環網柜是一組將高壓開關設備裝在鋼板金屬柜體內或拼裝間隔式環網供電單元的電氣設備，其核心部件是斷路器、負荷開關和熔斷器。環網柜用于分合負荷電流、開斷短路電流及變壓器空載電流，一定距離架空線路、電纜線路的充電電流，起控制和保護作用，是環網供電和終端供電的重要開關設備。在現代智能電網中，環網柜作為配電網的智能終端成為智能電網建設的重要內容，而智能環網柜的研究技術也引起了專業人士的重視。

受電力系統結構規模、設備體積、重量和運行場合的限制，很多針對系統及其設備的試驗調試和研究需要離線仿真研究。實際應用中的環網柜集中在變電站、工廠、住宅小區和負荷中心配電站等，很難對其進行試驗調試和模擬操作。本文開發了一種便攜式的開閉所離線仿真模擬裝置，便于實驗室或培訓時調試試驗及其仿真。

基于環網柜的基本電氣過程，通過繼電器及電子器件，應用單片機控制和上位機傳輸控制協議（transmission control protocol, TCP）通信完成了環網柜的模擬控制，以供相關從業人員進行模擬學習和演示。采用繼電器模擬環網柜的開關，利用相應的輔助觸點和按鈕模擬電氣五防，同時，編制相應的控制軟件，利用無線網絡通信傳遞控制指令，實現環網柜的手動、電動、遠程、就近的控制操作，并能記錄環網柜的操作，顯示、輸出、打印環網柜的操作記錄。

圖1 環網柜基本電氣單元

中壓饋線的進線裝有負荷隔離開關，通過一個斷路器把變壓器接到環網系統上，既能保護變壓器，又能隔離故障變壓器，使環網不致斷開。目前應用的環網柜都是在基本接線單元的基礎上改進、擴展而成的。

本文基于實際環網柜的電氣原理，通過繼電器模擬環網柜開關，通過轉換開關及其輔助觸點模擬接地刀閘、隔離刀閘的分合；設計電氣五防閉鎖回路并采用單片機控制實現五防功能及調試、顯示、記錄和打印功能；通過上位機代碼融合WiFi模塊設計實現“三遙”功能。最后標準化定義端口，以備后續擴展，并進行模擬器便攜式設計優化。

在該環網柜模擬裝置中，進線端設置有斷路器模擬開關和三工位負荷開關。進線柜斷路器模擬開關控制電路如圖2所示。5V直流繼電器模擬進線斷路器，繼電器線圈采用電子晶體管放大驅動；單片機識讀雙工位開關信號后，快速做出控制響應，其輸出信號至繼電器端控制繼電器（開關）動作。

開關的狀態通過LED燈顯示。如圖2中所示，LED1（綠燈）燈點亮，表示斷路器分閘，LED2（紅燈）燈點亮，表示斷路器合閘。正常工作時，應先負荷開關再合斷路器，若操作不當，則激活報警裝置。

圖2 進線斷路器模擬

負荷開關與接地刀閘電路如圖3所示。2個5V直流繼電器分別模擬負荷開關與接地刀閘，其控制原理與進線斷路器相似，控制電路中采用三工位開關，控制兩個繼電器模擬負荷開關合閘/接地刀閘合閘/刀閘置空三工位的切換，三工位開關狀態由紅綠黃三組顏色的LED燈顯示。

如圖3所示，LED3（紅燈）亮起表示三工位開關處于負荷開關合閘位置，單片機控制繼電器1動作。LED4（綠燈）亮起表示三工位開關處于負荷開關分閘位置，此時繼電器1和繼電器2都不動作。LED5（黃燈）亮起表示三工位開關處于接地刀閘合閘位置，此時繼電器2處于動作狀態。

繼電器1公共端可與斷路器連接或者與母線連接，以形成供電回路。繼電器2公共端與單片機端口（隔間控制）連接，用一組紅綠LED表示隔間開關狀態，LED6（綠）亮起表示隔間關閉狀態。當按下隔間模擬開關，若接地刀閘處于合閘位置，則LED7（紅）亮起，表示隔間可打開，否則單片機激活報警裝置。

圖3 進線隔離開關與接地刀閘模擬

在該環網柜模擬裝置中，出線端設置有三工位負荷開關。出線負荷開關的邏輯模擬跟進線方式基本一致。