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【摘 要】根据零值电压并网原理，对1T1—600V交流电压表创新改装制作成并网表。画出了并网表的原理图，阐述了工作原理，介绍了对1T1—600V交流電压改装方法和制作方法，给出了并网表实物图片。并网表生产制作简单，取材容易、成本低，适合各电器生产厂家生产。
【关键词】零值电压;同期;非同期;改装;并网表
0.引言
目前，小型低压水电站、太阳能发电站、燃气发电站等各类低压发电机组发电并网时，绝大部分是靠肉眼观看仪表情况来判断是否符合并网条件，然后手动合闸并网，往往合闸并网时，已经错过同期时刻，造成事故。现有的并网装置成本高，线路及接线复杂，如果安装在这些小型低压发电机组上不经济，也不现实。这些小型低压发电站很需要成本低、线路及接线安装简单、安全、可靠，可直接安装在发电机屏上使用的并网仪表。本文针对小型低压发电站这样的特点，介绍推荐生产制作并网表，将各类小型低压发电站手动合闸并网改为自动合闸并网，消除手动并网的紧张压力情绪和手动并网发生的事故。
1.电压表的改装
1.1外部改造
（1）1T1—600V电压表的外形尺寸：160mm×160mm，安装开孔尺寸：150mm×150mm，可以安装在发电机屏上。在表的背面本身有2个接线柱，再装3个接线柱，一共5个接线柱，分别为X1、X2、X3、X4、X5。X1和X2分别接电网侧A（或B、C）相和发电机侧A（或B、C）相， X3、X4为并网信号输出端(继电器常开触点输出端)，X5接零线。如图2。
（2）在1T1—600V电压表的表盘上装2个发光二极管，其中一个为非同期（表盘上简称非期）指示灯，另一个为同期指示灯。如图1。
1.2内部改造
将电压表的分压线圈去掉，用一个相同阻3W～5W的线绕电阻或金属膜电阻R代替，加装一个由电子元器件及电路板组成的控制组件，该组件集成度高、体积小，是改造的核心部件，电路如图2。控制组件能自动检测同期信号，当发电机电压与电网电压同期时，由接线柱X3、X4输出并网信号。改装后的电压表即为并网表，图1为并网表正面外形实物图。
2.工作原理
2.1原理图
图2为并网表电路原理图。
2.2工作原理[1][2]
图2中，接线柱X1接电网侧A相，X2接发电机侧A，X5接零线，X3、X4为继电器常开触点。发电机开始发电。
图1 并网表
2.2.1发电机与电网非同期
（1）发电机电压U与电网电压U不相等时，产生的电压差?茳U=U-U＞U10%，虽然频率差?茳f、相角差?茳θ满足条件时，但表针始终不回到0位。
（2）发电机电压频率f与电网电压频率f不相等，产生的频率差?茳f=f-f＞f(0.2～0.5)%＝0.1Hz～0.25Hz，虽然电压差?茳U、相角差?茳θ满足条件时，但表针摆动频率很快。
（3）发电机电压相角θ与电网电压相角θ不相等，产生的相角差?茳θ=θ-θ＞10°，因相角差?茳θ＞10°，而产生一个相角电压差?茳U，虽然电压差、频率差满足条件时，但表针始终不回到0位。
上面这三种情况表示发电机电压与电网电压不同期，继电器J不工作，接线柱X3、X4两端无信号输出。
图2 并网表电路原理图
2.2.2发电机与电网同期条件
（1）发电机电压（U）与电网电压（U）接近相等，误差不超过（5～10）%。
（2）发电机电压频率（f）与电网电压频率（f）接近相等，误差不超过（0.2～0.5）%。
（3）发电机电压相角（θ）与电网电压相角（θ）差 接近为0，应小于或等于10°。
经计算因相角差?茳θ≤10°产生的电压误差：
380v（线电压）、220v（相电压）、电压误差?茳U=38.3v,取36v。
420v（线电压）、240v（相电压）、电压误差?茳U=41.4v,取40v。
450v（线电压）、260v（相电压）、电压误差?茳U=45v,取43v。
经计算当频率差?茳f=f-f≤f（0.2～0.5）%时，?茳t≥0.52～0.21秒，取?茳t≥0.3秒。
即：发电机电压与电网电压相角电压误差?茳U≤36v（或40v、43v）的持续时间?茳t≥0.3秒，就满足同期并网条件，此时，零值电压（或称电压值为0、电压表置0），接线柱X3、X4内部的常开触点闭合，输出合闸并网信号。
2.2.3并网表电路的工作过程
（1）在发电机电压未发出来时，-=?茳U＞36v,V1饱和导通，可控硅SCR被触发导通，接通LM339、LM358等的电源，因U＞U,LM339的输出端1、2、14、13为0，V2截止，非期指示灯D5发光，表示非同期状态，继电器J不动作，X3、X4无并网信号输出。
（2）调节发电机的励磁电压和转速，使-=?茳U≤36v,V1截止，U=0，U （3）当在?茳t＜0.3秒时间内，突然?茳U＞36v，V1又饱和导通，1、2脚立即为0，2脚把充了一些电的C1下拉置为初始0状态。14、13脚任然为0，V2还是处于截止状态。
（4）当?茳U≤36v的持续时间?茳t≥0.3秒时，表示发电机电压与电网电压同期。此时，LM339的1、14脚内部断开，11脚电压U>U，13脚内部截止，V2饱和导通，继电器J动作，经X3、X5输出并网信号，同时，非期指示灯D5灭，同期指示灯D6发光。
（5）C2的作用是当发电机电压与电网电压同期时，V2饱和导通一下，让继电器J动作一下又复原。C3的作用是抗干扰和电路刚通电时使V2滞后于LM339。C2的容量较大，C3容量较小。运放LM358也可以用LM324代替，只是管脚稍加改变即可。 3.控制组件制作
3.1主要元件的取值[3][4]
3.1.1 R5、R11、R13、和R6、R12的取值
V1饱和导通时，可控硅SCR可靠触发导通，同时，V1发射极电压 U＞U（U为R6、R12分压，在R12上得到的基准电压）。
3.1.2 R7、R8、C1用的取值
用公式C1=计算取值。
其中?茳t=0.3秒,U=12v,U(t)=U
3.1.3 R9、R14的取值
在1、14脚内部断开时，R9、R14分压，在R14上的电压U＞U。
3.2调试
3.2.1电压误差?茳U的调试
变压器B与X1断开后接入220v电压，X1、X2接入调压器，调节输入电压等于36v（或40v、43v），调整R2,使V1截止，调节输入电压大于36v（或40v、43v），使V1饱和导通。R1、R2、R3、的取值要遵循这个原则，选取R1时要注意在U与U相角为180o时，R1的消耗功率较大。确定后可以将R2安装在表壳正面，便于适应各类电站的要求。
3.2.2 时间?茳t的调试
用电子秒表接入A点和B点，调节R8,使V1截止到V2饱和导通的时间?茳t=0.3秒。
3.3封装
元器件采用片式元器件， D1～D4、D7～D10可采用整流桥，变压器B可采用平面变压器或电子变压器，便于缩小体积塑封，封装成一个模块安装在1T1—600V电压表内。
4.接线图及并网操作过程
因各小型水电站低压机组并网用的断路器不同，并网接线图也有所不同。如图3、图4所示。
4.1断路器有合闸线圈的接线图[5]
如图3所示，继电器常开触点经接线柱X3、X4引出，并接在断路器合闸按钮两端。SB为扭子开关（或转换开关），可装在发电屏上。
图3 接线图
4.2 断路器无合闸线圈的接线图[6][7]
如图4所示，断路器（或自动空气开关）无合闸线圈，所以要增加一个交流接触器KM为并网辅助开关，其主触头并接在断路器QF开关主触头两端， SB为扭子开关（或转换开关），可装在发电屏上。
接线柱X1、X3用跳线连接，KM的常开触点与QF常闭触点串联后并接在接线柱X4和电网的A相上，起着避免误操作的作用。
图 4 接线图
KM的大小选择[1]。
根据I=?茳U∕X公式计算，选择交流触器，公式中：
I：为冲击电流的交流分量的标么值，是冲击电流的交流分量与额定电流的倍数。
?茳U：为?茳U的标么值，是?茳U与额定电压的倍数。
X：为发电机定子漏电抗的标么值，约为0.11～0.148
选择交流接触器线圈电压380v，触头额定电流如表1所示。
表1 接触器触头额定电流表
4.3并网操作过程
4.3.1断路器有合闸线圈的操作
如图3，合上QS，开水发电，电压升起来后合上SB，并网表开始工作，表针开始摆动，调节水量、励磁，当发电机与电网电压满足并网条件时，并网表输出端X3、X4输出并网信号，断路器合闸并网，再断开SB，并网表推出工作，开足水量发电。
4.3.2断路器无合闸线圈的操作
如图4，合上QS，开水发电，电压升起来后合上SB，并网表开始工作，表针开始摆动，调节水量、励磁，当发电机与电网电压满足并网条件时，并网表输出端X3、X4输出并网信号，交流接触器KM线圈通电工作，三个主触头闭合并网，交流接触器的常开辅助触点闭合自保磁。合上QF，再断开SB，并网表和交流接触器退出工作，开足水量发电。
5.结论
上述应用零置电压原理将电压表1T1-600v改装成并网表，在实际的使用中效果很好。并网表电路简单，成本低，生产制作容易，工作可靠。不仅适合小水电站低压机组的并网，也适合太阳能、沼气能、风能、燃机、汽机等小型低压发电机组的发电并网。
【参考文献】
［１］《最新统一编写小水电站培训教材暨岗位必备指南》编写组.水电站电气设备运行与维修.北京：中國水利水电出版社，2006.
［２］李火元.电力系统继电保护及自动装置[M].中国电力出版社2004.11.
［３］兰吉昌.运算放大器集成电路手册[M].化学工业出版社，2006.8.
［４］李瀚荪.电路分析基础.中册.2版，北京：高等教育出版社，1983.
［５］许建安.水电站自动化技术[M].中国水利水电出版社，2006.1.
［６］李英姿.低压电器应用技术.北京：机械工业出版社，2009.
［７］黎文安.电气设备手册.北京：中国水利水电出版社，2007.
【关键词】零值电压;同期;非同期;改装;并网表
0.引言
目前，小型低压水电站、太阳能发电站、燃气发电站等各类低压发电机组发电并网时，绝大部分是靠肉眼观看仪表情况来判断是否符合并网条件，然后手动合闸并网，往往合闸并网时，已经错过同期时刻，造成事故。现有的并网装置成本高，线路及接线复杂，如果安装在这些小型低压发电机组上不经济，也不现实。这些小型低压发电站很需要成本低、线路及接线安装简单、安全、可靠，可直接安装在发电机屏上使用的并网仪表。本文针对小型低压发电站这样的特点，介绍推荐生产制作并网表，将各类小型低压发电站手动合闸并网改为自动合闸并网，消除手动并网的紧张压力情绪和手动并网发生的事故。
1.电压表的改装
1.1外部改造
（1）1T1—600V电压表的外形尺寸：160mm×160mm，安装开孔尺寸：150mm×150mm，可以安装在发电机屏上。在表的背面本身有2个接线柱，再装3个接线柱，一共5个接线柱，分别为X1、X2、X3、X4、X5。X1和X2分别接电网侧A（或B、C）相和发电机侧A（或B、C）相， X3、X4为并网信号输出端(继电器常开触点输出端)，X5接零线。如图2。
（2）在1T1—600V电压表的表盘上装2个发光二极管，其中一个为非同期（表盘上简称非期）指示灯，另一个为同期指示灯。如图1。
1.2内部改造
将电压表的分压线圈去掉，用一个相同阻3W～5W的线绕电阻或金属膜电阻R代替，加装一个由电子元器件及电路板组成的控制组件，该组件集成度高、体积小，是改造的核心部件，电路如图2。控制组件能自动检测同期信号，当发电机电压与电网电压同期时，由接线柱X3、X4输出并网信号。改装后的电压表即为并网表，图1为并网表正面外形实物图。
2.工作原理
2.1原理图
图2为并网表电路原理图。
2.2工作原理[1][2]
图2中，接线柱X1接电网侧A相，X2接发电机侧A，X5接零线，X3、X4为继电器常开触点。发电机开始发电。
图1 并网表
2.2.1发电机与电网非同期
（1）发电机电压U与电网电压U不相等时，产生的电压差?茳U=U-U＞U10%，虽然频率差?茳f、相角差?茳θ满足条件时，但表针始终不回到0位。
（2）发电机电压频率f与电网电压频率f不相等，产生的频率差?茳f=f-f＞f(0.2～0.5)%＝0.1Hz～0.25Hz，虽然电压差?茳U、相角差?茳θ满足条件时，但表针摆动频率很快。
（3）发电机电压相角θ与电网电压相角θ不相等，产生的相角差?茳θ=θ-θ＞10°，因相角差?茳θ＞10°，而产生一个相角电压差?茳U，虽然电压差、频率差满足条件时，但表针始终不回到0位。
上面这三种情况表示发电机电压与电网电压不同期，继电器J不工作，接线柱X3、X4两端无信号输出。
图2 并网表电路原理图
2.2.2发电机与电网同期条件
（1）发电机电压（U）与电网电压（U）接近相等，误差不超过（5～10）%。
（2）发电机电压频率（f）与电网电压频率（f）接近相等，误差不超过（0.2～0.5）%。
（3）发电机电压相角（θ）与电网电压相角（θ）差 接近为0，应小于或等于10°。
经计算因相角差?茳θ≤10°产生的电压误差：
380v（线电压）、220v（相电压）、电压误差?茳U=38.3v,取36v。
420v（线电压）、240v（相电压）、电压误差?茳U=41.4v,取40v。
450v（线电压）、260v（相电压）、电压误差?茳U=45v,取43v。
经计算当频率差?茳f=f-f≤f（0.2～0.5）%时，?茳t≥0.52～0.21秒，取?茳t≥0.3秒。
即：发电机电压与电网电压相角电压误差?茳U≤36v（或40v、43v）的持续时间?茳t≥0.3秒，就满足同期并网条件，此时，零值电压（或称电压值为0、电压表置0），接线柱X3、X4内部的常开触点闭合，输出合闸并网信号。
2.2.3并网表电路的工作过程
（1）在发电机电压未发出来时，-=?茳U＞36v,V1饱和导通，可控硅SCR被触发导通，接通LM339、LM358等的电源，因U＞U,LM339的输出端1、2、14、13为0，V2截止，非期指示灯D5发光，表示非同期状态，继电器J不动作，X3、X4无并网信号输出。
（2）调节发电机的励磁电压和转速，使-=?茳U≤36v,V1截止，U=0，U
（4）当?茳U≤36v的持续时间?茳t≥0.3秒时，表示发电机电压与电网电压同期。此时，LM339的1、14脚内部断开，11脚电压U>U，13脚内部截止，V2饱和导通，继电器J动作，经X3、X5输出并网信号，同时，非期指示灯D5灭，同期指示灯D6发光。
（5）C2的作用是当发电机电压与电网电压同期时，V2饱和导通一下，让继电器J动作一下又复原。C3的作用是抗干扰和电路刚通电时使V2滞后于LM339。C2的容量较大，C3容量较小。运放LM358也可以用LM324代替，只是管脚稍加改变即可。 3.控制组件制作
3.1主要元件的取值[3][4]
3.1.1 R5、R11、R13、和R6、R12的取值
V1饱和导通时，可控硅SCR可靠触发导通，同时，V1发射极电压 U＞U（U为R6、R12分压，在R12上得到的基准电压）。
3.1.2 R7、R8、C1用的取值
用公式C1=计算取值。
其中?茳t=0.3秒,U=12v,U(t)=U
3.1.3 R9、R14的取值
在1、14脚内部断开时，R9、R14分压，在R14上的电压U＞U。
3.2调试
3.2.1电压误差?茳U的调试
变压器B与X1断开后接入220v电压，X1、X2接入调压器，调节输入电压等于36v（或40v、43v），调整R2,使V1截止，调节输入电压大于36v（或40v、43v），使V1饱和导通。R1、R2、R3、的取值要遵循这个原则，选取R1时要注意在U与U相角为180o时，R1的消耗功率较大。确定后可以将R2安装在表壳正面，便于适应各类电站的要求。
3.2.2 时间?茳t的调试
用电子秒表接入A点和B点，调节R8,使V1截止到V2饱和导通的时间?茳t=0.3秒。
3.3封装
元器件采用片式元器件， D1～D4、D7～D10可采用整流桥，变压器B可采用平面变压器或电子变压器，便于缩小体积塑封，封装成一个模块安装在1T1—600V电压表内。
4.接线图及并网操作过程
因各小型水电站低压机组并网用的断路器不同，并网接线图也有所不同。如图3、图4所示。
4.1断路器有合闸线圈的接线图[5]
如图3所示，继电器常开触点经接线柱X3、X4引出，并接在断路器合闸按钮两端。SB为扭子开关（或转换开关），可装在发电屏上。
图3 接线图
4.2 断路器无合闸线圈的接线图[6][7]
如图4所示，断路器（或自动空气开关）无合闸线圈，所以要增加一个交流接触器KM为并网辅助开关，其主触头并接在断路器QF开关主触头两端， SB为扭子开关（或转换开关），可装在发电屏上。
接线柱X1、X3用跳线连接，KM的常开触点与QF常闭触点串联后并接在接线柱X4和电网的A相上，起着避免误操作的作用。
图 4 接线图
KM的大小选择[1]。
根据I=?茳U∕X公式计算，选择交流触器，公式中：
I：为冲击电流的交流分量的标么值，是冲击电流的交流分量与额定电流的倍数。
?茳U：为?茳U的标么值，是?茳U与额定电压的倍数。
X：为发电机定子漏电抗的标么值，约为0.11～0.148
选择交流接触器线圈电压380v，触头额定电流如表1所示。
表1 接触器触头额定电流表
4.3并网操作过程
4.3.1断路器有合闸线圈的操作
如图3，合上QS，开水发电，电压升起来后合上SB，并网表开始工作，表针开始摆动，调节水量、励磁，当发电机与电网电压满足并网条件时，并网表输出端X3、X4输出并网信号，断路器合闸并网，再断开SB，并网表推出工作，开足水量发电。
4.3.2断路器无合闸线圈的操作
如图4，合上QS，开水发电，电压升起来后合上SB，并网表开始工作，表针开始摆动，调节水量、励磁，当发电机与电网电压满足并网条件时，并网表输出端X3、X4输出并网信号，交流接触器KM线圈通电工作，三个主触头闭合并网，交流接触器的常开辅助触点闭合自保磁。合上QF，再断开SB，并网表和交流接触器退出工作，开足水量发电。
5.结论
上述应用零置电压原理将电压表1T1-600v改装成并网表，在实际的使用中效果很好。并网表电路简单，成本低，生产制作容易，工作可靠。不仅适合小水电站低压机组的并网，也适合太阳能、沼气能、风能、燃机、汽机等小型低压发电机组的发电并网。
【参考文献】
［１］《最新统一编写小水电站培训教材暨岗位必备指南》编写组.水电站电气设备运行与维修.北京：中國水利水电出版社，2006.
［２］李火元.电力系统继电保护及自动装置[M].中国电力出版社2004.11.
［３］兰吉昌.运算放大器集成电路手册[M].化学工业出版社，2006.8.
［４］李瀚荪.电路分析基础.中册.2版，北京：高等教育出版社，1983.
［５］许建安.水电站自动化技术[M].中国水利水电出版社，2006.1.
［６］李英姿.低压电器应用技术.北京：机械工业出版社，2009.
［７］黎文安.电气设备手册.北京：中国水利水电出版社，2007.