CN102867453A - 一种低压电容柜实训系统及实训控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低压电容柜实训系统及实训控制装置，包括低压电容柜，低压电容柜包括柜体、一次线路、二次线路和控制回路，控制回路中设有切换开关和无功补偿控制器；低压电容柜实训系统还包括后台计算机和受控于后台计算机的虚负荷电源，虚负荷电源包括电流发生装置和电压发生装置；所述电容柜实训系统还包括用于采样所述模拟电容投切状态的采样装置，所述采样装置与后台计算机通讯连接。本发明可真实模拟现场的低压电容柜多种工作过程，实现电容柜主回路的安装、接线实训与竞赛考核功能；而且实训效果好，对学员的现场操作能力有很大提升。

Description

一种低压电容柜实训系统及实训控制装置

技术领域

本发明涉及电力行业培训用模拟装置，特别是一种用于教学、实训和竞赛考核的低压电容柜实训装置。

背景技术

低压配电运行线路经常使用低压电容柜进行无功功率的补偿，无功功率补偿可提高提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。

低压电容柜包括主线路和多组补偿电容器，通过投入或切除一组或多组补偿电容器，以补偿无功功率，改善功率因数。投切方式分为手动和自动方式，自动方式不需要人员操作，由无功补偿控制器自动检测并控制补偿电容器的投切。

由于真实系统存在危险性，所以目前的培训通常是首先结合图片、影片、PPT等手段进行讲解、然后进行现场观摩的方式，向学员传授关于低压电容柜的原理与操作等知识。但是对于低压电容柜等电气设备，讲解与观摩起到的培训效果十分有限，实际操作才是毫无疑义的最佳训练方法。另外，在电力行业所进行的各种竞赛和考核中，更加不适合使用真实系统，所以设计低压电容柜实训系统势在必行。

发明内容

本发明的目的是提供一种低压电容柜实训系统，用以解决现有实训方式不能模拟现场中的真实低压电容柜，实训效果差的问题。另外，本发明还提供了一种低压电容柜实训控制装置。

为实现上述目的，本发明的方案是：一种低压电容柜实训系统，包括低压电容柜，低压电容柜包括柜体、一次线路、二次线路和控制回路，控制回路中设有切换开关和无功补偿控制器，在低压电容柜的电容安装处安装有用于实训的模拟电容，所述模拟电容内部断线或者与接入端虚接或断线，在低压电容柜的电流互感器安装处安装有用于实训的模拟电流互感器，所述模拟电流互感器内部断线或者与接入端虚接或断线；低压电容柜实训系统还包括后台计算机和受控于后台计算机的虚负荷电源，虚负荷电源包括电流发生装置和电压发生装置，电压发生装置的输出对应连接在低压电容柜的一次线路进线上，电流发生装置的三相输出中，其中两相输出分别与低压电容柜的对应相电流表形成二次电流显示回路，另一相输出用于为该相电流表提供显示用的电流幅值信号，并且用于为低压电容柜的功率因数表和无功补偿控制器提供电流相位信号；所述电容柜实训系统还包括用于采样所述模拟电容投切状态的采样装置，所述采样装置与后台计算机通讯连接。

进一步的，所述电流发生装置的三相输出中，所述另一相输出与低压电容柜的功率因数表、切换开关、无功补偿控制器和该相电流表形成电流显示及控制回路，该相电流表在前或在后紧靠所述功率因数表连接。

进一步的，所述电流发生装置的三相输出中，所述另一相输出连接两条并联的支路，第一条支路包括该相电流表，第二条支路由低压电容柜的功率因数表、切换开关和无功补偿控制器首尾相接构成，该相输出与第一条支路形成该相的二次电流显示回路，该相输出与第二条支路形成电流控制回路。

进一步的，所述电压发生装置的各相输出端分别通过低压电容柜的对应相一次进线端子连接在一次进线上；所述电流发生装置的各相输出分别通过二次线路的对应相电流采样端子连接在二次线路上。

进一步的，所述采样装置通过检测对应模拟电容的投切接触器线圈的通电状态、通过检查对应模拟电容的投切接触器触头的开闭状态或者通过检测模拟电容接入端的指示灯状态来采样所述模拟电容的投切状态。

实训控制装置，包括一个后台计算机和受控于后台计算机的虚负荷电源，虚负荷电源包括电流发生装置和电压发生装置，所述电压发生装置设有用于连接低压电容柜的一次线路进线端的一组三相输出端；所述电流发生装置设有一组三相输出端，其中两相输出端用于与对应相电流表连接形成二次电流显示回路，另一相输出用于为该相电流表提供显示用的电流幅值信号，并且用于为低压电容柜的功率因数表和无功补偿控制器提供电流相位信号；所述低压电容柜实训控制装置还包括用于采样低压电容柜电容投切状态的采样装置，所述采样装置与后台计算机通讯连接。

进一步的，所述电流发生装置的三相输出中，所述另一相输出用于与低压电容柜的功率因数表、切换开关、无功补偿控制器和该相电流表形成电流显示及控制回路。

进一步的，所述电流发生装置的三相输出中，所述另一相输出用于连接两条并联的支路，第一条支路包括该相电流表，第二条支路由低压电容柜的功率因数表、切换开关和无功补偿控制器首尾相接构成，该相输出用于与第一条支路形成该相二次电流显示回路，该相输出用于与第二条支路形成电流控制回路。

进一步的，所述电压发生装置的各相输出端分别用于通过低压电容柜的对应相一次进线端子连接在一次进线上；所述电流发生装置的各相输出分别用于通过低压电容柜二次线路的对应相电流采样端子连接在二次线路中。

进一步的，所述采样装置用于通过检测对应模拟电容的投切接触器线圈的通电状态、通过检查对应模拟电容的投切接触器触头的开闭状态或者通过检测模拟电容接入端的指示灯状态来采样所述模拟电容的投切状态。

采用虚负荷电源控制技术向无功补偿采样回路输出电压电流值，采用真实的低压电容柜、电容器构造形式，根据无功补偿控制器输出的电容投切情况自动改变输出的电流幅度以及与电压的相位角，模拟现场低压电容柜工作过程。PC软件可设定电源输出参数以及电容器参数，并根据设定参数参与补偿计算；该装置在真实低压电容柜的基础上根据适应实训要求进行优化调整，使其能够满足高频次的安装接线工艺实训，而不必更换价格相对昂贵的无功补偿控制器、电容器等配电器件。

所以本发明的低压电容柜实训系统，可真实模拟现场的低压电容柜多种工作过程，实现电容柜主回路的安装、接线实训与竞赛考核功能；而且实训效果好，对学员的现场操作能力有很大提升。

附图说明

图1是本发明的低压电容柜实训装置电气原理图；

图2是电流发生装置的一种电流输出情况电气原理图；

图3是电流发生装置的另一种电流输出情况电气原理图；

图4是控制回路部分电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

系统实施例

如图1、图4，本发明的实训系统所采用的低压电容柜保留了低压电容柜的整个一次线路、二次线路和控制回路，控制回路包括连接在母线进线上的功率因数表（功率因数表的电流端子连接母线进线端子，功率因数表的电压端子连接在本柜的两相电压进线之间），低压电容柜所配置的切换开关和无功补偿控制器。

本发明的低压电容柜实训系统，设置了一个低压电容柜实训控制装置，该控制装置包括一个后台计算机以及受控于后台计算机的一个虚负荷电源，虚负荷电源包括电流发生装置和电压发生装置，对外表现为一组或多组电压输出端和电流输出端。本发明的构思是利用该控制装置产生的电压、电流模拟真实电容柜的显示，提供给学员观察。对真实低压电容柜的改进，以及该控制装置与低压电容柜的连接关系具体介绍如下：

1， 将补偿用的电容器替换为模拟电容，“模拟电容”，如图1中1C、2C、3C是指真实的电容器、电容器的外壳或者是仿形电容器，它安装在柜体的电容安装处。如果采用真实的电容器，则与电容柜的接入端是虚接或断线的，如果不是真实电容器，则其内部应断线。总之，即使投切接触器动作，“模拟电容”也不会真正接入一次线路中，“模拟电容”的作用是给学员一种真实的现场感，使学员体会真实的现场情况，学员通过观察指示灯（HL1、HL2…HL6…）状态产生“该电容被切除或投入一次线路”的感觉。

2， 本柜中的电流互感器实际上不工作，所以将电流互感器替换为模拟电流互感器（TAa、TAb、TAc），“模拟电流互感器”可以采用真实或仿形的电流互感器，虚接在接线端子上或与接线端子断线，或者内部断线。二次线路中电流表（1A、2A、3A）的读数取决于虚负荷电源的电流发生装置，所以需要将电流发生装置的对应相输出端串入对应相的二次线路中，如图1，A相的二次线路中串入了虚负荷电源产生的A相电流信号，C相串入了虚负荷电源产生的C相电流信号，B相串入了虚负荷电源产生的B相电流信号。实际接线时，可以直接将虚负荷电源的电流输出端连接到二线线路的采样端子上，非常方便。需要指出，电流表（1A、2A、3A）指示本柜的三相电流有效值。图1中仅画出了A相情况，具体连接方式见图2与图3。

3， 图2与图3分别表示两种关于电流发生装置的输出接线情况，三相中的某一相输出除了为该相电流表提供电流幅值信号以供显示输出外，还连接到控制回路，为功率因数表和无功补偿控制器提供电流相位信号，本发明中以B相为例。如图2为串联方式：虚负荷电源的B相电流输出与功率因数表（的电流端子）、切换开关、无功补偿控制器和B相电流表2A形成电流回路，B相电流表2A紧靠功率因数表连接，可以连接在功率因数表前方或者后方。这样做节省了虚负荷电源的输出，同时利用电流幅值信号为电流表提供读数，利用相位信号提供给功率因数表和无功补偿控制器。图2中，控制回路自动挡经a路闭合，无功补偿控制器自动投切电容器的控制回路，手动挡和空挡时控制回路经b路闭合。

4， 如图3为并联方式，即B相输出连接两并联支路，第一条支路包括B相电流表2A，第二条支路由功率因数表（的电流端子）、切换开关、无功补偿控制器依次首尾相接构成，B相输出与第一条支路形成B相的二次电流显示回路，B相输出与第二条支路形成电流控制回路。需要指出，采用并联方式时，由于B相输出被第一条支路与第二条支路分流，为了能使1A，2A，3A显示数值平衡（相同），需要调节B相电流表2A的显示倍数（设为K），使流过2A的电流幅值乘以该倍数等于流过A、C电流幅值，用公式表示为I（2A）*K=I（1A）=I（3A），显然，该显示倍数K与第一支路与第二支路的电阻之比有关。另外，又由于第二条支路在自动挡和手动挡、空挡时所表现出的阻抗不同，所以需要在第一支路中串设一个调节电阻R，使在自动挡和手动挡、空挡时两支路的电阻之比相同。该调节电阻R受控于后台计算机，后台计算机通过控制一个与该调节电阻并联的接触器控制该调节电阻R投入。在自动挡时，调节电阻R投入，在手动与空挡时，调节电阻切出，满足r（2A）/r（cosΦ）=（r（2A）+R）/（r（cosΦ）+r（kzq））；r（2A）为电流表2A内阻，r（cosΦ）为功率因数表内阻，r（kzq）为无功补偿控制器内阻。

5， 将虚负荷电源的一组电压输出连接到一次进线上，实际连线时，可直接连接在柜体的一次进线端子上。

6， 设置采样装置，对补偿用的电容器投切状态进行采样，通过特定通讯方式发送给后台计算机。对电容器投切状态进行采样，可以通过检测对应模拟电容的投切接触器线圈的通电状态、通过检查对应模拟电容的投切接触器触头的开闭状态或者通过检测模拟电容接入端的指示灯状态来进行采样。关于采样的具体方式、与后台计算机通讯的方式等内容，由于是本领域技术人员能够才现有技术中根据情况自由选取的，在此不再赘述。

一次线路如图1，包括从柜体进线端到隔离刀闸L11、L12、L13到主回路，主回路通过补偿电容接触器（KM1、KM2、KM2…）连接到模拟电容的电容指示灯（HL1、HL2…HL6…），相应配置有熔断器（FU1、FU2、FU3…）和过流保护继电器（FR1、FR2、FR3…）。控制回路如图3，包括万能转换开关，即切换开关，切换开关用于控制补偿电容接触器KM1、KM2、KM3的线圈，使对应的补充电容切除或投入一次线路（本发明中，实际上仅使补偿电容的相应指示灯HL1、HL2、HL3等接入一次线路）。切换开关还能够设置手动或自动控制，在自动控制状态，无功补偿控制器自动控制接触器KM1、KM2、KM3。关于切换开关、无功补偿控制器及回路中的各元件及连接关系，由于与现有电容柜完全相同，所以在此不再过多叙述。

以上介绍了本发明的低压电容柜实训系统，该系统实现的功能是：由虚负荷电源为采样仪表提供输出，由计算机控制虚负荷电源，根据电容投切情况，计算机控制虚负荷电源输出相应的电压、电流，使采样仪表显示出来。计算机在实训中，采样电容投切情况，计算出电压、电流和功率因数，进而控制虚负荷电源输出，使电压、电流等显示仪表显示相应数值。

具体的实训过程如下：

以图2为例进行说明，首先，切换开关调至空挡，由教练人员在后台计算机中输入一个当前功率因数值和要求功率因数值，如0.6和0.9，此时，后台计算机控制虚负荷电源输出使功率因数表显示0.6，控制回路经如图2中b路闭合，此时本柜的电流表显示值为零，无功补偿控制器没有电流输入而不工作。为了观察电容柜工作过程，学员将切换开关调至自动挡，如图2，虚负荷电源的电流输出通过电流表（如前述分析，以B相为例）、功率因数表、切换开关和无功补偿控制器形成电流显示及控制回路（控制回路经a路闭合），无功补偿控制器在虚负荷电源的电流输出控制下自动控制投切电容器。无功补偿控制器首先投入一组电容，假设投入1C，后台计算机通过采样装置获知电容1C被投入，同时学员能够从电容柜上的指示灯HL1、HL2观察电容1C被投入，然后后台计算机通过软件，计算出：实训系统所对应的真实电容柜，（在当前功率因数0.6情况下）投入该组电容1C时，应当表现出的本柜电流值、电压值和功率因数值。假设真实电容柜在投入1C时，功率因数应变为0.8，则此时后台计算机控制虚负荷电源输出，使本柜的电压表、电流表和功率因数表进行显示，功率因数表显示0.8；由于未达到要求功率因数，无功补偿控制器继续投入另一电容器2C，类似地，电压表、电流表和功率因数表的显示在虚负荷电源控制下改变，如此直至功率因数达到0.9。

如果学员将切换开关调至手动挡，控制回路仍经a路闭合，为了使功率因数达到要求，学员需要手动操作切换开关，投入电容器，同时观察投入每一组电容时，电压表、电流表和功率因数表显示如何变化，训练学员的操作技能和加深学员对知识的理解。

对于图3的接线方式，与图2类似，差异在于从空挡切换到自动挡时，还应当使调节电阻R投入B相电流表2A支路。从空挡切换到手动挡时，调节电阻R保持切出状态。

上述“软件计算”也可以是由计算机事先对投切电容情况排列组合，计算好应当输出的值并制表，在获知哪些电容投切时，通过查表计算直接令虚负荷电源进行输出。

本发明的低压电容柜实训系统，采用便于安装的接线端子排，可实现电容柜主回路的安装、接线实训与竞赛考核功能；真实模拟的现场的低压电容柜多种工作过程，不受现场配电运行的限制，能够满足低压配电人员的技能实训与竞赛考核。本发明能够进行低压电容柜的安装、接线工艺实训，大幅度的提高低压配电运行维护人员的实训效果，提升他们现场解决问题的能力。

控制装置实施例

低压电容柜实训控制装置，包括一个后台计算机和受控于后台计算机的虚负荷电源，虚负荷电源包括电流发生装置和电压发生装置，所述电压发生装置设有用于连接低压电容柜的一次线路进线端的一组三相输出端；所述电流发生装置设有一组三相输出端，其中两相输出端用于与对应相电流表连接形成二次电流显示回路，另一相输出用于为该相电流表提供显示用的电流幅值信号，并且用于为低压电容柜的功率因数表和无功补偿控制器提供电流相位信号；所述低压电容柜实训控制装置还包括用于采样低压电容柜电容投切状态的采样装置，所述采样装置与后台计算机通讯连接。

本实施例的控制装置方案，其意义在于，只需提供该控制装置，在现场对低压电容柜进行改造接线，即可完成本发明的低压电容实训系统。具体系统构造，与上述系统实施例相同。

Claims (10)

1.一种低压电容柜实训系统，包括低压电容柜，低压电容柜包括柜体、一次线路、二次线路和控制回路，控制回路中设有切换开关和无功补偿控制器，其特征在于，在低压电容柜的电容安装处安装有用于实训的模拟电容，所述模拟电容内部断线或者与接入端虚接或断线，在低压电容柜的电流互感器安装处安装有用于实训的模拟电流互感器，所述模拟电流互感器内部断线或者与接入端虚接或断线；低压电容柜实训系统还包括后台计算机和受控于后台计算机的虚负荷电源，虚负荷电源包括电流发生装置和电压发生装置，电压发生装置的输出对应连接在低压电容柜的一次线路进线上，电流发生装置的三相输出中，其中两相输出分别与低压电容柜的对应相电流表形成二次电流显示回路，另一相输出用于为该相电流表提供显示用的电流幅值信号，并且用于为低压电容柜的功率因数表和无功补偿控制器提供电流相位信号；所述电容柜实训系统还包括用于采样所述模拟电容投切状态的采样装置，所述采样装置与后台计算机通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一种低压电容柜实训系统，其特征在于，所述电流发生装置的三相输出中，所述另一相输出与低压电容柜的功率因数表、切换开关、无功补偿控制器和该相电流表形成电流显示及控制回路，该相电流表在前或在后紧靠所述功率因数表连接。

3.根据权利要求1所述的一种低压电容柜实训系统，其特征在于，所述电流发生装置的三相输出中，所述另一相输出连接两条并联的支路，第一条支路包括该相电流表，第二条支路由低压电容柜的功率因数表、切换开关和无功补偿控制器首尾相接构成，该相输出与第一条支路形成该相的二次电流显示回路，该相输出与第二条支路形成电流控制回路。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种低压电容柜实训系统，其特征在于，所述电压发生装置的各相输出端分别通过低压电容柜的对应相一次进线端子连接在一次进线上；所述电流发生装置的各相输出分别通过二次线路的对应相电流采样端子连接在二次线路上。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种低压电容柜实训系统，其特征在于，所述采样装置通过检测对应模拟电容的投切接触器线圈的通电状态、通过检查对应模拟电容的投切接触器触头的开闭状态或者通过检测模拟电容接入端的指示灯状态来采样所述模拟电容的投切状态。

6.一种低压电容柜实训控制装置，其特征在于，包括一个后台计算机和受控于后台计算机的虚负荷电源，虚负荷电源包括电流发生装置和电压发生装置，所述电压发生装置设有用于连接低压电容柜的一次线路进线端的一组三相输出端；所述电流发生装置设有一组三相输出端，其中两相输出端用于与对应相电流表连接形成二次电流显示回路，另一相输出用于为该相电流表提供显示用的电流幅值信号，并且用于为低压电容柜的功率因数表和无功补偿控制器提供电流相位信号；所述低压电容柜实训控制装置还包括用于采样低压电容柜电容投切状态的采样装置，所述采样装置与后台计算机通讯连接。

7.根据权利要求6所述的一种低压电容柜实训系统，其特征在于，所述电流发生装置的三相输出中，所述另一相输出用于与低压电容柜的功率因数表、切换开关、无功补偿控制器和该相电流表形成电流显示及控制回路。

8.根据权利要求6所述的一种低压电容柜实训系统，其特征在于，所述电流发生装置的三相输出中，所述另一相输出用于连接两条并联的支路，第一条支路包括该相电流表，第二条支路由低压电容柜的功率因数表、切换开关和无功补偿控制器首尾相接构成，该相输出用于与第一条支路形成该相二次电流显示回路，该相输出用于与第二条支路形成电流控制回路。

9.根据权利要求6或7或8所述的一种低压电容柜实训系统，其特征在于，所述电压发生装置的各相输出端分别用于通过低压电容柜的对应相一次进线端子连接在一次进线上；所述电流发生装置的各相输出分别用于通过低压电容柜二次线路的对应相电流采样端子连接在二次线路中。

10.根据权利要求6或7或8所述的一种低压电容柜实训系统，其特征在于，所述采样装置用于通过检测对应模拟电容的投切接触器线圈的通电状态、通过检查对应模拟电容的投切接触器触头的开闭状态或者通过检测模拟电容接入端的指示灯状态来采样所述模拟电容的投切状态。

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