中压配电网中一种残压检测电路的设计和Multisim仿真

2019-09-10幸玲王大燕王佳

中国电气工程学报 2019年20期

幸玲　王大燕　王佳

摘要：本文分析了中压配电网对残压检测的需求，根据需求进行了残压检测电路的设计。用Multisim搭建了仿真电路进行了仿真，并与实际电路进行了测试比较，测试结果表明本文设计的残压检测电路能够准确诊断并锁存残压信号。

关键词：残压;Multisim;仿真;中压;配电网

一、中压配电网残压检测需求和分析

配电终端控制器在失电状态下的情况下，应能实现时间长度不大于40ms残压脉冲的识别与记忆，在控制器上电后，能将识别的残压脉冲参与逻辑运算。从上述需求可知，配电终端设备需要检测并锁存一个宽度不大于40ms的AC220V电压。初步设计用磁保持继电器来锁存信号，用单相整流滤波电路将交流信号转换成直流信号，并触发磁保持继电器，从而完成残压信号的识别和锁存。

二、残压检测电路设计

2.1残压电路设计分析

2.1.1 单相整流滤波电路

1.整流电路

整流电路是利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压。这种单方向的脉动电压有很大的脉动成分。

由图1可知，利用二极管的单向导通这一特性，使变压器副边的交流电压转换成为负载两端的单向脉动电压，从而达到整流的目的。由于这种电路只在交流电压的半个周期内才有电流流过负载，因此称为单相半波整流电路。

2.滤波电电路

滤波电路是将整流后的单向脉动电压中的脉动成分尽可能地滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。它由电容、电感等储能元件组成。

3.稳压电路

稳压电路是采取一些措施，当电压或负载电流变化时，使输出的直流电压保持稳定。

4.电路设计整体架构

2.1.2磁保持继电器

磁保持继电器是近几年发展起来的一种新型继电器，也是一种自动开关。和其他电磁继电器一样，对电路起着自动接通和切断作用。所不同的是，磁保持继电器的常闭或常开状态完全是依赖永久磁钢的作用，其开关状态的转换是靠一定宽度的脉冲电信号触发而完成的。磁保持继电器其触点开、合状态平时由永久磁铁所产生的磁力所保持。当继电器的触点需要开或合状态时，只需要用正（反）直流脉冲电压激励线圈，继电器在瞬间就完成了开与合的状态转换。通常触点处于保持状态时，线圈不需要继续通电，仅靠永久磁铁的磁力就能维持继电器的状态不变。

2.2设计的残压检测电路

设计的残压电路如下图3所示，其中AC1-1，AC1-2为残压输入端子;Bridge1为4个整流二极管组成的整流桥芯片;R，C为滤波电路;C1，D3为稳压电路;Relay为磁保持继电器。

三、残压检测电路的Multisim仿真及测试

3.1Multisim仿真

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

3.2残压电路仿真

用Multisim搭建的仿真电路如下图4。

通过仿真，由XSC3 示波器可以观察到A通道充电电容C2的电压（红色），B通道稳压管D3的电压，也即是磁保持继电器动作线圈上的电压（紫色），从图5中可以看出，磁保持继电器动作线圈能够正确动作。

3.3实际搭建的电路测试

由实际搭建的電路进行残压检测测试。残压通过继保测试仪模拟输出，磁保持继电器能够正确动作。用示波器观察充电电容上的电压和磁保持继电器动作线圈上的电压，波形如图6所示，其中蓝色线充电电容电压，黄色线为线圈电压。比较图5与图6，可以看出，Multisim仿真波形与电路实测波形一致。

四、结论

本文设计的残压检测电路已广泛应用在10kV配电终端设备中，通过试验和挂网运行表明，该电路能够正确诊断线路残压，且运行稳定可靠。