CN208140863U - 一种基于pcb板的中性点不接地配电网物理模拟系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力技术，具体涉及一种基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统，包括三相电源输入端口、继电器模块、第一、第二三相配电线路模块、负荷输出端口、短路开关模块、电压电流采样点、电压电流互感器；三相电从三相电源输入端口接入后，依次经过继电器模块，电压、电流采样点，第一三相配电线路模块、短路开关模块、第二三相配电线路模块，最后通过负荷输出端口为三相负荷供电；电压电流互感器对电压电流采样点的电压电流信号进行采样，输出模拟信号送往信号调理电路。该系统采用PCB技术，能够灵活嵌入发电机、变压器、电力电子装置等模块；模拟配电线路发生短路故障时的情况，可以更广泛地应用于科学研究及教学展示。

Description

一种基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统

技术领域

本实用新型属于电力技术领域，尤其涉及一种基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统。

背景技术

电力系统物理模拟将与真实电力系统具有相同物理性质且参数的标幺值一致的各模拟元件按一定逻辑结构连接起来，来模拟真实电力系统的特性。其主要用于：（1）当由于认识上的限制，不能或不完全能用数学方程式表示某些新的问题和物理现象时，利用物理模拟可以探索到现象的本质及其变化的基本规律；（2）物理模拟的实验结果，可以用来校验电力系统的理论和计算公式，使理论得到进一步完善和发展；（3）可以将新型的继电保护和自动控制装置直接接入物理模拟系统中进行各种工况运行和短路故障实验，以考核装置的各种性能。

目前，为满足继电保护和自动控制装置的测试需要，电力系统物理模拟系统额定容量一般为数十千伏安，其存在投资巨大、占地面积广、功耗高、噪声大等缺点。对于中性点不接地配电网的物理模拟来说，现有的物理模型一般由多个大额定容量的单电容配电线路模型、断路器模型、特制电压互感器和电流互感器模型以及短路开关模型等组成，占用场地大，且需要现场进行施工布线操作才能满足实验要求。费时费力，不利于配电网单相接地故障选线、故障消弧及过电压计算等研究的实验验证。

实际上，科研机构一般仅利用电力系统物理模拟系统探索电力系统新规律和校验理论分析结果，短路容量可以设计得非常小。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种设置于印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）上的微型化、智能化和低功耗化的电力系统物理模拟系统。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统，包括三相电源输入端口、继电器模块、第一、第二三相配电线路模块、负荷输出端口、短路开关模块、电压电流采样点、电压电流互感器；三相电源输入端口依次连接继电器模块、电压电流采样点、第一三相配电线路模块、短路开关模块、第二三相配电线路模块和负荷输出端口，电压电流互感器连接电压电流采样点；三相电从三相电源输入端口接入后，依次经过继电器模块，电压、电流采样点，第一三相配电线路模块、短路开关模块、第二三相配电线路模块，最后通过负荷输出端口为三相负荷供电；电压电流互感器对电压电流采样点的电压电流信号进行采样，输出模拟信号送往信号调理电路。

在上述的基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统中，三相电源输入端口包含四个接线端子，分别与三相电源的A、B、C三相及中性线N相连。

在上述的基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统中，继电器模块包括继电器和继电器驱动电路；用于模拟实际配电网中的断路器，根据动作信号实现快速分、合闸。

在上述的基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统中，继电器采用小型功率继电器；继电器驱动电路用于驱动继电器的吸合。

在上述的基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统中，第一、第二三相配电线路模块为三相配电线路π型等值电路，并将配电线路的π型集中参数用电阻、电容及电感表示。

在上述的基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统中，负荷输出端口包含四个接线端子，分别与三相负荷的a、b、c三相及中性点n相连接，无负荷时悬空。

在上述的基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统中，短路开关模块采用单刀双掷拨动开关或继电器，用于模拟配电线路的短路故障。

在上述的基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统中，电压电流采样点设置在第一三相配电线路模块的前面，或设置在第一三相配电线路模块和第二三相配电线路模块之间，或设置在第二三相配电线路模块的后面。

在上述的基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统中，电压互感器采用毫安级精密电压互感器SPT204A，电流互感器采用5A精密电流互感器SCT254AK。

本实用新型的有益效果是：（1）采用PCB技术，将投资巨大、占地面积广的配电网物理模拟系统浓缩到小小的PCB电路板上，并预留大量接口端子，能够灵活嵌入发电机、变压器、电力电子装置等模块。

（2）基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统能够模拟配电线路发生短路故障时的情况，与微处理器控制技术相结合，实时监测系统中的电压、电流信号，可以更广泛地应用于科学研究及教学展示。

（3）PCB电路板上预留有继电器模块、三相配电线路模块和短路开关模块插槽，以实现配电网物理模拟系统的模块化。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统结构示意图；

其中，201-三相电源输入端口、202-继电器模块、203-第一三相配电线路模块、204-第二三相配电线路模块、205-负荷输出端口、206-短路开关模块、207-电压电流采样点、208-电压电流互感器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细描述。

目前，为满足继电保护和自动控制装置的测试需要，电力系统物理模拟系统额定容量一般为数十千伏安，其存在投资巨大、占地面积广、功耗高、噪声大等缺点。对于中性点不接地配电网的物理模拟来说，现有的物理模型一般由多个大额定容量的单电容配电线路模型、断路器模型、特制电压互感器和电流互感器模型以及短路开关模型等组成，占用场地大，且需要现场进行施工布线操作才能满足实验要求。费时费力，不利于配电网单相接地故障选线、故障消弧及过电压计算等研究的实验验证。

实际上，科研机构一般仅利用电力系统物理模拟系统探索电力系统新规律和校验理论分析结果，短路容量可以设计得非常小。

如图1所示，本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统，包括：三相电源输入端口201，继电器模块202，第一、第二三相配电线路模块203和204，负荷输出端口205，短路开关模块206，电压电流采样点207，电压电流互感器208。三相电从三相电源输入端口201接入后，依次经过继电器模块202，电压电流采样点207，第一三相配电线路模块203、短路开关模块206、第二三相配电线路模块204，最后通过负荷输出端口205给三相负荷供电，电压电流互感器208将采样点处的电压电流信号采样出来，其输出模拟信号送往信号调理电路。

并且，三相电源输入端口201留有四个接线端子，可分别与三相电源的A、B、C三相及中性线N相连。

并且，继电器模块202用于模拟实际配电网中的断路器，可根据动作信号实现快速分、合闸。该模块包括继电器和继电器驱动电路。继电器可采用小型功率继电器，所述继电器驱动电路能够起到各类单片机控制信号驱动继电器吸合的目的。

并且，第一、第二三相配电线路模块203和204以将配电线路的π型集中参数用电阻、电容及电感表示，是三相配电线路π型等值电路的缩影。

并且，负荷输出端口205留有四个接线端子，可分别于三相负荷的a、b、c三相及中性点n相连，不带负荷时悬空即可。

并且，短路开关模块206可采用单刀双掷拨动开关或控制方便的继电器模块，通过拨动短路开关来切换配电线路的短路情况。S4闭合，S1、S2和S3中任意一个开关闭合时为单相接地故障；S4断开，S1、S2和S3中任意两个开关闭合时为两相短路故障；S4闭合，S1、S2和S3中任意两个开关闭合时为两相接地故障；S1、S2、S3和S4都闭合时为三相短路故障。

并且，电压电流采样点207可设置在PCB电路板第一三相配电线路模块203的前面，也可以设置在第一、第二三相配电线路模块203和204之间，还可以设置在第二三相配电线路模块204的后面。

并且，电压互感器可采用毫安级精密电压互感器SPT204A，电流互感器可采用5A精密电流互感器SCT254AK。电压电流互感器208能够将采样点处的电压、电流信号采样出来，并将输出模拟信号送往信号调理电路。

并且，信号调理电路能够对互感器输出的模拟信号进行隔离、放大、滤波等，使该模拟信号直接被A/D模块转换成数字信号，方便单片机处理。

综合上述，通过以上技术方案，本实用新型采用PCB技术，将投资巨大、占地面积广的配电网物理模拟系统浓缩到小小的PCB电路板上，并预留大量接口端子，能够灵活嵌入发电机、变压器、电力电子装置等模块；同时，基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统能够模拟配电线路发生短路故障时的情况，与微处理器控制技术相结合，实时监测系统中的电压、电流信号，可以更广泛地应用于科学研究及教学展示。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本实用新型的原理和实质。本实用新型的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (9)

1.一种基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统，其特征是，包括三相电源输入端口、继电器模块、第一、第二三相配电线路模块、负荷输出端口、短路开关模块、电压电流采样点、电压电流互感器；三相电源输入端口依次连接继电器模块、电压电流采样点、第一三相配电线路模块、短路开关模块、第二三相配电线路模块和负荷输出端口，电压电流互感器连接电压电流采样点；三相电从三相电源输入端口接入后，依次经过继电器模块，电压、电流采样点，第一三相配电线路模块、短路开关模块、第二三相配电线路模块，最后通过负荷输出端口为三相负荷供电；电压电流互感器对电压电流采样点的电压电流信号进行采样，输出模拟信号送往信号调理电路。

2.如权利要求1所述的基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统，其特征是，三相电源输入端口包含四个接线端子，分别与三相电源的A、B、C三相及中性线N相连。

3.如权利要求1所述的基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统，其特征是，继电器模块包括继电器和继电器驱动电路；用于模拟实际配电网中的断路器，根据动作信号实现快速分、合闸。

4.如权利要求3所述的基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统，其特征是，继电器采用小型功率继电器；继电器驱动电路用于驱动继电器的吸合。

5.如权利要求1所述的基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统，其特征是，第一、第二三相配电线路模块为三相配电线路π型等值电路，并将配电线路的π型集中参数用电阻、电容及电感表示。

6.如权利要求1所述的基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统，其特征是，负荷输出端口包含四个接线端子，分别与三相负荷的a、b、c三相及中性点n相连接，无负荷时悬空。

7.如权利要求1所述的基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统，其特征是，短路开关模块采用单刀双掷拨动开关或继电器，用于模拟配电线路的短路故障。

8.如权利要求1所述的基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统，其特征是，电压电流采样点设置在第一三相配电线路模块的前面，或设置在第一三相配电线路模块和第二三相配电线路模块之间，或设置在第二三相配电线路模块的后面。

9.如权利要求1所述的基于PCB板的中性点不接地配电网物理模拟系统，其特征是，电压互感器采用毫安级精密电压互感器SPT204A，电流互感器采用5A精密电流互感器SCT254AK。