顧星辰 何慧之 馬 媛 王鈺楠 虞琰文 李 峰

國(guó)網(wǎng)上海市電力公司市南供電公司

0 引言

隨著電力市場(chǎng)化交易的逐步推行，電能計(jì)量的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到貿(mào)易雙方的公平與公正。電能計(jì)量裝置是由各種類型的電能表或與計(jì)量用電壓、電流互感器及其二次回路相連組成的用于計(jì)量電能的裝置，包括電能計(jì)量柜（箱、屏）［1］。聯(lián)合接線盒是電能計(jì)量裝置的輔助設(shè)備，低壓聯(lián)合接線盒的作用是將電流互感器引出的二次線經(jīng)聯(lián)合接線盒接線端的端子串并聯(lián)后再接到電能表的接線端子［2］，它適用于經(jīng)互感器接入式低壓計(jì)量裝置二次回路聯(lián)合接線，可在不停電情況下開(kāi)展電能表輪換、現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)、故障處理、用電檢查等作業(yè)，不但確保了人員安全，而且保障了設(shè)備正常運(yùn)行。聯(lián)合接線盒運(yùn)行的正常與否將直接影響到電能計(jì)量裝置是否安全可靠，甚至影響到計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性［3］。

1 低壓聯(lián)合接線盒概述

低壓聯(lián)合接線盒在低壓計(jì)量裝置二次回路中的應(yīng)用十分廣泛。電流互感器二次回路應(yīng)安裝聯(lián)合接線盒，電流互感器從輸出端子直接接至低壓聯(lián)合接線盒，便于帶電換表和實(shí)負(fù)荷校表。本文查閱DL/T 825《電能計(jì)量裝置安裝接線規(guī)則》，聯(lián)合接線盒結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示［4］。

圖1 聯(lián)合接線盒結(jié)構(gòu)示意圖

接線盒從接線端鈕左右結(jié)構(gòu)排列上來(lái)看，共有7組端子組成，其中電流線路3組，每組3只接線端子，每只端子上下是一個(gè)整體，端子間用連接片進(jìn)行連接或斷開(kāi)。電壓線路4組，每組3只接線端子，它們是一個(gè)整體，上下是斷開(kāi)的，采用連接片或熔絲管進(jìn)行連接或斷開(kāi)。接線盒從接線端鈕上下功能結(jié)構(gòu)來(lái)看，可分上、中、下3個(gè)部分，上端1 W~21 W為出線側(cè)端鈕，分別與電能表或其它二次設(shè)備連接。中間1 V、4 V、7 V為電壓連接片，2 V、3 V、5 V、6 V、8 V、9 V為電流連接片，10 V為零線連接片。下端1 U~13 U為進(jìn)線側(cè)端鈕，與電壓互感器、電流互感器的二次出線側(cè)連接。

2 傳統(tǒng)低壓聯(lián)合接線盒存在的不足

低壓聯(lián)合接線盒是低壓經(jīng)互感器接入式客戶用電計(jì)量和不停電更換計(jì)量裝置的重要裝置，目前廣泛使用的低壓聯(lián)合接線盒在設(shè)計(jì)及應(yīng)用上存在以下幾點(diǎn)不足：

1）電壓回路接線主要依靠熔絲管和金屬片卡扣的形式，熔絲管較易發(fā)生熔斷，金屬片卡扣隨著使用年份的增加和熔絲管的插拔使用，較易發(fā)生松動(dòng)和接觸不良的異常，進(jìn)而導(dǎo)致失壓、欠壓、金屬卡片扣損壞等情況，進(jìn)而產(chǎn)生電量計(jì)量的損失和維護(hù)成本的提高，若聯(lián)合接線盒整體更換，需客戶側(cè)配合停電，因涉及的客戶多為大容量客戶，整體維修維護(hù)困難。

2）電流回路接線主要采用螺釘及金屬連接片形式，電流回路操作煩瑣，接點(diǎn)太多，導(dǎo)致虛接、接觸不良的概率增大，裝、拆連接片擰12顆螺釘需耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，作業(yè)效率低且容易出錯(cuò)，長(zhǎng)期使用也容易因松動(dòng)、銹蝕等原因?qū)е陆佑|不良，出現(xiàn)失流、損壞、少計(jì)量等異常情況。如果因人為疏忽或客觀因素導(dǎo)致電流互感器二次側(cè)開(kāi)路，還會(huì)直接威脅設(shè)備和人員的安全。

3）低壓聯(lián)合接線盒面板表面金屬裸露部分較多，工作人員在頻繁擰螺釘操作連接片的過(guò)程中容易誤碰裸露帶電部位，可能引起相間短路、表箱外殼對(duì)地導(dǎo)電，發(fā)生電弧灼傷或觸電，存在一定的安全隱患。

3 低壓聯(lián)合接線盒改進(jìn)設(shè)計(jì)及創(chuàng)新

針對(duì)上述分析出的低壓聯(lián)合接線盒的缺陷，本文對(duì)接線盒的電壓回路、電流回路、整體電路部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)改進(jìn)，改進(jìn)后的接線盒的外形尺寸、固定位置以及進(jìn)出線位置與現(xiàn)有接線盒保持一致，便于替換安裝，具有普適性。

3.1 改進(jìn)熔絲管的安裝和設(shè)計(jì)

采用熔絲管座安裝熔絲管，具有連接可靠、不易松動(dòng)、拔插安全可靠等特性，本文選用PTF78型焊裝式熔絲管插座（圖2所示）。同時(shí)加裝斷路指示燈，熔絲熔斷時(shí)發(fā)光示警。

圖2 PTF78型熔絲管插座

熔絲管座內(nèi)部采用黃銅卡片，徑向開(kāi)口，有很好的夾持力，連接可靠，不會(huì)松動(dòng)（圖3所示）。

圖3 熔絲管插座內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 改進(jìn)接線盒電流、電壓回路連接方式

采用開(kāi)關(guān)替代原螺釘及金屬連接片構(gòu)成的電流回路連接方式，可根據(jù)需要通過(guò)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行電流回路切換，操作簡(jiǎn)便、不易出錯(cuò)，并且不會(huì)松動(dòng)或銹蝕，能保證電流回路安全可靠連接、切換。本文電流回路開(kāi)關(guān)選用SS-22L11型撥動(dòng)開(kāi)關(guān)（8 A 250 V AC）如圖4所示。

圖4 SS-22L11型撥動(dòng)開(kāi)關(guān)

采用開(kāi)關(guān)替代原熔絲管插拔通斷電壓回路的方式，能保證電壓回路安全可靠連接、斷開(kāi)。本文電壓回路開(kāi)關(guān)選用SS-12J02型撥動(dòng)開(kāi)關(guān)（3 A 250 VAC）如圖5所示。

圖5 SS-12J02型撥動(dòng)開(kāi)關(guān)

開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)材質(zhì)為紫銅鍍銀，可保證接觸良好、不會(huì)銹蝕，開(kāi)關(guān)表面有明確的指示標(biāo)識(shí)。

3.3 接線盒電路部分改用PCB電路板設(shè)計(jì)

接線盒電路部分改用PCB電路板替代原接線盒的銅條，在保證額定電流安全的前提下，具有制造成本低、適合批量自動(dòng)化生產(chǎn)、裝配簡(jiǎn)便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。PCB電路板設(shè)計(jì)電流回路線寬≥5 mm×2(雙面)，最大載流≤15 A(溫升＜10℃)，可以充分保證電流回路電流負(fù)載≤6 A的要求（圖6所示)。

圖6 接線盒PCB電路板設(shè)計(jì)

電流回路選用KF950V-9.5-3P大電流端子排，電壓回路選用KF762V-7.62-3P大電流端子排(圖7所示)。

圖7 接線端子排

3.4 接線盒盒體、盒蓋設(shè)計(jì)

盒蓋采用透明材質(zhì)，方便直接查看盒內(nèi)接線情況，滿足阻燃、耐高溫、絕緣等要求。盒蓋上有特殊的限位塊，如要蓋好盒蓋則各開(kāi)關(guān)必須在正常計(jì)量位置。設(shè)計(jì)樣品盒體采用3D打印方式完成，盒蓋采用透明材料3D打印完成(圖8所示)，后期批量生產(chǎn)可以開(kāi)發(fā)注塑模具進(jìn)行注塑加工。

圖8 接線盒盒體、盒蓋

4 低壓聯(lián)合接線盒整體組成及功能

4.1 接線盒整體設(shè)計(jì)

接線盒各回路的接線端子、開(kāi)關(guān)、熔絲插座、指示燈等都焊裝在PCB電路板上，并經(jīng)過(guò)防潮噴膜保護(hù)。在電路設(shè)計(jì)上保證電流、電壓回路的最大額定負(fù)載電流安全，電路板可承受最大負(fù)載電流達(dá)15 A。整體接線示意圖如圖9所示。

圖9 接線盒接線示意圖

該接線盒由盒體、電路板、電壓進(jìn)出線接線端子、電流進(jìn)出線接線端子、熔絲管座、電流回路開(kāi)關(guān)、電壓回路開(kāi)關(guān)及斷路指示燈等部分組成，接線盒實(shí)物結(jié)構(gòu)圖如圖10所示。

圖10 接線盒實(shí)物結(jié)構(gòu)圖

4.2 接線盒功能描述

4.2.1 電壓回路

電壓進(jìn)線通過(guò)進(jìn)線接線端子(Vxin)引入，通過(guò)電壓開(kāi)關(guān)、熔絲、出線接線端子(Vxout)連接電表電壓端口，通過(guò)向下?lián)軇?dòng)SVx開(kāi)關(guān)，可斷開(kāi)電壓回路，端子命名如圖9所示，其中x為相位A/B/C。

斷路指示燈并接在電壓開(kāi)關(guān)熔絲兩端，熔絲或開(kāi)關(guān)斷路時(shí)指示燈亮。熔絲熔斷后首先斷開(kāi)本相電壓開(kāi)關(guān)，再拔下熔絲管座蓋，更換熔絲。

4.2.2 電流回路

電流互感器引線通過(guò)電流進(jìn)線端子(Ixin1/Ixin2)引入，電表電流線連接電流端子出線(Ixout1/Ixout2)。電流出線(Ixout1)與進(jìn)線(Ixin1)直接連通，端子命名如圖9所示，其中x為相位A/B/C。

電流回路狀態(tài)主要分為以下三類：

1）計(jì)量狀態(tài)。電流進(jìn)線(Ixin2)經(jīng)Kix2開(kāi)關(guān)與電流出線(Ixout2)連通，構(gòu)成電流計(jì)量回路。

2）換表狀態(tài)。換表前將Kix1開(kāi)關(guān)撥向左邊，電流進(jìn)線端子(Ixin2)經(jīng)Kix2開(kāi)關(guān)-Kix1開(kāi)關(guān)與電流進(jìn)線(Ixin1)構(gòu)成電流互感器短路回路。換表結(jié)束后將Kix1開(kāi)關(guān)撥向右邊，恢復(fù)正常計(jì)量狀態(tài)。

3）校驗(yàn)狀態(tài)。Kix1開(kāi)關(guān)撥向右邊，Kix2開(kāi)關(guān)撥向左邊。

4.2.3 零線回路

通過(guò)接線端子(VNin)引入，通過(guò)熔絲、出線接線端子(VNout)連接電表零線端口。

5 結(jié)語(yǔ)

本文研發(fā)的新型低壓聯(lián)合接線盒，解決了傳統(tǒng)接線盒存在容易松動(dòng)、接觸不良、銹蝕甚至損壞等進(jìn)而導(dǎo)致失壓、失流計(jì)量異常以及操作煩瑣、容易出錯(cuò)等問(wèn)題，通過(guò)改進(jìn)電壓回路、電流回路接線形式以及接線盒整體電路模式，達(dá)到操作安全便捷、連接可靠的要求，提高計(jì)量可靠性，提升用電管理水平。同時(shí)，新型低壓聯(lián)合接線盒制造成本低、適合批量自動(dòng)化生產(chǎn)。改進(jìn)后的接線盒外形尺寸、固定位置以及進(jìn)出線位置與現(xiàn)有接線盒保持一致，產(chǎn)品具備推廣技術(shù)水平。