电能计量柜信号输入控制系统和电能计量柜接线教学装置

技术领域

本申请涉及电网检测技术领域，尤其涉及电能计量柜信号输入控制系统和电能计量柜接线教学装置。

背景技术

用电计量装置是计量电能的所有电气设备、电气部分及机械结构体的组合的通称。电能计量柜是用电计量装置的一种，是指专用柜型式的用电计量装置。

在电能计量柜中，需要应用到三相三线和三相四线接线。三相三线、三相四线错误接线是计量运维人员需要掌握的核心技能，由于错误接线类型繁多达上百种，因此对该项技能进行掌握较有难度。

当前，现有的实操培训效果不佳，主要受到以下原因的影响：一是场地的限制，在各地市供电局建有为数不多的实训基地，但运维设备数量有限，单次培训的人数也十分有限，并非所有基层作业人员能够有足够的培训和实际操作时间。二是师资技能水平稂莠不齐，并非每位内训师都能清晰系统地能够讲好错误接线的完整理论和实操知识，因此学员往往学习的不够体系化。

发明内容

本申请提供电能计量柜信号输入控制系统和电能计量柜接线教学装置，以解决现有技术中电能计量柜的接线实操培训不佳的问题。

为解决上述技术问题，本申请提出一种电能计量柜信号输入控制系统，包括电源模块和接线控制模块；电源模块，用于为接线控制模块提供电源；接线控制模块，包括三相四线接线控制电路和/或三相三线接线控制电路，用于根据用户输入的接线情况输出电压信号和电流信号，以使用户能够对电压信号和电流信号进行六角图分析，从而判断接线情况是否正常。

可选地，三相四线接线控制电路包括第一电压电路、第一电流电路和输出端子；第一电压电路和第一电流电路的输入端分别连接电源模块，第一电压电路和第一电流电路的输出端分别连接输出端子；第一电压电路包括依次连接的三相功率放大电路、升压变压器、电压幅值控制电路、电压相序控制电路和电压断相控制电路；第一电流电路包括依次连接的三相功率放大电路、容性感性调节电路、电流幅值控制电路、电流反极性控制电路和电流相序控制电路。

可选地，在第一电压电路中，三相功率放大电路用于将输入电压信号放大，进而驱动升压变压器动作，将电压幅值升高；电压幅值控制电路用于控制电压幅值大小；电压相序控制电路用于控制电压的6种正负相序切换，其中正相序包括ABC、BCA和CAB，逆相序包括CBA、BAC和ACB；电压断相控制电路用于控制三相电压中的任一项断线，最后将电压情况反映在输出端子。

可选地，在第一电流电路中，三相功率放大电路用于将输入电流信号进行放大，进而通过电流幅值控制电路控制电流幅值大小；容性感性调节电路用于变更负荷性质为容性或者感性；电流反极性控制电路用于控制电流是否反向，其中包括三种情况分别是：-A、-B、-C；电流相序控制电路用于控制电流6种正负相序切换，并将电流情况反映在输出端子，其中正相序包括ABC、BCA和CAB，逆相序包括CBA、BAC和ACB。

可选地，三相三线接线控制电路包括第二电压电路、第二电流电路和输出端子；第二电压电路和第二电流电路的输入端分别连接电源模块，第二电压电路和第二电流电路的输出端分别连接输出端子；第二电压电路包括依次连接的AB/CB线电压功率放大电路、升压变压器、电压幅值控制电路和电压相序控制电路；第二电流电路包括依次连接的A/C相功率放大电路、容性感性调节电路、电流幅值控制电路和电流相序/反极性控制电路。

可选地，在第二电压电路中，AB/CB线电压功率放大电路用于将输入电压信号进行放大，进而驱动升压变压器动作，将电压幅值升高；电压幅值控制电路用于控制电压幅值大小；电压相序控制电路用于控制电压的6种正负相序切换，最后将电压情况反映在输出端子，其中正相序包括ABC、BCA和CAB，逆相序包括CBA、BAC和ACB。

可选地，在第二电流电路中，A/C相功率放大电路用于将输入电流信号进行放大，进而通过电流幅值控制电路控制电流幅值大小；容性感性调节电路用于变更负荷性质为容性或者感性；电流相序/反极性控制电路用于控制电流是否反向，同时控制电流6种正负相序切换，并将电流情况反映在输出端子；其中，反向情况包括AC、-AC、A-C、-A-C、CA、-CA、C-A、-C-A；正相序包括ABC、BCA和CAB，逆相序包括CBA、BAC和ACB。

可选地，电源模块用于接收220V的市电或者48V/12V的直流电。

可选地，电源模块包括整流电路和三相逆变电路；220V的市电依次经过整流电路、三相逆变电路后输入接线控制模块；或者，48V/12V的直流电经过三相逆变电路后输入接线控制模块。

为解决上述技术问题，本申请提出一种电能计量柜接线教学装置，包括箱体、控制面板、航空插头、若干连接线以及上述的电能计量柜信号输入控制系统；其中，通过控制面板能够决定电能计量柜信号输入控制系统的接线情况；控制面板包括三相四线电能计量接线控制面板和/或三相三线电能计量接线控制面板。

可选地，三相四线电能控制面板包括电压相序面板、电流相序面板、电压断相面板、电流反极性面板、幅值面板和感性容性面板。

可选地，电压相序面板的按钮包括ABC、BCA、CAB、CBA、BAC和ACB；电流相序面板的按钮包括ABC、BCA、CAB、CBA、BAC和ACB；电压断相面板的按钮包括U1、U2和U3；电流反极性的按钮包括I1、I2和I3；幅值面板包括电压幅值旋转钮和电流幅值旋转钮；容性感性面板包括切换按钮，用于表示容性负荷或者感性负荷。

可选地，三相三线电能计量接线控制面板包括电压相序面板、电流相序面板、幅值面板和感性容性面板。

可选地，电压相序面板的按钮包括ABC、BCA、CAB、CBA、BAC和ACB；电流相序面板的按钮包括AC、-AC、A-C、-A-C、CA、-CA、C-A、-C-A；幅值面板包括电压幅值旋转钮和电流幅值旋转钮；容性感性面板包括切换按钮，用于表示容性负荷或者感性负荷。

可选地，控制面板上还设置有若干指示灯，当按下对应的控制按钮时指示灯亮起。

可选地，三相四线的控制线的航空插头为11芯，包括3条电压线、6条电流线、1条接地线和1个参考点；三相三线的控制线航空插头为8芯，包括3条电压线、4条电流线和1个参考点。

本申请提出电能计量柜信号输入控制系统和电能计量柜接线教学装置，包括电源模块和接线控制模块；电源模块，用于为接线控制模块提供电源；接线控制模块，包括三相四线接线控制电路和/或三相三线接线控制电路，用于根据用户输入的接线情况输出电压信号和电流信号，以使用户能够对电压信号和电流信号进行六角图分析，从而判断接线情况是否正常。通过上述方式，本申请能够在现有计量柜上输入控制信号，辅助学员错误接线训练，其移动性、系统性、便携性将大幅提升错误接线的培训效果和效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请电能计量柜信号输入控制系统一实施例的结构示意图；

图2是本申请三相四线接线控制电路的电压相序控制电路一实施例的结构示意图；

图3是本申请三相四线接线控制电路的电流反极性控制电路一实施例的结构示意图；

图4是本申请三相三线接线控制电路的电流反极性控制电路一实施例的结构示意图；

图5是本申请三相三线计量柜正确接线的示意图；

图6是本申请三相四线计量柜正确接线的示意图；

图7是本申请三相三线接线正常一实施例的六角图；

图8是本申请三相四线接线正常一实施例的六角图；

图9是本申请电能计量柜接线教学装置一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请所提供电能计量柜信号输入控制系统和电能计量柜接线教学装置进一步详细描述。

本申请提出一种电能计量柜信号输入控制系统，请参阅图1，图1是本申请电能计量柜信号输入控制系统一实施例的结构示意图。在本实施例中，电能计量柜信号输入控制系统可以包括电源模块110和接线控制模块120。

电源模块110可以用于为接线控制模块120提供电源。接线控制模块120可以包括三相四线接线控制电路和/或三相三线接线控制电路，可以用于根据用户输入的接线情况输出电压信号和电流信号，以使用户能够对电压信号和电流信号进行六角图分析，从而判断接线情况是否正常。

可选地，电源模块110可以用于接收220V的市电或者48V/12V的直流电。具体地，电源模块110可以包括整流电路和三相逆变电路；220V的市电可以依次经过整流电路、三相逆变电路后输入接线控制模块120；或者，48V/12V的直流电可以经过三相逆变电路后输入接线控制模块120。

因此在本实施例中，电能计量柜信号输入控制系统可通过两种电源方式供电，一种是利用220V市电，一种是通过直流电48V/12V。当使用市电时，通过整流电路将交流信号转换为直流信号，进入三相逆变电路，输出三相电压、电流信号。使用直流电时直接进入三相逆变电路，输出三相电压、电流信号。随后分为两种模式，包括三相三线接线控制电路和三相四线接线控制电路。

1)三相四线接线控制电路

继续参阅图1，三相四线接线控制电路可以包括第一电压电路、第一电流电路和输出端子。

第一电压电路和第一电流电路的输入端分别连接电源模块110，第一电压电路和第一电流电路的输出端分别连接输出端子。

第一电压电路可以包括依次连接的三相功率放大电路、升压变压器、电压幅值控制电路、电压相序控制电路和电压断相控制电路。

其中，在第一电压电路，三相功率放大电路可以用于将输入电压信号放大，进而驱动升压变压器动作，将电压幅值升高；电压幅值控制电路可以用于控制电压幅值大小。

电压相序控制电路用于控制电压的6种正负相序切换，其中正相序包括ABC、BCA和CAB，逆相序包括CBA、BAC和ACB。请参阅图2，图2是本申请三相四线接线控制电路的电压相序控制电路一实施例的结构示意图。其中，三相四线接线控制电路的电流相序控制电路、三相三线接线控制电路的电压相序控制电路和三相三线接线控制电路的电流相序控制电路都可参照图2。下述不再重复介绍。

在图2中，123代表ABC其中一个相序，需要注意的是调节开关需要稳定在123、312、231、321、213、132这6种情况，分别对应ABC、BCA、CAB、CBA、BAC、ACB这6种相序。

详细地，三组开关之间进行选择切换，可以得到不同的相序，比如第一组开关接到第一个触头，就去了第一个通道，那么第一个通道输入的是A相电压，如果接到第三个触头，A相电压就从第三个通道输出了。通过组合，总共可以得到6种相序。

电压断相控制电路用于控制三相电压(A，B，C)中的任一项断线，最后将电压情况反映在输出端子。

需要说明的是，三相四线的接线分别对应计量元件的Ua、Ub、Uc，电流为Ia、Ib、Ic。三相三线的接线有两个计量元件，其中一个元件对应的电压、电流信号为Uab、Ia，另一个元件对应的电压、电流信号为Ucb、Ic。三相四线输入的电压信号是相电压，A、B、C三相之间是独立的，断相很清楚。而三相三线输入的电压信号是相间电压，就相当于两个人手拉手，如果断相，就不知道谁的手断了，所以三相三线接线控制电路没有办法设置电压断相控制电路的。

第一电流电路可以包括依次连接的三相功率放大电路、容性感性调节电路、电流幅值控制电路、电流反极性控制电路和电流相序控制电路。

其中，在第一电流电路，三相功率放大电路可以用于将输入电流信号进行放大，进而通过电流幅值控制电路控制电流幅值大小；容性感性调节电路用于变更负荷性质为容性或者感性。

电流反极性控制电路用于控制电流是否反向，其中包括三种情况分别是：-A、-B、-C。请参阅图3，图3是本申请三相四线接线控制电路的电流反极性控制电路一实施例的结构示意图。在图3中，每个开关可上下选择，当开关同时动作时可实现电流极性反向，即上下两个开关都要改变选择接头，可以理解为成对变化。

在本实施例中，可实现6种相序变化：

具体实现也是按照三组开关进行三组路线之间的切换，比如第一个开关选择第1个触头，那么A就排到在第1，第一个开关选择第2个触头，那么A就排到在中间，当第一个开关占了其中的一条道，别的开关就只能选择其他的路线。三个开关分别代表ABC三条信号源，由此选择不同的路线，可以得到6种相序变化，正如在文中有提到，正相序：ABC,BCA,CAB,逆相序：CBA,BAC,ACB，总共6种。

电流相序控制电路用于控制电流6种正负相序切换，并将电流情况反映在输出端子，其中正相序包括ABC、BCA和CAB，逆相序包括CBA、BAC和ACB。

2)三相三线接线控制电路

继续参阅图1，三相三线接线控制电路可以包括第二电压电路、第二电流电路和输出端子。

第二电压电路和第二电流电路的输入端分别连接电源模块110，第二电压电路和第二电流电路的输出端分别连接输出端子。

第二电压电路可以包括依次连接的AB/CB线电压功率放大电路、升压变压器、电压幅值控制电路和电压相序控制电路。

其中，在第二电压电路，AB/CB线电压功率放大电路用于将输入电压信号进行放大，进而驱动升压变压器动作，将电压幅值升高；电压幅值控制电路用于控制电压幅值大小。

电压相序控制电路用于控制电压的6种正负相序切换，最后将电压情况反映在输出端子，其中正相序包括ABC、BCA和CAB，逆相序包括CBA、BAC和ACB。

第二电流电路可以包括依次连接的A/C相功率放大电路、容性感性调节电路、电流幅值控制电路和电流相序/反极性控制电路。

其中，在第二电流电路，A/C相功率放大电路用于将输入电流信号进行放大，进而通过电流幅值控制电路控制电流幅值大小；容性感性调节电路用于变更负荷性质为容性或者感性。

电流相序/反极性控制电路用于控制电流是否反向，同时控制电流6种正负相序切换，并将电流情况反映在输出端子；其中，反向状态包括AC、-AC、A-C、-A-C、CA、-CA、C-A、-C-A；正相序包括ABC、BCA和CAB，逆相序包括CBA、BAC和ACB。

请参阅图4，图4是本申请三相三线接线控制电路的电流反极性控制电路一实施例的结构示意图。在图4中，不同的状态可对应选择不同的对象实现，但限于工程实际中的8种：AC、-AC、A-C、-A-C、CA、-CA、C-A、-C-A。

在本实施例中，可实现8种状态变化：

A+，A-对应于上面四个选择触头，C+，C-对应于下面四个选择触头。图4中A+，A-目前所在的位置对应第1、第2两个输出端子的电流为A相正电流，如果交换A+，A-所选择的触头，那么对应第1、第2两个输出端子的电流为A相负电流，也就是-A。如果A+接到输入的第2个端子，A-接到输入的第4个端子，则从第3个、第4个输出端子输出为A相正电流，此时电流已经实现错相。以关类推，C+，C-的设置选择也是如此。

由于是三相三线，B相电流不接入，由此可以得到AC两相电流之间的组合，8种状态分别为AC、-AC、A-C、-A-C、CA、-CA、C-A、-C-A。

需要说明的是，为了显示区别，图1中三相功率放大电路1和三相功率放大电路2，由于经过三相整流逆变电路后的功率比较低，因此需要先通过功率放大电路把功率放大，以驱动后面的电路或者输出较大的电流信号，

其中，三相功率放大电路1用于控制电压，三相功率放大电路2用于控制电流。类似的，图1中还包括升压变压器1和升压变压器2、容性感性调节电路1和容性感性调节电路2也是相同的标记作用。

请参阅图5-图8，图5是本申请三相三线计量柜正确接线的示意图；图6是本申请三相四线计量柜正确接线的示意图；图7是本申请三相三线接线正常一实施例的六角图；图8是本申请三相四线接线正常一实施例的六角图。

正常情况下，三相三线的接线有两个计量元件，其中一个元件对应的电压、电流信号为Uab、Ia，另一个元件对应的电压、电流信号为Ucb、Ic。三相四线的接线分别对应计量元件的Ua、Ub、Uc，且为顺序排列，电流为Ia、Ib、Ic，电流线均包含有进线出线。

本实施例提出电能计量柜信号输入控制系统，包括电源模块和接线控制模块；电源模块，用于为接线控制模块提供电源；接线控制模块，包括三相四线接线控制电路和/或三相三线接线控制电路，用于根据用户输入的接线情况输出电压信号和电流信号，以使用户能够对电压信号和电流信号进行六角图分析，从而判断接线情况是否正常。通过上述方式，本申请能够在现有计量柜上输入控制信号，辅助学员错误接线训练，其移动性、系统性、便携性将大幅提升错误接线的培训效果和效率。

具体说明，错误接线训练是在计量柜上完成的，主要过程是对计量柜进行信号输入，不同的输入信号在计量仪表以及二次回路的可测点上会有不同的表现，用户是学员，可以通过万用表测量数据，再利用六角图进行分析得出系统的具体接线形式，从而判断系统接线是否正确。本控制系统就是在信号源头进行设置，可以发出不同的信号，供学员测量分析，以提高他们在现场快速查找问题的能力。

基于上述的电能计量柜信号输入控制系统，本申请提出一种电能计量柜接线教学装置，请参阅图9，图9是本申请电能计量柜接线教学装置一实施例的结构示意图。在本实施例中，电能计量柜接线教学装置可以包括箱体910、控制面板920、航空插头930、若干连接线(图未示)以及上述的电能计量柜信号输入控制系统(图未示)。

通过控制面板能够决定电能计量柜信号输入控制系统的接线情况；控制面板可以包括三相四线电能计量接线控制面板和/或三相三线电能计量接线控制面板。

可选地，控制面板可以设置在箱体的正面，航空插头可以设置在箱体的侧面或者背面

1)三相四线电能控制面板

三相四线电能控制面板可以包括电压相序面板、电流相序面板、电压断相面板、电流反极性面板、幅值面板和感性容性面板。

其中，电压相序面板的按钮可以包括ABC、BCA、CAB、CBA、BAC和ACB；电流相序面板的按钮包括ABC、BCA、CAB、CBA、BAC和ACB；电压断相面板的按钮包括U1、U2和U3；电流反极性的按钮包括I1、I2和I3。

幅值面板包括电压幅值旋转钮和电流幅值旋转钮，可以用于调节电压幅值大小和电流幅值大小。其中三相四线电能控制面板的电压幅值的变化范围为22V至220V。

容性感性面板可以包括切换按钮，用于表示容性负荷或者感性负荷。例如，当切换按钮按下状态时，代表此时第一电流电路为容性负荷，当切换按钮非按下状态时，代表此时第一电流电路为感性负荷。

2)三相三线电能控制面板

三相三线电能计量接线控制面板可以包括电压相序面板、电流相序面板、幅值面板和感性容性面板。

其中，电压相序面板的按钮包括ABC、BCA、CAB、CBA、BAC和ACB；电流相序面板的按钮包括AC、-AC、A-C、-A-C、CA、-CA、C-A、-C-A。

幅值面板包括电压幅值旋转钮和电流幅值旋转钮；其中三相三线电能控制面板的电压幅值的变化范围为10V至100V。容性感性面板包括切换按钮，用于表示容性负荷或者感性负荷。

进一步地，控制面板上还可以设置有若干指示灯，当按下对应的控制按钮时指示灯亮起。可选地，控制按钮可以为圆形、方形或其他形状。

航空插头可以设置在箱体的侧面，用于连接控制线。其中，三相四线的控制线的航空插头为11芯，可以包括3条电压线(U

三相三线的控制线航空插头为8芯，可以包括3条电压线(U

上述装置可模拟三相三线48种(6种电压相序，8种电流相序)常见的错误接线方式，加上2种负荷性质的差异，共可模拟三相三线错误接线形式96种；上述装置还可模拟常见的三相四线错误接线54种(6种电压电流相序变化、3种电压变化、3种反极性电流变化)，加上2种负荷性质的差异，共可模拟三相四线错误接线形式108种。

可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。文中所使用的步骤编号也仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。