120°。

C相电压为UC，则输入电压相量表达式为：UC∠240°；输入电流相量表达式为：I3∠240°。

图2 电压控制回路

图3 电流控制回路

图4 低压控制回路

A相输出电压为：U14，B相输出电压为：U25，C输出电压为：U36(见图2)；A相输出电流为：I710，B输出电流为：I811，C输出电流为：I912(见图3)。

低压控制部分相应的解接触器线圈吸合，走字源输出将得到以下6种输出状态。

2.3 功率因数为1.0，输出正向电流原理及相位图

将图4中选择开关“K1”置与“1.0”位置，“K3”置于“正向”位置，则走字源各相电压电流同相输出(相位角为0°)，如图5。图中，输出电压U14=UA∠0°，U25=UB∠120°，U36=UC∠240°。输出电流I710=IA∠0°，I811=IB∠120°，I912=IC∠240°。

图5 功率因数为1.0，正向电流输出相位图

2.4 功率因数为1.0，输出反向电流原理及相位图

将图4中选择开关“K1”置与“1.0”位置，“K3”置于“反向”位置，则走字源各相电压超前电流180°，如图6。图中，输出电压U14=UA∠0°，U25=UB∠120°，U36=UC∠240°。输出电流I710=IA∠180°，I811=IB∠300°，I912=IC∠60°。

图6 功率因数为1.0，反向电流输出相位图

2.5 功率因数为0.5L，输出第一象限无功原理及相位图

将图4中选择开关“K1”置与“0.5”位置，“K2”置于“L”位置，“K3”置于“反向”位置，则走字源各相电压超前电流60°，如图7。图中，输出电压：U36=UB∠120°，U14=UC∠240°，U25=UA∠0°。输出电流：I710=IA∠300°，I811=IB∠60°，I912=IC∠180°。

图7 功率因数为0.5L，第一象限无功输出相位图

2.6 功率因数为0.5L，输出第二象限无功原理及相位图

将图4中选择开关“K1”置与“0.5”位置，“K2”置于“C”位置,“K3”置于“正向”位置，则走字源各相电压超前电流120°，如图8。图中，输出电压U14=UB∠120°，U25=UC∠240°，U36=UA∠0°。输出电流I710=IA∠240°，I811=IB∠0°，I912=IC∠120°。

图8 功率因数为0.5L，无功第二象限输出相位图

2.7 功率因数为0.5L，输出第三象限无功原理及相位图

将图4中选择开关“K1”置与“0.5”位置，“K2”置于“L”位置，“K3”置于“正向”位置，则走字源各相电压超前电流240°，如图9。图中输出电压U14=UC∠240°，U25=UA∠0°，U36=UB∠120°。输出电流I710=IA∠120°，I811=IB∠240°，I912=IC∠0°。

图9 功率因数为0.5L，无功第三象限输出相位图

2.8 功率因数为0.5L，输出第四象限无功原理及相位图

将图4中选择开关“K1”置与“0.5”位置，“K2”置于“C”位置，“K3”置于“反向”位置，则走字源各相电压超前电流300°，如图10。图中，输出电压U14=UB∠120°，U25=UC∠240°，U36=UA∠0°。输出电流I710=IA∠60°，I811=IB∠180°，I912=IC∠300°。

图10 功率因数为0.5L，无功第四象限输出相位图

2.9 控制部分电路元器件数量及选型

1)交流接触器(7只)，额定工作电压220/380V额定工作电流大于10A。线圈额定工作电压为220/380V。

2)3位置保持式选择开关(3只)。

3 辅助电路及其作用

3.1 走字源的保护器件和保护电路

3.1.1 输入电压保护

走字源的输入电压为220/380V，每相所接的调压器功率为1kV，因此，其输入电流应为定值。通过公式可计算出电流回路的工作电流约为10A，可以选用220/380V，20A的断路器保护。

3.1.2 输出电压保护

走字源的输出电压随负载不同而调节合适的电压，但不能出现短路和过流现象。一般电能表的功耗都很低。以负载为100只三相四线电子式电能表计算，其功耗约应小于3A，可选择220/380V，5A的玻璃管熔断器保护。

3.1.3 输出电流保护

走字源的输出电流量程已固定为10A，因此，可选择220/380V，20A的玻璃管熔断器保护。

3.1.4 输出电流的热效应防护

在输出电流有强度和时间要求的前提下，减少电流热效应，实际就是减少负载的电阻。

对走字源而言，电阻大小由其负载(外接电能表的电流互感器)材料自身特性，导体长度与横截面积的比值相关(R=ρ×l/S)。所以，消除电流回路的热效应，只有通过保持外电路负载接触良好，缩短传输距离，增大线径来防护。走字源长时间工作，应适当减小输出电流。

3.1.5 接触器误动作保护电路

如图4低压控制部分电路所示，在功率因数为“1.0”控制电路中，只允许有KM1接触器常开触点动作，此时，若KM2和KM3动作，都会引起走字源电压回路短路。笔者通过在控制回路中利用常开触点km1线圈和KM2，KM3接触器常闭触点串联来避免电路误动作，倘若KM2，KM3接触器有任意一个常闭触点处于断开状态，常开触点km1线圈都将无法接通，接触器KM1自然就无法动作。

3.2 走字源状态指示电路

3.2.1 电源状态指示

如图11所示电路，在开关FU1后接入指示灯，表示电源处于运行状态。在开关FU2后接入指示灯，表示电流回路处于运行状态。

3.2.2 运行状态指示电路

如图12所示电路，对电流正向和反向，无功1、2、3、4象限均有运行指示。

图12 运行状态指示电路

4 走字源的安装环境及使用注意事项

4.1 安装环境要求

走字源应安放在通风，照明条件良好的环境中，具有220/380V三相四线交流电源，接入走字源的相序，相线电压应正确。具有良好的接地系统。

走字源的外壳应可靠接地。闲置的回路，需将选择开关，电源开关置于“关闭”位置；调压器调节开关应璇至于“0”位置。

4.2 使用注意事项

1)使用前应检查各开关位置应处在“OFF”位置。调压器应璇于“0”位置；

2)先打开电源开关“FU1”，在根据需要打开其他开关；加载电压前，先确定负载的额定电压，再调节电压调压器；

3)加载电流前，先确定负载的额定电流，再打开电流回路开关“FU2”调节电流调压器；

4)如需加载电压和电流，调节的顺序应为：先调节电压至所需电压，再调节电流至所需电流；关闭时应先关闭电流至“0”，再关闭电压至“0”；

5)切换象限时，应先将电压和电流调至“0”位置；

6)长时间供电，输出电流应减小一半；

7)维修、保养走字源，应断开三相四线插头，电流输出端子应定期紧固。

4.3 常见故障及排除

走字源使用中常见的故障及排除方法请参照表1。

5 结束语

本文介绍的三相电表走字源只适用于输出电流不大于10A的三相电能表，如需接10A以上的负载，相应的电流回路调压器，隔离变压器功率应相应增大；因为电源内部感性元器件数量多，功率大，故走字源使用时，必须可靠接地，以免发生人生安全。开关电源时易产生感生电动势，所以，必须按照注意事项要求的步骤操作。

表1 走字源的常见故障及排除方法

如需测量负载(电能表)上元器件的波形，注意参考点的选择。

[1] Q/GDW 354 —2009.智能电能表功能规范 国家电网公司，2009

[2] Q/GDW 363—2009.1级三相智能电能表技术规范 国家电网公司，2009

[3] 卢运培，李东江，熊双贵0.03级电能表全自动检定装置.电测与仪表，1992(3)

[4] 杨艳华，杨志宏，数字源中D/A位数和采样点数的选择.电测与仪表，1997(10)

[5] 伍李辉，熊久平，SHXB-3型表源一体化电能表检定装置.电测与仪表，1997(1)

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10.3969/j.issn.1000-0771.2015.05.11