史鵬博，李 蕊，陸翔宇，遲 源，李雪城，韓冬軍

(1.國網(wǎng)北京市電力科學(xué)研究院，北京 100045；2.煙臺東方威思頓電氣有限公司，山東煙臺 264003)

0 引言

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)在世界各國興起，智能電能表作為智能電網(wǎng)的終端，在世界各國得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，智能電能表計量的準(zhǔn)確性、可靠性依然是人們關(guān)注的焦點，它直接影響發(fā)電企業(yè)、供電企業(yè)和用電客戶的經(jīng)濟(jì)利益，在智能電能表質(zhì)量管控中，推力測試是一個非常重要的全性能試驗項目。

根據(jù)國網(wǎng)單相智能電能表型式規(guī)范Q/GDW 1355-2013 8.5條規(guī)定：電壓、電流接線端子在受到軸向60 N的壓力時，接線端子不應(yīng)松動和位移；輔助接線端子在受到軸向10 N的壓力時，接線端子不應(yīng)松動和位移。力的大小誤差為-10%～0。

單相電表、三相電表及計量自動化終端接線端子受力后變形或彎曲程度必須符合國家和行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[1-2]?，F(xiàn)有的推力測試是通過人工手動加載并通過肉眼觀察形變情況的方式完成，操作繁瑣，測量精度低，效率低下，無法滿足現(xiàn)有工業(yè)化測試需求[3-4]。因此，設(shè)計一種全自動電表推力測試裝置，測試接線端子受力后形變程度，測試結(jié)果通過程控界面進(jìn)行顯示。

全自動電表推力測試裝置主要可以完成單相電子式費控電能表、直接接入式三相費控智能電能表、經(jīng)互感器接入式三相費控智能電能表以及計量自動化終端4種裝置的接線端子受力測試功能。推力測試裝置的研發(fā)具有較高的研究和實際應(yīng)用價值。

1 推力測試裝置設(shè)計

全自動電表推力測試裝置主要包括測試裝置臺體和測試觸摸屏2部分。測試裝置臺體支架部分主要包括支架前大板和支架后大板2部分，前大板上設(shè)有3個導(dǎo)軌，后大板上設(shè)有電表夾具，后大板位置高于前大板，其示意圖如圖1所示[5-6]。

圖1 測試裝置結(jié)構(gòu)圖

測試裝置后大板上設(shè)有第一導(dǎo)軌、第二導(dǎo)軌和第三導(dǎo)軌，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 測試裝置導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)圖

全自動電表推力測試裝置采用X、Y、Z、Z4組絲杠的運(yùn)動方式，其中Z、Z絲杠是檢測不同接線端子的推力。檢測裝置工作時，人工放置電表到專用夾具上，單相表放在單相表夾具上，三相表放在三相表夾具上，如圖3所示。到位后，進(jìn)行接線端子受力檢測，檢測完畢后，人工取下單相電能表或三相電能表。

全自動電表推力測試裝置的Z軸滑臺上安裝有與程控界面相連接的攝像頭，攝像頭鏡頭朝向下方。在測試前，程控界面控制X軸移動組件和Y軸移動組件動作，同時程控界面能夠通過分析攝像頭拍攝到的圖像識別出被測電表測試裝置的起始接線端子的位置，完成自動測試前的起始位置標(biāo)定，自動化程度高[7]。

(a)單相表夾具

(b)三相表夾具圖3 電表夾具結(jié)構(gòu)圖

測試裝置Z軸加載組件包括軸本體、通過軸承安裝在軸本體上的絲杠、輸出軸與Z軸絲杠相連接的伺服電機(jī)、與絲杠相配合的螺母以及與螺母相連接的滑臺。Z軸本體上還安裝有與滑臺相配合的導(dǎo)軌，滑臺上安裝有與被測電表測試裝置接線端子相配合的加載頭，加載頭上安裝有壓力傳感器。Z軸伺服電機(jī)通過伺服驅(qū)動器與檢測系統(tǒng)程控界面相連接。

檢測時，程控界面控制X軸移動組件和Y軸移動組件動作，使得加載頭位于接線端子的正上方，Z軸加載組件動作完成加載頭對接線端子的施力。施力時通過壓力傳感器檢測被測電表測試裝置接線端子受到的推力是否達(dá)到設(shè)定值。同時程控界面監(jiān)測伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動情況，從而計算出接線端子的形變值。加力組件在程控界面的控制下依次完成對被測電表測試裝置各接線端子的推力測試。

全自動電表測試裝置推力測試裝置還安裝有與程控界面相連接的安全光柵，安全光柵包括成對安裝的發(fā)射端和接收端，發(fā)射端和接收端分別安裝在操作腔的前方開口處的左側(cè)和右側(cè)，能夠防止加力組件運(yùn)動到操作腔之外對工作人員造成傷害，具有較好的安全性。

全自動電表推力測試裝置電源標(biāo)準(zhǔn)為AC220±5%/50 Hz，使用溫度范圍為5～40 ℃，使用相對濕度范圍為90%，壓力傳感器的輸出力誤差為±1%，重復(fù)定位精度為±0.01 mm。

2 測試裝置程控界面設(shè)計

通過電表推力測試裝置用戶控制界面，可以完成單相電子式費控電能表、直接接入式三相費控智能電能表、經(jīng)互感器接入式三相費控智能電能表、計量自動化終端4種不同電表裝置的接線端子受力測試功能。單相電子式費控電能表界面如圖4所示，其他類型電表檢測界面與之類似。

圖4 單相電子式電能表用戶界面

測試裝置能夠產(chǎn)生10 N和60 N的2種標(biāo)準(zhǔn)推力。按下“開始”按鈕，檢測裝置將依次測試每個點。

電表裝置接線端子受力測試前，可對其進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，參數(shù)及測試位置參數(shù)一般只提供給生產(chǎn)廠家維護(hù)人員使用。計量自動化終端接線端子受力的參數(shù)設(shè)置及位置校準(zhǔn)界面如圖5所示。

圖5 參數(shù)設(shè)置及位置校準(zhǔn)界面

保壓時間指測試時在每個端子上保持壓力的時間，默認(rèn)保壓時間為5 s，可按照測試要求進(jìn)行設(shè)置[8]?？倷z測點數(shù)指該電表最后一個檢測端子的序號。推力選擇可以選擇“推力1～10 N”或“推力2～60 N”。X、Y軸位置是指當(dāng)前檢測點的水平方向位置數(shù)據(jù)。

單擊“數(shù)據(jù)編輯”按鈕可切換至電能表的測試位置數(shù)據(jù)界面，圖6給出了計量自動化終端類型的檢測位置數(shù)據(jù)。其他類型電能表檢測界面與之類似。

圖6 電能表位置檢測數(shù)據(jù)界面

在測試位置數(shù)據(jù)界面中可直接設(shè)置各測試位置參數(shù)。按“調(diào)用1”—“調(diào)用4”可將4種類型電表的檢測位置數(shù)據(jù)調(diào)用到當(dāng)前數(shù)據(jù)表中，對于計量自動化終端類型則應(yīng)單擊對應(yīng)的“調(diào)用4”按鈕調(diào)用。按“保存1”—“保存4”可將當(dāng)前數(shù)據(jù)保存到相應(yīng)的電能表類型中。如果某個點不使用時，則將其X、Y、Z軸數(shù)據(jù)全設(shè)定為0。

在測試界面單擊“開始”按鈕，裝置將按事先設(shè)定好的次序測試每個點。檢測完成后顯示檢測結(jié)果，保壓時間內(nèi)，壓力誤差控制在5%，5%以內(nèi)則判斷合格，超過5%則判斷不合格，圖7為單相電子式電能表檢測不合格時的顯示狀態(tài)。

圖7 電能表檢測結(jié)果界面

用戶可以對檢測狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，單擊設(shè)置界面的“監(jiān)控”按鈕，可切換至電能表信號監(jiān)控界面，如圖8所示。

推力1故障代碼與推力2故障代碼可觀察SMC電動滑臺出現(xiàn)故障時的代碼。

圖8 信號監(jiān)控界面

為了增加系統(tǒng)的安全可靠性，在裝置運(yùn)行過程中如果遮住了安全光柵[9]，則檢測設(shè)備立即停止動作，并進(jìn)行提示，如圖9所示。

全自動推拉力測試裝置

圖9 安全提示信息

3 檢測系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行

全自動電表測試裝置推力測試裝置電源線接AC 220 V，50 Hz，電源指示燈亮，將待測電表放在夾具內(nèi)，通過程控用戶界面選擇待檢測電表的品種[10-11]。

設(shè)置必要的參數(shù)，啟動檢測，設(shè)備進(jìn)入自動運(yùn)行狀態(tài)。確認(rèn)檢測結(jié)果，結(jié)束后換另一個電表按啟動鍵繼續(xù)測試。

測試裝置實物圖如圖10所示。測試裝置導(dǎo)軌實物圖如圖11所示。

圖10 測試裝置實物圖

圖11 測試裝置導(dǎo)軌實物圖

當(dāng)按下“單相電子式費控電能表”時會出現(xiàn)單相電子式費控智能電能表參數(shù)畫面，其中畫面中設(shè)有電表型號、標(biāo)準(zhǔn)推力1為10 N，標(biāo)準(zhǔn)推力2為60 N，實時推力1為0 N,實時推力2為0 N， 進(jìn)行測試，按下“開始”按鈕，檢測裝置將按照事先設(shè)定好的次序測試每個點，按照標(biāo)準(zhǔn)端子號1-4施加60 N的推力，端子號5-12施加10 N的推力。機(jī)器運(yùn)行過程中按“停止”按鈕，則設(shè)備處于暫停狀態(tài)，運(yùn)動部分將回到原點，按“開始”按鈕，則設(shè)備繼續(xù)工作。

電表檢測完成后將會出現(xiàn) “本次檢測合格”、“測試已完成”、“請更換電表”的檢測完成提示，若檢測合格，只要更換電表后再按開始按鈕進(jìn)行下一支電表的檢測。若電表檢測完成后報警描述處出現(xiàn) “本次檢測不合格”、“測試已完成”、“請更換電表”的提示，則可通過按下“詳情”按鈕查看具體不合格的點，更換電表后進(jìn)行下一支電表的檢測。可通過單擊“詳情”按鈕查看檢測不合格點的序號，如圖12所示。

圖12 不合格端子顯示界面

檢測不合格端子顯示界面列出了檢測不合格點的序號，如圖中的“3”和“2”表示第3個點和第2個點檢測不合格。傳感器檢測到力的大小如表1所示，力的大小誤差應(yīng)控制在-5%以內(nèi)，否則判斷不合格。

表1 檢測結(jié)果 N

檢測設(shè)備運(yùn)行過程中，如果遮住了安全光柵，則設(shè)備立即停止動作，按下開始按鈕，則機(jī)器繼續(xù)工作。

4 結(jié)束語

針對目前電表及計量自動化終端的接線端子受力后變形或彎曲程度測試技術(shù)研究的欠缺，設(shè)計一種全自動電表接線端子推力測試裝置。實現(xiàn)單相電表、三相電表及計量自動化終端的接線端子受力變形或彎曲程度的檢測，并判斷是否符合國家和行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。測試裝置技術(shù)的研究，實現(xiàn)了對電能表接線端子的智能檢測，切實提升了檢測效率及檢測精度。