CN103501000A - 低压配电控制系统综合实验平台装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种低压配电控制系统综合实验平台装置。该装置的组成包括：进线柜、电容柜和馈电柜；进线柜包括万能式断路器、触摸屏和可编程逻辑控制器和调整电路；电容柜包括刀开关、控制系统、热继电器和补偿电容；其中，刀开关与控制系统相连，控制系统与热继电器相连，热继电器与补偿电容相连；馈电柜包括第一路负载、第二路负载、第三路负载和第四路负载；第一路负载、第二路负载、第三路负载和第四路负载并联；本发明模拟了实际配电系统的运行情况，最大限度的还原了实际的配电柜，不仅具有四段式保护，还带有通讯接口，可进行“四遥”，以满足控制中心的和自动化系统的要求。

Description

低压配电控制系统综合实验平台装置

技术领域

本发明的技术方案涉及配电系统正常运行和异常运行的各种工况，具体地说是模拟实际配电系统各种运行工况的实验装置。 

背景技术

低压配电系统担负着直接向用电设备进行配电的任务，其配电方式直接影响着各个设备的供电可靠性。低压配电柜广泛应用于各个场合，其主要作用是将电能分配到各个负荷部分及在电路短路、过载和漏电时进行断电保护。仅靠课堂教学学生难以对配电系统进行深入理解，需要通过实验来配合，方能达到较好的教学效果。 

本低压配电控制系统综合实验平台，用于配合供配电理论进行教学，学习理解无功补偿、断路器整定、过电流保护、过电流可选择保护、漏电保护和配电系统运行实验、“三遥”（遥测、遥控、遥信）实验而设计的实验设备。主要用于让同学了解低压配电系统的实际运行情况。本平台不仅为本科生的供配电课程提供实验设备，同时可为教师及研究生开发新实验或进行科学研究工作提供良好的实验条件。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供实际配电系统各种运行工况的模拟实验装置，该装置通过对馈电柜的设置，模拟了配电系统的实际运行情况，能在没有大电流的情况下，用小电流来模拟实际配电系统运行的各种工况，包括过电流故障、三相不平衡故障、断相故障、漏电故障和短路故障，并对以上故障进行跳闸保护；可以在线监视负荷的运行情况，及时地对功率因数进行补偿；当线路发生故障时，能够快速并准确地确定故障区段，迅速隔离故障区段并恢复非故障区段供电。该装置的万能式断路器和电流表都带有开放式通讯接口，可进行“四遥”，以满足控制中心和自动化控制的要求，是一种操作简单、测量精度高、供电可靠性高的智能化配电系统模拟实验装置。 

本发明解决该技术问题所采用的技术方案： 

一种低压配电控制系统综合实验平台装置，该装置的组成包括：进线柜、电容柜和馈电柜； 

所述的进线柜的组成包括万能式断路器、触摸屏和可编程逻辑控制器（PLC）和调整电路； 

所述的电容柜的组成包括刀开关、控制系统、热继电器和补偿电容；其中，刀开关与控制系统相连，控制系统与热继电器相连，热继电器与补偿电容相连； 

所述的馈电柜的组成包括第一路负载、第二路负载、第三路负载和第四路负载；第一路负载、第二路负载、第三路负载和第四路负载并联； 

进线柜由三相四线电源进线，经过万能式断路器通过母排分别与电容柜的刀开关、馈电 柜的第一路负载、第二路负载、第三路负载和第四路负载相连；PLC分别与馈电柜的第一路负载、第二路负载、第三路负载、第四路负载和万能式断路器相连；PLC与触摸屏相连；调整电路分别与第一路负载、第二路负载、第三路负载和第四路负载相连。 

所述的控制系统的组成包括万能转换开关、无功功率补偿控制器和接触器；万能转换开关与无功功率补偿控制器通过控制线（400）相连；万能转换开关与接触器通过控制线（401）相连；无功功率补偿控制器与接触器通过控制线（402）相连；刀开关与接触器通过连接线（404）相连；热继电器与接触器通过连接线（403）相连。 

所述的第一路负载的组成包括直流电源与三相电流转换电路、负载电流控制电路、控制继电器电路、断路器脱扣电路、负载电流主电路和塑壳式断路器；塑壳式断路器与万能式断路器通过连接线（600）相连；塑壳式断路器与直流电源与三相电流转换电路通过连接线（601）相连；塑壳式断路器与负载电流控制电路通过连接线（602）相连；塑壳式断路器与控制继电器电路通过连接线（603）相连；塑壳式断路器与断路器脱扣电路通过连接线（604）相连；直流电源与三相电流转换电路与负载电流控制电路通过连接线（605）相连；控制继电器电路与负载电流控制电路通过连接线（606）相连；负载电流控制电路与负载电流主电路通过连接线（607）相连；负载电流主电路与断路器脱扣电路通过连接线（608）相连；第三路负载、第四路负载与第一路负载连接线路相同，第二路负载除了与第一路负载（6）上述的连接线路相同外，还包括漏电保护电路（67），漏电保护电路（67）与塑壳式断路器（66）通过连接线（609）相连。 

所述的负载电流主电路包括三相四线电源（A、B、C、N），三个单相调压器（T1、T2、T3），三个双绕组变压器（T4、T5、T6）、电流表(A1)、电动机保护器（MB）和三个电流互感器（CTa、CTb、CTc）；三相四线电源的A相与单相调压器（T1）的进线端相连，单相调压器（T1）的出线端与双绕组变压器（T4）的进线端相连，双绕组变压器（T4）的出线端与电流表（A1）相连再穿过电动机保护器（MB）、电流互感器（CTa）形成回路；三相四线电源的B相与单相调压器（T2）的进线端相连，单相调压器（T2）的出线端与双绕组变压器（T5）的进线端相连，双绕组变压器（T5）的出线端与电流表（A1）相连再穿过电动机保护器（MB）、电流互感器（CTb）形成回路；三相四线电源的C相与单相调压器（T3）的进线端相连，单相调压器（T3）的出线端与双绕组变压器（T6）的进线端相连，双绕组变压器（T6）的出线端与电流表（A1）相连再穿过电动机保护器（MB）、电流互感器（CTc）形成回路。 

所述的断路器脱扣电路由三相四线电源的A相、电动机保护器(MB)常闭触点、复位按钮（SB3）、继电器（KM5）和塑壳式断路器的分励线圈（QFF）组成；三相四线电源的A相与电动机保护器(MB)的常闭触点相连再串联复位按钮（SB3）、继电器（KM5）的线圈与三相四线电源的N相形成回路；三相四线电源的A相与继电器（KM5）的常闭触点相连再串联塑壳式断路器的分励线圈（QFF）与三相四线电源的N相形成回路。 

所述的控制继电器电路由三相四线电源的A相、塑壳式断路器的辅助常闭触点、继电器（KM1）、时间继电器（KM2）、继电器（KM3）、继电器（KM4）和PLC输出的信号线（1+、2+、1-）组成；三相四线电源的A相与塑壳式断路器的辅助常闭触点输入端相连，塑壳式断路器的辅助常闭触点的输出端与继电器（KM1）的线圈串联，继电器（KM1）的线圈与时间继电器 （KM2）的线圈并联，继电器（KM1）的线圈的出线端与三相四线电源的N相相连；PLC输出的信号线（1+）与继电器（KM3）线圈的输入端相联，继电器（KM3）线圈的输出端与信号线（1-）相连；PLC输出的信号线（2+）与继电器（KM4）线圈的输入端相连，继电器（KM3）线圈的输出端与信号线（1-）相连。 

所述的负载电流控制电路包括直流电源线（+12V、-12V），继电器（KM1）,时间继电器（KM2）,继电器（KM3），继电器（KM4），升流按钮（SB1），降流按钮（SB2），6个限位开关（SM1～6），三个直流电动机（M1～3）,控制线（OV1、OV2、OV3）；直流电源线（+12V）与继电器（KM1）常闭触点相连后分为两条支路，一条支路与三个并联的继电器（KM3）常开触点输入端相连，另一条支路与继电器（KM3）的常闭触点的输入端相连；继电器（KM3）常闭触点的输出端与升流按钮（SB1）的三个常开触点输入端相连，升流按钮（SB1）的三个常开触点输出端分别与降流按钮（SB2）的三个常闭触点的输入端相连；三个并联的继电器（KM3）常开触点输出端与降流按钮（SB2）的三个常闭触点的输出端相连；降流按钮（SB2）的三个常闭触点的输出端分别与限位开关（SM1、SM3、SM5）相连。直流电源线（-12V）与继电器（KM1）常闭触点相连后分为两条支路，一条支路与三个并联的继电器（KM4）常开触点输入端相连，另一条支路与继电器（KM4）的常闭触点的输入端相连；继电器（KM4）常闭触点的输出端与升流按钮（SB1）的三个常闭触点输入端相连，升流按钮（SB1）的三个常闭触点输出端分别与降流按钮（SB2）的三个常开触点的输入端相连；三个并联的继电器（KM4）常开触点输出端与降流按钮（SB2）的三个常开触点的输出端相连；降流按钮（SB2）的三个常开触点的输出端分别与限位开关（SM2、SM4、SM6）相连；直流电源线（-12V）与继电器（KM1）常开触点输入端相连，继电器（KM1）常开触点输出端与三个并联的时间继电器（KM2）延时触点输入端相连，三个并联的时间继电器（KM2）延时触点输出端分别与三个并联的继电器（KM4）常开触点输出端相连。限位开关（SM1、SM2）与直流电动机（M1）输入端相连，直流电动机（M1）输出端与信号线（OV1）相连，限位开关（SM3、SM4）与直流电动机（M2）输入端相连，直流电动机（M2）输出端与信号线（OV2）相连，限位开关（SM5、SM6）与直流电动机（M3）输入端相连，直流电动机（M3）输出端与信号线（OV3）相连。 

所述的直流电源与三相电流转换电路包括三相四线电源的A相，指示灯（HW1），变压器（T7）,整流桥（UR）,万能转换开关（SA），直流电源线（+12V、-12V），信号线（OV1、OV2、OV3）。三相四线电源的A相与变压器（T7）的输入端形成回路；三相四线电源的A相与塑壳式断路器的常开触点、指示灯（HW1）相连再与三相四线电源的N相形成回路；变压器（T7）的输出端与整流桥（UR）输入端相连，整流桥（UR）输出端与直流电源线（+12V、-12V）相连；变压器（T7）的输出信号线（0V）分别与万能转换开关（SA）的三个输入端相连，万能转换开关（SA）的输出端分别与信号线（OV1、OV2、OV3）相连。 

所述的调整电路包括四个取样电阻(R1、R2、R3、R4)，四个电位器（VR1、VR2、VR3、VR4）和电流表（A2）；取样电阻(R1)先与电位器（VR1）相连再与第一路负载的A相电流互感器（CTa）形成回路；取样电阻(R2)先与电位器（VR2）相连再与第二路负载的A相电流互感器（CTa）形成回路；取样电阻(R3)先与电位器（VR3）相连再与第三路负载的A相电流互感器（CTa）形成回路；取样电阻(R4)先与电位器（VR4）相连再与第四路负载的A相电流互感器（CTa） 形成回路；四路负载的A相电流互感器（CTa）顺次相连，形成的两个公共端与电流表（A2）相连；四路负载B相的调整电路、C相的调整电路与A相的调整电路相同。 

所述的漏电保护电路包括三相四线电源的A相、塑壳式断路器的主触点、电阻（R11）、电位器（VR21）、电流表（A3）和单刀开关（S1）；三相四线电源的A相与塑壳式断路器的主触点、电阻（R11）、电位器（VR21）、电流表（A3）和单刀开关（S1）依次串联。 

上述模拟实际配电系统各种运行工况的实验装置，其中所涉及到的电路、元件及其连接方式均是本技术领域的普通技术人员所熟知的，所用到的元器件都可以通过商购获得。 

本发明的有益效果是：本发明模拟实际配电系统各种运行工况的实验装置所具有的突出的实质性特点是：本发明模拟了实际配电系统的运行情况，最大限度的还原了实际的配电柜。进线柜和电容柜与实际配电柜基本相同，进线柜所用的是NDW1-2000万能式断路器，这款万能式断路器在中高端配电系统中占据主流地位。馈电柜包含了四路不同的负载，可以模拟配电系统正常和异常的各种运行状况，可完成如下实验： 

1）配电系统认识实验； 

2）无功补偿实验； 

3）断路器整定实验； 

4）配电系统的过电流保护实验； 

5）配电系统的过电流可选择保护实验； 

6）配电系统的漏电保护实验； 

7）配电系统运行实验、遥测、遥控、遥信实验； 

本发明模拟实际配电系统各种运行工况的实验装置所具有的显著优点和进步是：该装置进线柜选用了NDW1-2000万能式断路器，不仅具有四段式保护，还带有通讯接口，可进行“四遥”，以满足控制中心的和自动化系统的要求。进线柜中新增了触摸屏，可以对断路器参数进行检测、显示电路负载电流值、对负载电流进行控制。电容柜可以进行自动补偿和手动补偿，馈电柜可以用控制按钮再配合使用万能转换开关对负载电流进行控制；采用的保护元件为EKJD-8电动机保护器，利用电动机保护器分断断路器，从而为断路器模拟了一个可调的脱扣器。下列实施例中将进一步证明本发明装置的有益效果。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

图1是本发明实施例实验装置框图。 

图2是本发明实施例电容柜控制系统结构示意图。 

图3是本发明实施例馈电柜结构示意图。 

图4是本发明实施例馈电柜负载电流主电路示意图。 

图5是本发明实施例馈电柜断路器脱扣电路示意图。 

图6是本发明实施例馈电柜控制继电器电路示意图。 

图7是本发明实施例馈电柜负载电流控制电路示意图。 

图8是本发明实施例馈电柜直流电源与三相电流转换电路示意图。 

图9是本发明实施例进线柜调整电路示意图。 

图10是本发明实施例馈电柜漏电保护电路示意图。 

图11是本发明实施例控制负载电流的软件流程图。 

具体实施方式

本发明的装置组成如图1所示，由进线柜、电容柜和馈电柜组成； 

所述的进线柜的组成包括万能式断路器（1）、触摸屏（2）和可编程逻辑控制器（PLC）（11）和调整电路（12）； 

所述的电容柜的组成包括刀开关（3）、控制系统（4）、热继电器（5）和补偿电容（10）； 

所述的馈电柜的组成包括第一路负载（6）、第二路负载（7）、第三路负载（8）和第四路负载（9）；第一路负载（6）、第二路负载（7）、第三路负载（8）和第四路负载（9）并联； 

进线柜由三相四线电源（A、B、C、N）进线，经过万能式断路器（1）通过母排分别与电容柜的刀开关（3）、馈电柜的第一路负载（6）、第二路负载（7）、第三路负载（8）和第四路负载（9）相连；PLC(11)分别与馈电柜的第一路负载（6）、第二路负载（7）、第三路负载（8）、第四路负载（9）、和万能式断路器（1）相连；PLC（11）与触摸屏（2）相连；调整电路（12）分别与第一路负载（6）、第二路负载（7）、第三路负载（8）和第四路负载（9）相连。 

电容柜的刀开关（3）与控制系统（4）相连，控制系统（4）与热继电器（5）相连，热继电器（5）与补偿电容（10）相连； 

本发明中，配电系统实验装置中进线柜、电容柜和馈电柜所用的型号为MNS型；万能式断路器（1）所用的型号为NDW1-2000型；触摸屏（2）所用的型号为昆仑通态的TPC7062KS/K型；PLC（11）选用的型号为西门子S7-200CN型。万能式断路器（1）作为整个系统的总开关，其本身所具有四段式保护等功能可以与馈电柜相配合完成可选择性保护实验、过电流实验、断路器整定实验、三相不平衡实验和断相等实验。触摸屏（2）可以监控整套实验装置，当万能式断路器（1）和馈电柜四路负载中的塑壳式断路器（66）合闸时，为说明电路中有电流通过，触摸屏（2）中的相关线路由绿色变为红色；当触摸屏（2）与馈电柜中的四路负载通讯成功时，触摸屏（2）上显示“通讯成功”，反之显示“通讯失败”；通讯成功时，触摸屏（2）上显示三相负载电流的数值，同时触摸屏（2）上所设置的“升高”和“降低”按钮可以调节对应负载的三相电流值；PLC（11）用于检测万能式断路器（1）和馈电柜四路负载中塑壳式断路器的开、关状态，检测馈电柜四路负载的电流值并反映到触摸屏（2）上，接收触摸屏（2）中控制按钮的升降信号并作用于馈电柜中实际电流的升降。电容柜用于无功功率补偿，提高配电系统的功率因数。馈电柜能在没有大电流的情况下，用小电流来模拟实际配电系统运行的各种工况，包括过电流故障、三相不平衡故障、断相故障、漏电故障和短路故障，并对以上故障进行跳闸保护。 

图1中所述的控制系统（4）如图2所示，控制系统（4）的组成包括万能转换开关（41）、无功功率补偿控制器（42）和接触器（43）；万能转换开关（41）与无功功率补偿控制器（42）通过控制线（400）相连；万能转换开关（41）与接触器（43）通过控制线（401）相连；无功功率补偿控制器（42）与接触器（43）通过控制线（402）相连；刀开关（3）与接触器（43） 通过连接线（404）相连；热继电器（5）与接触器（43）通过连接线（403）相连。 

电容柜中选用了指月电气的JKW系列智能无功功率补偿控制器（42）。电容柜的无功功率补偿由万能转换开关（41）和无功功率补偿控制器（42）联合控制，万能转换开关（41）有八个档位，分别为自动档位、停止档位、手动档位、2-6档位，当万能转换开关（41）转到“停止”档，无功功率补偿控制器（42）不工作；当万能转换开关（41）转到“手动”档，投入第一组电容器，电容柜下方的第一个指示灯亮；当万能转换开关（41）转到“2-6”档，投入2-6组电容器，电容柜下方相应的指示灯亮。将万能转换开关（41）转到“自动”档，由无功功率补偿控制器（42）控制电容器的投切。 

图1中所述的第一路负载（6）如图3所示，第一路负载（6）的组成包括直流电源与三相电流转换电路（61）、负载电流控制电路（63）、控制继电器电路（62）、断路器脱扣电路（65）、负载电流主电路（64）和塑壳式断路器（66）。塑壳式断路器（66）与万能式断路器（1）通过连接线（600）相连；塑壳式断路器（66）与直流电源与三相电流转换电路（61）通过连接线（601）相连；塑壳式断路器（66）与负载电流控制电路（63）通过连接线（602）相连；塑壳式断路器（66）与控制继电器电路（62）通过连接线（603）相连；塑壳式断路器（66）与断路器脱扣电路（65）通过连接线（604）相连；直流电源与三相电流转换电路（61）与负载电流控制电路（63）通过连接线（605）相连；控制继电器电路（62）与负载电流控制电路（63）通过连接线（606）相连；负载电流控制电路（63）与负载电流主电路（64）通过连接线（607）相连；负载电流主电路（64）与断路器脱扣电路（65）通过连接线（608）相连。 

第三路负载（8）、第四路负载（9）与第一路负载（6）连接线路相同，第二路负载除了与第一路负载（6）上述的连接线路相同外，还包括漏电保护电路（67），漏电保护电路（67）与塑壳式断路器（66）通过连接线（609）相连。第一路负载（6）选用的塑壳式断路器（66）的型号是NDM1-100H/3340P,第二路负载（7）选用的塑壳式断路器（66）的型号是NDM1L-225H/4430A,第三路负载（8）选用的塑壳式断路器（66）的型号是NDM1-225H/3340，第四路负载（9）选用的塑壳式断路器（66）的型号是NDM1-400H/3340。 

馈电柜可以模拟实际的配电系统。 

图3中所述的负载电流主电路（64）如图4所示，负载电流主电路（64）包括三相四线电源（A、B、C、N），三个单相调压器（T1、T2、T3），三个双绕组变压器（T4、T5、T6），电流表(A1),电动机保护器（MB）和三个电流互感器（CTa、CTb、CTc）。三相四线电源的A相与单相调压器（T1）的进线端相连，单相调压器（T1）的出线端与双绕组变压器（T4）的进线端相连，双绕组变压器（T4）的出线端与电流表（A1）相连再穿过电动机保护器（MB）、电流互感器（CTa）形成回路；三相四线电源的B相与单相调压器（T2）的进线端相连，单相调压器（T2）的出线端与双绕组变压器（T5）的进线端相连，双绕组变压器（T5）的出线端与电流表（A1）相连再穿过电动机保护器（MB）、电流互感器（CTb）形成回路；三相四线电源的C相与单相调压器（T3）的进线端相连，单相调压器（T3）的出线端与双绕组变压器（T6）的进线端相连，双绕组变压器（T6）的出线端与电流表（A1）相连再穿过电动机保护器（MB）、电流互感器（CTc）形成回路。 

本发明所用的电流表（A1）型号为SFN-A型,变比可调，带有通讯功能；电动机保护器（MB） 所用的型号为EKJD型，具有过载保护、缺相保护和三相电流不平衡保护；电流互感器（CTa、CTb、CTc）所用的型号为BH-0.66型。三个单相调压器（T1、T2、T3）上方都固定一个直流电动机（M）,调压器的变比就是通过直流电动机(M)的正反转来调节的，正转时变比增大，负载电流增大；反转时变比减小，负载电流减小。直流电动机(M)的正反转由馈电柜中的控制按钮（SB1、SB2）或触摸屏上的“升高”和“降低”按钮控制。三个双绕组变压器（T4、T5、T6）的变比为220/3，可以升高单相变压器二次侧的电流。 

图3中所述的断路器脱扣电路（65）如图5所示，断路器脱扣电路（65）由三相四线电源的A相、电动机保护器(MB)常闭触点、复位按钮（SB3）、继电器（KM5）和塑壳式断路器（66）的分励线圈（QFF）组成。三相四线电源的A相与电动机保护器(MB)的常闭触点相连再串联复位按钮（SB3）、继电器（KM5）的线圈与三相四线电源的N相形成回路；三相四线电源的A相与继电器（KM5）的常闭触点相连再串联塑壳式断路器（66）的分励线圈（QFF）与三相四线电源的N相形成回路。 

本发明中继电器（KM5）所用的型号是交流220V欧姆龙继电器。因为馈电柜是用小电流来模拟负载侧的大电流，远远不到塑壳式断路器（66）的分段电流，所以选用了EKJD电动机保护器（MB）作为保护元件。当负载侧发生故障时，电动机保护器（MB）保护动作，其常闭触点断开，致使继电器（KM5）线圈失电，从而使继电器（KM5）的常闭触点恢复到闭合状态，此时分励线圈（QFF）得电使得塑壳式断路器（66）跳闸。EKJD电动机保护器（MB）可以通过旋钮设定额定电流（2A～5A)，从而为塑壳式断路器（66）模拟了一个可调的脱扣器。 

图3中所述的控制继电器电路（62）如图6所示，控制继电器电路（62）由三相四线电源的A相、塑壳式断路器（66）的辅助常闭触点、继电器（KM1）、继电器（KM2）、继电器（KM3）、PLC（11）输出的信号线（1+、2+、1-）组成。单相电源（A）与塑壳式断路器（66）的辅助常闭触点输入端相连，塑壳式断路器（66）的辅助常闭触点的输出端与继电器（KM1）的线圈串联，继电器（KM1）的线圈与继电器（KM2）的线圈并联，继电器（KM3）线圈的出线端与三相四线电源的N相相连；PLC（11）输出的信号线（1+）与继电器（KM3）线圈的输入端相联，继电器（KM3）线圈的输出端与信号线（1-）相连；PLC（11）输出的信号线（2+）与继电器（KM4）线圈的输入端相连，继电器（KM3）线圈的输出端与信号线（1-）相连。 

本发明中继电器（KM1）所用的型号是交流220V欧姆龙继电器；时间继电器（KM2）所用的型号是交流220V欧姆龙时间继电器；继电器（KM3）、继电器（KM4）所用的型号是直流24V欧姆龙继电器。 

图3中所述的负载电流控制电路（63）如图7所示，负载电流控制电路（63）包括直流电源线（+12V、-12V），继电器（KM1）,时间继电器（KM2）,继电器（KM3），继电器（KM4），升流按钮（SB1），降流按钮（SB2），六个限位开关（SM1～6），三个直流电动机（M1～3）,控制线（OV1、OV2、OV3）。直流电源线（+12V）与继电器（KM1）常闭触点相连后分为两条支路，一条支路与三个并联的继电器（KM3）常开触点输入端相连，另一条支路与继电器（KM3）的常闭触点的输入端相连；继电器（KM3）常闭触点的输出端与升流按钮（SB1）的三个常开触点输入端相连，升流按钮（SB1）的三个常开触点输出端分别与降流按钮（SB2）的三个常闭触点的输入端相连；三个并联的继电器（KM3）常开触点输出端与降流按钮（SB2）的三个 常闭触点的输出端相连；降流按钮（SB2）的三个常闭触点的输出端分别于限位开关（SM1、SM3、SM5）相连。直流电源线（-12V）与继电器（KM1）常闭触点相连后分为两条支路，一条支路与三个并联的继电器（KM4）常开触点输入端相连，另一条支路与继电器（KM4）的常闭触点的输入端相连；继电器（KM4）常闭触点的输出端与升流按钮（SB1）的三个常闭触点输入端相连，升流按钮（SB1）的三个常闭触点输出端分别与降流按钮（SB2）的三个常开触点的输入端相连；三个并联的继电器（KM4）常开触点输出端与降流按钮（SB2）的三个常开触点的输出端相连；降流按钮（SB2）的三个常开触点的输出端分别于限位开关（SM2、SM4、SM6）相连。直流电源线（-12V）与继电器（KM1）常开触点输入端相连，继电器（KM1）常开触点输出端与三个并联的时间继电器（KM2）延时触点输入端相连，三个并联的时间继电器（KM2）延时触点输出端分别与三个并联的继电器（KM4）常开触点输出端相连。限位开关（SM1、SM2）与直流电动机（M1）输入端相连，直流电动机（M1）输出端与信号线（OV1）相连，限位开关（SM3、SM4）与直流电动机（M2）输入端相连，直流电动机（M2）输出端与信号线（OV2）相连，限位开关（SM5、SM6）与直流电动机（M3）输入端相连，直流电动机（M3）输出端与信号线（OV3）相连。 

图3中所述的直流电源与三相电流转换电路（61）如图8所示，直流电源与三相电流转换电路（61）包括三相四线电源的A相，指示灯（HW1），变压器（T7）,整流桥（UR）,万能转换开关（SA），直流电源线（+12V、-12V），信号线（OV1、OV2、OV3）。三相四线电源的A相与变压器（T7）的输入端形成回路；三相四线电源的A相与塑壳式断路器（66）的常开触点、指示灯（HW1）相连再与三相四线电源的N相形成回路；变压器（T7）的输出端与整流桥（UR）输入端相连，整流桥（UR）输出端与直流电源线（+12V、-12V）相连；变压器（T7）的输出信号线（0V）分别与万能转换开关（SA）的三个输入端相连，万能转换开关（SA）的输出端分别于信号线（OV1、OV2、OV3）相连。 

本发明中的直流电源与转换开关电路（61）、负载电流控制电路（63）和控制继电器电路（62）是实施例馈电柜负载电流的综合控制系统，继电器（KM3）、继电器（KM4）的线圈供电电压由进线柜中的PLC（11）提供和控制，PLC（11）与触摸屏（2）进行RS232通信。触摸屏（2）上有控制按钮，包括升流按钮和降流按钮，当按下触摸屏（2）上的升流按钮时，继电器（KM3）线圈得电；当按下触摸屏（2）上的降流按钮时，继电器（KM4）线圈得电。当塑壳式断路器（66）合闸后，其辅助常闭触点断开，继电器（KM1）、时间继电器（KM2）线圈失电，继电器（KM1）的常闭触点恢复到闭合状态，如果此时继电器（KM3）或继电器（KM4）的线圈得电，继电器（KM3）或继电器（KM4）的常闭触点闭合，直流电动机（M1～3）就会正转或反转，进而改变单相调压器（T1～3）的变比，使得负载电流增大或减小。如果此时继电器（KM3）或继电器（KM4）的线圈没有得电，按下馈电柜各路负载的升流按钮（SB1）或降流按钮（SB2），直流电动机（M1～3）也会正转或反转，进而改变负载侧电流的大小。其中继电器（KM3）的常闭触点串接在升流按钮（SB1）常开触点所在的支路上，继电器（KM4）的常闭触点串接在降流按钮（SB2）常开触点所在的支路上，这是为了使触摸屏（2）上的控制按钮和馈电柜各路负载中的控制按钮实现互锁，不能同时导通，避免发生线路短路。塑壳式断路器（66）分闸后，其常闭触点闭合，继电器（KM1）、时间继电器（KM2）的线圈得电，继电器（KM1） 的常开触点闭合，时间继电器（KM2）的常闭触点延时断开，延时时间为20ms，使得电动机反转，单相调压器（T1～3）输出电压恢复到零状态即负载侧断电后负载电流自动降为零，避免发生危险。同时，为了保证负载电流降为零时，电动机能够断电停止转动，由时间继电器（KM2）的“延时断开”特性与限位开关（SM）构成双重保证。万能转换开关（SA）共有五个档位，包括“A相电流”档、“B相电流”档、“C相电流”档、“停止”档、“三相电流”档。当万能转换开关（SA）转到“A相电流”档，通过馈电柜的控制按钮（SB1、SB2）控制负载A相电流的升降；当万能转换开关（SA）转到“B相电流”档，通过馈电柜的控制按钮（SB1、SB2）控制负载B相电流的升降；当万能转换开关（SA）转到“C相电流”档，通过馈电柜的控制按钮（SB1、SB2）控制负载C相电流的升降；当万能转换开关（SA）转到“三相电流”档，通过馈电柜的控制按钮（SB1、SB2）控制负载三相电流的升降；当万能转换开关（SA）转到“停止”档，不能通过馈电柜的控制按钮（SB1、SB2）控制负载电流的升降。将万能转换开关（SA）转到不同档位再配合控制按钮（SB1、SB2）可以模拟配电系统的各种运行故障。 

本发明进线柜中的调整电路（12）如图9所示，调整电路（12）包括四个取样电阻(R1、R2、R3、R4)，四个电位器（VR1、VR2、VR3、VR4），电流表（A2）。取样电阻(R1)先与电位器（VR1）相连再与第一路负载的A相电流互感器（CTa）形成回路；取样电阻(R2)先与电位器（VR2）相连再与第二路负载的A相电流互感器（CTa）形成回路；取样电阻(R3)先与电位器（VR3）相连再与第三路负载的A相电流互感器（CTa）形成回路；取样电阻(R4)先与电位器（VR4）相连再与第四路负载的A相电流互感器（CTa）形成回路。四路负载的A相电流互感器（CTa）顺次相连，相连后的两个公共端与电流表（A2）相连。四路负载B相的调整电路（12）、C相的调整电路（12）与A相的调整电路（12）相同。 

本发明中R1阻值为8Ω，R2阻值为16Ω，R3阻值为16Ω，R3阻值为32Ω，VR1、VR2、VR3、VR4阻值都为10Ω，第一路负载电流表（A1）的变比为200:5，第二路负载电流表（A1）的变比为400:5，第三路负载电流表（A1）的变比为400:5，第四路负载电流表（A1）的变比为800:5，四路负载电流互感器（CTa）的变比为1000:5，调整电路（12）中的电流表（A2）所用的型号为SFN-A型，变比为1000:100，通过适当调节电位器（VR1、VR2、VR3、VR4）使得四路负载的A相总电流与电流表（A2）的A相总电流相等。同理可以使四路负载的B相、C相总电流与电流表（A2）的B相、C相总电流相等。 

本发明中第二路负载（7）中的漏电保护电路（67）如图10所示，漏电保护电路（67）包括三相四线电源的A相、塑壳式断路器（66）的主触点、电阻（R11）、电位器（VR21）、电流表（A3）和单刀开关（S1）。三相四线电源的A相与塑壳式断路器（66）的主触点、电阻（R11）、电位器（VR21）、电流表（A3）和单刀开关（S1）依次串联。第二路负载（7）所用的塑壳式断路器（66）的型号为NDM1L-225H/4430A，带有漏电保护功能；电阻（R11）的阻值为1000Ω，电位器（VR21）为5000Ω。塑壳式断路器（66）的漏电电流可以通过旋钮设定，当通过塑壳式断路器（66）的电流超过设定值时，塑壳式断路器（66）会进行保护跳闸。 

本发明控制负载电流的运行程序流程图如图11所示： 

开始→检测万能式断路器状态→检测PLC通讯状态→检测塑壳式断路器状态→是否按下按钮开关→N：是否继续检测，Y：负载电流升高或降低→是否继续检测→Y：返回检测万能式 断路器的状态，N：结束。 

实施例1 

按照上述图1～图9的配置和本实施例所用的低压配电控制综合实验平台设备，进线柜的NDW1-2000万能式断路器（1）先进行整定，整定参数：过载长延时整定值800A,长延时整定时间20s；短路短延时反时限整定值2400A，短路短延时定时限整定值4800A，短延时整定时间0.4s；负载监控ILC1整定值800A，ILC2整定值700A。馈电柜负载侧塑壳式断路器整定，整定方法：调节EKJD电动机保护器的旋钮，使其设定电流为2.5A(其额定电流为5A)，四路负载三相电流表（A1）变比依次为200:5、400:5、400:5和800:5，从而实现四路负载的额定电流分别为100A、200A、200A和400A。本发明低压配电控制系统综合实验平台，进线柜和馈电柜进行了整定匹配，通过馈电柜各路负载的控制按钮或触摸屏上的控制按钮改变负载侧电流，可以模拟配电系统正常运行和异常运行的各种工况，达到配合供配电理论教学的目的。 

用本发明模拟实际配电系统的运行情况，其操作过程和结果是： 

三相四线电源（A、B、C、N）进线供电，先按下万能式断路器的储能按钮和合闸按钮，再合上电容柜的刀开关，并将四路负载的塑壳式断路器手柄都旋到合闸位置，将万能转换开关（SA）转到不同档位，再通过升流按钮（SB1）和降流按钮（SB2）调节负载侧的三相电流，从而可以模拟各类故障电流。进线柜面板上有触摸屏，通信成功后，触摸屏上显示各路负载的电流值，可以通过触摸屏上的升流按钮和降流按钮改变负载侧电流值。 

结果：本发明装置通过模拟负载侧故障电流，不仅可以完成过电流保护实验、三相不平衡保护实验、漏电保护实验和断相保护实验，还可以完成万能式断路器和塑壳式断路器上下级配合，完成过电流可选择实验。触摸屏通讯成功，通过控制按钮改变负载侧电流，可以完成配电系统运行实验、遥测、遥控、遥信实验。最后电容柜通过万能转换开关和智能无功功率补偿控制器的配合，可以完成无功补偿实验。 

Claims (10)

1.一种低压配电控制系统综合实验平台装置，其特征为该装置的组成包括：进线柜、电容柜和馈电柜；

所述的进线柜的组成包括万能式断路器、触摸屏和可编程逻辑控制器（PLC）和调整电路；

所述的电容柜的组成包括刀开关、控制系统、热继电器和补偿电容；其中，刀开关与控制系统相连，控制系统与热继电器相连，热继电器与补偿电容相连；

所述的馈电柜的组成包括第一路负载、第二路负载、第三路负载和第四路负载；第一路负载、第二路负载、第三路负载和第四路负载并联；

进线柜由三相四线电源进线，经过万能式断路器通过母排分别与电容柜的刀开关、馈电柜的第一路负载、第二路负载、第三路负载和第四路负载相连；PLC分别与馈电柜的第一路负载、第二路负载、第三路负载、第四路负载、和万能式断路器相连；PLC与触摸屏相连；调整电路分别与第一路负载、第二路负载、第三路负载和第四路负载相连。

2.如权利要求1所述的低压配电控制系统综合实验平台装置，其特征为所述的控制系统的组成包括万能转换开关、无功功率补偿控制器和接触器；万能转换开关与无功功率补偿控制器通过控制线（400）相连；万能转换开关与接触器通过控制线（401）相连；无功功率补偿控制器与接触器通过控制线（402）相连；刀开关与接触器通过连接线（404）相连；热继电器与接触器通过连接线（403）相连。

3.如权利要求1所述的低压配电控制系统综合实验平台装置，其特征为所述的第一路负载的组成包括直流电源与三相电流转换电路、负载电流控制电路、控制继电器电路、断路器脱扣电路、负载电流主电路和塑壳式断路器；塑壳式断路器与万能式断路器通过连接线（600）相连；塑壳式断路器与直流电源与三相电流转换电路通过连接线（601）相连；塑壳式断路器与负载电流控制电路通过连接线（602）相连；塑壳式断路器与控制继电器电路通过连接线（603）相连；塑壳式断路器与断路器脱扣电路通过连接线（604）相连；直流电源与三相电流转换电路与负载电流控制电路通过连接线（605）相连；控制继电器电路与负载电流控制电路通过连接线（606）相连；负载电流控制电路与负载电流主电路通过连接线（607）相连；负载电流主电路与断路器脱扣电路通过连接线（608）相连；第三路负载、第四路负载与第一路负载连接线路相同，第二路负载除了与第一路负载（6）上述的连接线路相同外，还包括漏电保护电路（67），漏电保护电路（67）与塑壳式断路器（66）通过连接线（609）相连。

4.如权利要求3所述的低压配电控制系统综合实验平台装置，其特征为所述的负载电流主电路包括三相四线电源（A、B、C、N），三个单相调压器（T1、T2、T3），三个双绕组变压器（T4、T5、T6）、电流表(A1)、电动机保护器（MB）和三个电流互感器（CTa、CTb、CTc）；三相四线电源的A相与单相调压器（T1）的进线端相连，单相调压器（T1）的出线端与双绕组变压器（T4）的进线端相连，双绕组变压器（T4）的出线端与电流表（A1）相连再穿过电动机保护器（MB）、电流互感器（CTa）与三相四线电源的N相形成回路；三相四线电源的B相与单相调压器（T2）的进线端相连，单相调压器（T2）的出线端与双绕组变压器（T5）的进线端相连，双绕组变压器（T5）的出线端与电流表（A1）相连再穿过电动机保护器（MB）、电流互感器（CTb）与三相四线电源的N相形成回路；三相四线电源的C相与单相调压器（T3）的进线端相连，单相调压器（T3）的出线端与双绕组变压器（T6）的进线端相连，双绕组变压器（T6）的出线端与电流表（A1）相连再穿过电动机保护器（MB）、电流互感器（CTc）与三相四线电源的N相形成回路。

5.如权利要求3所述的低压配电控制系统综合实验平台装置，其特征为所述的断路器脱扣电路由三相四线电源的A相、电动机保护器(MB)常闭触点、复位按钮（SB3）、继电器（KM5）和塑壳式断路器的分励线圈（QFF）组成；三相四线电源的A相与电动机保护器(MB)的常闭触点相连再串联复位按钮（SB3）、继电器（KM5）的线圈与三相四线电源的N相形成回路；三相四线电源的A相与继电器（KM5）的常闭触点相连再串联塑壳断路器的分励线圈（QFF）与三相四线电源的N相形成回路。

6.如权利要求3所述的低压配电控制系统综合实验平台装置，其特征为所述的控制继电器电路由三相四线电源的A相、塑壳断路器的辅助常闭触点、继电器（KM1）、时间继电器（KM2）、继电器（KM3）、继电器（KM4）和PLC输出的信号线（1+、2+、1-）组成；三相四线电源的A相与塑壳式断路器的辅助常闭触点输入端相连，塑壳断路器的辅助常闭触点的输出端与继电器（KM1）的线圈串联，继电器（KM1）的线圈与时间继电器（KM2）的线圈并联，继电器（KM1）线圈的出线端与三相四线电源的N相相连；PLC输出的信号线（1+）与继电器（KM3）线圈的输入端相连，继电器（KM3）线圈的输出端与信号线（1-）相连；PLC输出的信号线（2+）与继电器（KM4）线圈的输入端相连，继电器（KM4）线圈的输出端与信号线（1-）相连。

7.如权利要求3所述的低压配电控制系统综合实验平台装置，其特征为所述的负载电流控制电路包括直流电源线（+12V、-12V），继电器（KM1）,时间继电器（KM2）,继电器（KM3），继电器（KM4），升流按钮（SB1），降流按钮（SB2），6个限位开关（SM1～6），三个直流电动机（M1～3）,控制线（OV1、OV2、OV3）；直流电源线（+12V）与继电器（KM1）常闭触点相连后分为两条支路，一条支路与三个并联的继电器（KM3）常开触点输入端相连，另一条支路与继电器（KM3）的常闭触点的输入端相连；继电器（KM3）常闭触点的输出端与升流按钮（SB1）的三个常开触点输入端相连，升流按钮（SB1）的三个常开触点输出端分别与降流按钮（SB2）的三个常闭触点的输入端相连；三个并联的继电器（KM3）常开触点输出端与降流按钮（SB2）的三个常闭触点的输出端相连；降流按钮（SB2）的三个常闭触点的输出端分别与限位开关（SM1、SM3、SM5）相连。直流电源线（-12V）与继电器（KM1）常闭触点相连后分为两条支路，一条支路与三个并联的继电器（KM4）常开触点输入端相连，另一条支路与继电器（KM4）的常闭触点的输入端相连；继电器（KM4）常闭触点的输出端与升流按钮（SB1）的三个常闭触点输入端相连，升流按钮（SB1）的三个常闭触点输出端分别与降流按钮（SB2）的三个常开触点的输入端相连；三个并联的继电器（KM4）常开触点输出端与降流按钮（SB2）的三个常开触点的输出端相连；降流按钮（SB2）的三个常开触点的输出端分别与限位开关（SM2、SM4、SM6）相连；直流电源线（-12V）与继电器（KM1）常开触点输入端相连，继电器（KM1）常开触点输出端与三个并联的时间继电器（KM2）延时触点输入端相连，三个并联的时间继电器（KM2）延时触点输出端分别与三个并联的继电器（KM4）常开触点输出端相连。限位开关（SM1、SM2）与直流电动机（M1）输入端相连，直流电动机（M1）输出端与信号线（OV1）相连，限位开关（SM3、SM4）与直流电动机（M2）输入端相连，直流电动机（M2）输出端与信号线（OV2）相连，限位开关（SM5、SM6）与直流电动机（M3）输入端相连，直流电动机（M3）输出端与信号线（OV3）相连。

8.如权利要求3所述的低压配电控制系统综合实验平台装置，其特征为所述的直流电源与三相电流转换电路包括三相四线电源的A相，指示灯（HW1），变压器（T7）,整流桥（UR）,万能转换开关（SA），直流电源线（+12V、-12V），信号线（OV1、OV2、OV3）。三相四线电源的A相与变压器（T7）的输入端形成回路；三相四线电源的A相与塑壳断路器的常开触点、指示灯（HW1）相连再与三相四线电源的N相形成回路；变压器（T7）的输出端与整流桥（UR）输入端相连，整流桥（UR）输出端与直流电源线（+12V、-12V）相连；变压器（T7）的输出信号线（0V）分别与万能转换开关（SA）的三个输入端相连，万能转换开关（SA）的输出端分别与信号线（OV1、OV2、OV3）相连。

9.如权利要求1所述的低压配电控制系统综合实验平台装置，其特征为所述的调整电路包括四个取样电阻(R1、R2、R3、R4)，四个电位器（VR1、VR2、VR3、VR4）和电流表（A2）；取样电阻(R1)先与电位器（VR1）相连再与第一路负载的A相电流互感器（CTa）形成回路；取样电阻(R2)先与电位器（VR2）相连再与第二路负载的A相电流互感器（CTa）形成回路；取样电阻(R3)先与电位器（VR3）相连再与第三路负载的A相电流互感器（CTa）形成回路；取样电阻(R4)先与电位器（VR4）相连再与第四路负载的A相电流互感器（CTa）形成回路；四路负载的A相电流互感器（CTa）顺次相连，形成的两个公共端与电流表（A2）相连；四路负载B相的调整电路、C相的调整电路与A相的调整电路相同。

10.如权利要求3所述的低压配电控制系统综合实验平台装置，其特征为所述的漏电保护电路包括三相四线电源的A相、塑壳式断路器的主触点、电阻（R11）、电位器（VR21）、电流表（A3）和单刀开关（S1）；三相四线电源的A相与塑壳式断路器的主触点、电阻（R11）、电位器（VR21）、电流表（A3）和单刀开关（S1）依次串联。

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