CN113554915A - 一种二次回路接线故障仿真系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种二次回路接线故障仿真系统及其方法。二次回路接线故障仿真系统包括：负荷源、互感元件、故障开关单元和控制单元。其中，故障开关单元包括多个开关元件，各开关元件分别连接于相应的负载。互感元件的一次侧与负荷源连接，互感元件的二次侧与故障开关单元连接，互感元件、故障开关单元和负载构成二次回路；控制单元与故障开关单元连接。控制单元用于接收接线故障仿真指令，并根据接线故障仿真指令控制故障开关单元中的各开关元件的闭合或者断开，以在二次回路中形成仿真接线故障。据此实现了对真实用电场景下的二次回路接线故障的仿真，使得作业人员能够为以后的实际作业储备较为完备的实践经验。

Description

一种二次回路接线故障仿真系统及其方法

技术领域

本发明实施例涉及电力系统检修维护技术领域，尤其涉及一种二次回路接线故障仿真系统及其方法。

背景技术

电网的安全稳定运行关乎国计民生，电能计量二次回路接线发生故障会对一个家庭的安全、稳定用电造很大影响。目前，不管是电力系统的检修、维护人员，还是电力相关专业的学生，学习电能计量二次回路的相关内容大都是如下过程：先是理论教学、分析理论知识以及实验室实操培训，然后给出一个具体的接线故障现象，根据故障现象分析故障原因，最后针对故障解决问题。

上述过程有如下缺点：虽然扎实的理论分析能力是解决问题的基础，但是单一的理论学习与实际中遇到的问题是有差距的，且电能计量二次回路接线故障一旦发生，需要维护人员和检修人员快速响应，解决故障。我国电网出现异常的几率很小，维护人员和检修人员的实践机会就少，相关经验积累的较慢，从而不易更快更好的为大众做好服务。实操培训并不能模拟真实电能计量二次回路接线故障的发生现场，从而不易为以后的实际作业提供完备的实践经验。

发明内容

本发明实施例提供一种二次回路接线故障仿真系统及其方法，以对真实用电场景下的二次回路接线故障进行仿真，为电网的作业人员提供一个较为接近真实用电场景的故障解决实践平台，从而使得作业人员能够为以后的实际作业储备较为完备的实践经验，以利于在实际作业中快速准确的解决二次回路接线故障。

第一方面，本发明实施例提供了一种二次回路接线故障仿真系统，所述二次回路接线故障仿真系统包括：负荷源、互感元件、故障开关单元和控制单元；其中，所述故障开关单元包括多个开关元件，各所述开关元件分别连接于相应的负载；

所述互感元件的一次侧与所述负荷源连接，所述互感元件的二次侧与所述故障开关单元连接，所述互感元件、所述故障开关单元和所述负载构成二次回路；

所述控制单元与所述故障开关单元连接；所述控制单元用于接收接线故障仿真指令，并根据所述接线故障仿真指令控制所述故障开关单元中的各所述开关元件的闭合或者断开，以在所述二次回路中形成仿真接线故障。

可选的，所述控制单元包括：系统仿真单元、服务器和故障控制板；

所述系统仿真单元与所述服务器连接；所述系统仿真单元用于接收所述接线故障仿真指令，并将所述接线故障仿真指令发送至所述服务器；所述服务器用于将所述接线故障仿真指令转换为对应的串口指令；

所述故障控制板分别与所述服务器和所述故障开关单元连接；所述故障控制板用于根据所述服务器发送的所述串口指令输出控制信号，以控制所述故障开关单元中的各开关元件的闭合或者断开。

可选的，所述二次回路接线故障仿真系统还包括仿真电表；

所述仿真电表连接于所述互感元件的二次侧与所述故障开关单元之间；所述仿真电表用于计量所述互感元件向所述故障开关单元输出的电能。

可选的，所述仿真电表通过所述服务器与所述系统仿真单元连接；

所述系统仿真单元还用于接收计量故障仿真指令，并将所述计量故障仿真指令通过所述服务器发送至所述仿真电表，以及通过所述服务器获取所述仿真电表所计量的电能数据和所述仿真电表的电表信息数据；

所述仿真电表还用于根据所述计量故障仿真指令进行计量故障仿真。

可选的，所述仿真电表包括单相电表和三相电表。

可选的，所述开关元件包括继电器。

可选的，所述二次回路接线故障仿真系统还包括开关电源；所述开关电源与所述故障控制板连接，所述开关电源用于向所述故障控制板供电。

可选的，所述仿真接线故障包括：电压断路、电流短路、电流开路、电流极性反接、电压错相序和电流错相序中的至少一种。

第二方面，本发明实施例还提供了一种二次回路接线故障仿真方法，所述二次回路接线故障仿真方法由上述第一方面所述的二次回路接线故障仿真系统所执行；所述二次回路接线故障仿真方法包括：

接收接线故障仿真指令；

根据所述接线故障仿真指令控制所述故障开关单元中的各所述开关元件闭合或者断开，以在所述二次回路中形成仿真接线故障。

可选的，所述二次回路接线故障仿真系统还包括仿真电表；

接收所述接线故障仿真指令之后还包括：

接收计量故障仿真指令，并将所述计量故障仿真指令发送至所述仿真电表；

获取所述仿真电表所计量的电能数据和所述仿真电表的电表信息数据。

本发明实施例提供的二次回路接线故障仿真系统及其方法，通过设置负荷源、互感元件、故障开关单元和控制单元。其中，故障开关单元包括多个开关元件，各开关元件分别连接于相应的负载。互感元件的一次侧与负荷源连接，互感元件的二次侧与故障开关单元连接，互感元件、故障开关单元和负载构成二次回路；控制单元与故障开关单元连接。控制单元用于接收接线故障仿真指令，并根据接线故障仿真指令控制故障开关单元中的各开关元件的闭合或者断开，以在二次回路中形成仿真接线故障。据此实现了对真实用电场景下的二次回路接线故障的仿真，从而为电网的作业人员提供了一个较为接近真实用电场景的故障解决实践平台，使得作业人员能够为以后的实际作业储备较为完备的实践经验，以利于在实际作业中快速准确的解决二次回路接线故障。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种二次回路接线故障仿真系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种二次回路接线故障仿真系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种二次回路接线故障仿真系统的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种二次回路接线故障仿真方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的一种二次回路接线故障仿真系统的结构示意图。参考图1，二次回路接线故障仿真系统包括：负荷源10、互感元件20、故障开关单元30和控制单元100；其中，故障开关单元30包括多个开关元件，各开关元件分别连接于相应的负载40；互感元件20的一次侧与负荷源10连接，互感元件20的二次侧与故障开关单元30连接，互感元件20、故障开关单元30和负载40构成二次回路200；控制单元100与故障开关单元30连接；控制单元100用于接收接线故障仿真指令，并根据接线故障仿真指令控制故障开关单元30中的各开关元件的闭合或者断开，以在二次回路200中形成仿真接线故障。

具体的，负荷源10用于为二次回路接线故障仿真系统提供所需的电压、电流、相角和频率等。即负荷源10用于仿真电力系统的母线侧电源。负荷源10的电压、电流、相角和频率在一定范围内连续可调。其中，电压的可调范围是0～220V，调节细度0.1V；电流的可调范围是0～5A，调节细度0.1A；相角的可调范围是0.～359.9°，调节细度0.1°；频率的可调范围是45Hz～65Hz，调节细度0.1Hz。

互感元件20用于将负荷源10提供的电压和电流按比例变换成适用于二次回路接线故障仿真系统的标准低电压或标准小电流。即互感元件20在其自身的二次侧输出适用于二次回路接线故障仿真系统的标准低电压或标准小电流。互感元件20用于仿真电力系统中的电流互感器和电压互感器。互感元件20可以但不限于包括电流互感器和电压互感器。另外，互感元件20还起到隔离作用，将自身一次侧所连接的负荷源10与自身二次侧所连接的故障开关单元30两者之间进行电磁隔离，避免故障开关单元30受到干扰。

故障开关单元30接收互感元件20输出的标准低电压或标准小电流。故障开关单元30和相应的负载40用于仿真电力系统中用户侧的用电设备。互感元件20、故障开关单元30以及与故障开关单元30所连接的负载40构成一二次回路200，该二次回路200用于仿真电力系统中的二次回路200。故障开关单元30可由多个开关元件进行串联和/或并联后构成，其中，各开关元件分别连接于相应的负载40。故障开关单元30中各开关元件的闭合或者断开发生变化均会使得互感元件20二次侧所连接的负载40发生变化，本实施例以此来仿真二次回路200中的接线故障。

控制单元100接收进行接线故障仿真的需求，例如接收接线故障仿真指令。控制单元100根据接线故障仿真指令控制故障开关单元30中的各开关元件闭合或者断开，以此在二次回路200中形成对应该接线故障仿真指令的仿真接线故障，实现对二次回路200接线故障的仿真，即实现了对电力系统真实用电场景下的二次回路200接线故障的仿真，从而，本实施例为电网的作业人员提供了一个较为接近真实用电场景的二次回路200接线故障解决实践平台。

作业人员基于本实施例提供的二次回路接线故障仿真系统，输入接线故障仿真指令，二次回路接线故障仿真系统根据接线故障仿真指令通过负荷源10提供所需的电压、电流、相角和频率，通过互感元件20提供标准低电压或标准小电流，通过控制单元100控制故障开关单元30中的各开关元件闭合或者断开，以此在二次回路200中形成对应该接线故障仿真指令的仿真接线故障，使得作业人员能够基于本实施例提供的二次回路接线故障仿真系统进行一系列二次回路200接线故障解决的实践工作，为以后的实际作业储备较为完备的实践经验，以利于在实际作业中快速准确的解决二次回路200接线故障。

另外，可选的，本实施例提供的负荷源10还具备自动检测输出电源是否正常的功能。当检测到二次回路接线故障仿真系统中出现操作失误，如电压短路、电流开路或者接线错误时，可自动迅速的停止电源的输出并发出报警提醒，保证二次回路接线故障仿真系统和人身安全。对此种情况，也可以作为作业人员的一种实践经验。除此之外，负荷源10还可以与控制单元100连接，从而，控制单元100根据接线故障仿真指令对负荷源10进行控制，例如控制负荷源10调节自身的输出电压、电流、相角和频率等。

可选的，仿真接线故障包括：电压断路、电流短路、电流开路、电流极性反接、电压错相序和电流错相序中的至少一种。具体的，不同的接线故障指令对应不同的仿真接线故障。可以通过根据接线故障仿真指令控制故障开关单元30中的各开关元件闭合或者断开，即基于各开关元件闭合或者断开的组合，在互感元件20、故障开关单元30和负载40所构成的二次回路200中形成电压断路、电流短路、电流开路、电流极性反接、电压错相序和电流错相序中的至少一种二次回路200仿真接线故障，以使得作业人员能够基于本实施例提供的二次回路接线故障仿真系统尽可能全面的练习二次回路200仿真接线故障，为以后的实际作业储备尽可能完备的实践经验。

可选的，开关元件包括继电器。具体的，故障开关单元30可由多个继电器进行串联和/或并联后构成，各继电器分别连接于相应的负载40。

图2是本发明实施例提供的另一种二次回路接线故障仿真系统的结构示意图。参考图2，在上述各实施例的基础上，可选的，控制单元100包括：系统仿真单元101、服务器102和故障控制板103。系统仿真单元101与服务器102连接；系统仿真单元101用于接收接线故障仿真指令，并将接线故障仿真指令发送至服务器102；服务器102用于将接线故障仿真指令转换为对应的串口指令。故障控制板103分别与服务器102和故障开关单元30连接；故障控制板103用于根据服务器102发送的串口指令输出控制信号，以控制故障开关单元30中的各开关元件的闭合或者断开。

具体的，系统仿真单元101可配置于终端，作业人员可在终端上对系统仿真单元101进行操作。例如，系统仿真单元101响应作业人员的接线故障仿真需求，生成相应的接线故障仿真指令。服务器102为系统仿真单元101与故障控制板103之间建立通信，实现网络数据与串口数据的双向通信。故障控制板103上集成有处理器(CPU)，用以根据服务器102发送的串口指令输出控制信号，以控制故障开关单元30中的各开关元件的闭合或者断开。此外，本实施例中，故障开关单元30及其连接的负载40均可以集成在故障控制板103上，此时，互感元件20通过故障控制板103向故障开关单元30提供标准低电压或标准小电流。

继续参考图2，在上述各实施例的基础上，可选的，二次回路接线故障仿真系统还包括开关电源300；开关电源300与故障控制板103连接，开关电源300用于向故障控制板103供电。示例性的，开关电源300为故障控制板103提供直流电压。

图3是本发明实施例提供的另一种二次回路接线故障仿真系统的结构示意图。参考图3，在上述各实施例的基础上，可选的，二次回路接线故障仿真系统还包括仿真电表400。仿真电表400连接于互感元件20的二次侧与故障开关单元30之间；仿真电表400用于计量互感元件20向故障开关单元30输出的电能。即，仿真电表400用于仿真二次回路200中的电能计量，以为工作人员仿真二次回路200中的电能计量。可选的，仿真电表400包括单相电表和三相电表。

继续参考图3，在上述各实施例的基础上，可选的，仿真电表400通过服务器102与系统仿真单元101连接；系统仿真单元101还用于接收计量故障仿真指令，并将计量故障仿真指令通过服务器102发送至仿真电表400，以及通过服务器102获取仿真电表400所计量的电能数据和仿真电表400的电表信息数据；仿真电表400还用于根据计量故障仿真指令进行计量故障仿真。

即本实施例通过设置仿真电表400，并通过在仿真电表400与系统仿真单元101之间建立连接，从而可通过系统仿真单元101获取仿真电表400所计量的电能数据和仿真电表400的电表信息数据，以为作业人员提供更多的仿真二次回路200的信息。仿真电表400的电表信息数据可包括仿真电表400的地址、设置参数以及仿真电表400对应的用户信息等；电能数据包括用电量信息、电表读数等。进一步的，系统仿真单元101还用于接收计量故障仿真指令，并将计量故障仿真指令发送至仿真电表400，以使得仿真电表400仿真一些电表的常见故障，比如时钟显示不准确、电能计量不准确等。

继续参考图3，下面通过举例对本实施例提供的二次回路接线故障仿真系统进行进一步说明：

例一：系统仿真单元101接收对应电流开路的接线故障指令，负荷源10仿真二次回路200接线故障系统所需用电环境，互感元件20对故障开关单元30提供标准低电压或标准小电流，串口服务器102将对应电流开路的接线故障指令转换为对应的串口指令，故障控制板103根据服务器102发送的串口指令输出控制信号以控制故障开关单元30中的各开关元件闭合或者断开，从而在互感元件20、故障开关单元30以及与故障开关单元30所连接的负载40构成的二次回路200中形成电流开路的接线故障，作业人员可在二次回路200中中观测该仿真故障现象并对该仿真故障进行分析解决，实现实操练习。其中，互感元件20还将负荷源10与二次回路200、系统仿真单元101、服务器102和故障控制板103进行电磁隔离，避免二次回路200、系统仿真单元101、服务器102和故障控制板103受到干扰。此外，系统仿真单元101还可通过服务器102获取仿真电表400所计量的电能数据和仿真电表400的电表信息数据，以为作业人员提供更多的仿真二次回路200的信息。

例二：系统仿真单元101接收三相电中A相电压和B相电压错相序对应的接线故障指令，服务器102将该接线故障指令转换为对应的串口指令后发送至故障控制板103，故障控制板103根据服务器102发送的串口指令输出控制信号以控制故障开关单元30中的各开关元件闭合或者断开，从而在互感元件20、故障开关单元30以及与故障开关单元30所连接的负载40构成的二次回路200中形成A相电压和B相电压错相序的接线故障，此时工作人员可以在仿真电表400中(三相电表)中观测到A相电压和B相电压错相，若工作人员测量仿真电表400(三相电表)的输入电压和输入电流，则会测量到：A相电压与B相电流同相位，与A相电流相差120°、B相电压与A相电流同相位，与B相电流相差120°，即A相电压与B相电压错相序。

本发明实施例还提供了一种二次回路接线故障仿真方法，二次回路接线故障仿真方法由上述任意技术方案所述的二次回路接线故障仿真系统所执行。图4是本发明实施例提供的一种二次回路接线故障仿真方法的流程图。参考图4，二次回路接线故障仿真方法包括：

S10，接收接线故障仿真指令。

S11，根据接线故障仿真指令控制故障开关单元中的各开关元件闭合或者断开，以在二次回路中形成仿真接线故障。

具体的，可以是二次回路接线故障仿真系统中的控制单元100接收接线故障仿真指令，并根据接线故障仿真指令控制故障开关单元30中的各开关元件闭合或者断开，以在二次回路200中形成仿真接线故障。

可选的，二次回路接线故障仿真系统还包括仿真电表400，步骤S10、接收接线故障仿真指令之后还包括：步骤S12、接收计量故障仿真指令，并将计量故障仿真指令发送至仿真电表和步骤S13、获取仿真电表所计量的电能数据和仿真电表的电表信息数据。其中，步骤S12和步骤S13可以在步骤S11之前执行，也可以在步骤S11之后执行，还可以在步骤S10之前执行。具体的，可以是二次回路接线故障仿真系统中的控制单元100接收计量故障仿真指令，并将计量故障仿真指令发送至仿真电表400，以及获取仿真电表400所计量的电能数据和仿真电表400的电表信息数据。

本发明实施例提供的二次回路接线故障仿真系统与二次回路接线故障仿真方法，两者属于相同的发明构思，能够实现相同的技术效果，重复内容此处不再赘述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种二次回路接线故障仿真系统，其特征在于，包括：负荷源、互感元件、故障开关单元和控制单元；其中，所述故障开关单元包括多个开关元件，各所述开关元件分别连接于相应的负载；

所述互感元件的一次侧与所述负荷源连接，所述互感元件的二次侧与所述故障开关单元连接，所述互感元件、所述故障开关单元和所述负载构成二次回路；

所述控制单元与所述故障开关单元连接；所述控制单元用于接收接线故障仿真指令，并根据所述接线故障仿真指令控制所述故障开关单元中的各所述开关元件的闭合或者断开，以在所述二次回路中形成仿真接线故障。

2.根据权利要求1所述的二次回路接线故障仿真系统，其特征在于，所述控制单元包括：系统仿真单元、服务器和故障控制板；

所述系统仿真单元与所述服务器连接；所述系统仿真单元用于接收所述接线故障仿真指令，并将所述接线故障仿真指令发送至所述服务器；所述服务器用于将所述接线故障仿真指令转换为对应的串口指令；

所述故障控制板分别与所述服务器和所述故障开关单元连接；所述故障控制板用于根据所述服务器发送的所述串口指令输出控制信号，以控制所述故障开关单元中的各开关元件的闭合或者断开。

3.根据权利要求2所述的二次回路接线故障仿真系统，其特征在于，还包括仿真电表；

所述仿真电表连接于所述互感元件的二次侧与所述故障开关单元之间；所述仿真电表用于计量所述互感元件向所述故障开关单元输出的电能。

4.根据权利要求3所述的二次回路接线故障仿真系统，其特征在于，所述仿真电表通过所述服务器与所述系统仿真单元连接；

所述系统仿真单元还用于接收计量故障仿真指令，并将所述计量故障仿真指令通过所述服务器发送至所述仿真电表，以及通过所述服务器获取所述仿真电表所计量的电能数据和所述仿真电表的电表信息数据；

所述仿真电表还用于根据所述计量故障仿真指令进行计量故障仿真。

5.根据权利要求3所述的二次回路接线故障仿真系统，其特征在于，所述仿真电表包括单相电表和三相电表。

6.根据权利要求1所述的二次回路接线故障仿真系统，其特征在于，所述开关元件包括继电器。

7.根据权利要求2所述的二次回路接线故障仿真系统，其特征在于，还包括开关电源；所述开关电源与所述故障控制板连接，所述开关电源用于向所述故障控制板供电。

8.根据权利要求1所述的二次回路接线故障仿真系统，其特征在于，所述仿真接线故障包括：电压断路、电流短路、电流开路、电流极性反接、电压错相序和电流错相序中的至少一种。

9.一种二次回路接线故障仿真方法，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的二次回路接线故障仿真系统所执行；所述方法包括：

接收接线故障仿真指令；

根据所述接线故障仿真指令控制所述故障开关单元中的各所述开关元件闭合或者断开，以在所述二次回路中形成仿真接线故障。

10.根据权利要求9所述的二次回路接线故障仿真方法，其特征在于，所述二次回路接线故障仿真系统还包括仿真电表；

接收所述接线故障仿真指令之后还包括：

接收计量故障仿真指令，并将所述计量故障仿真指令发送至所述仿真电表；

获取所述仿真电表所计量的电能数据和所述仿真电表的电表信息数据。

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