單、三相電能表自動化檢定系統的研究與應用

李 野 曹國瑞 石衛平

(天津市電力公司 電力科學研究院計量中心，中國 天津 300320)

0 引言

長期以來，天津電力公司公司系統采用傳統的手工方式開展電能計量器具的檢定工作，工作效率低，運營成本高，且檢定質量與工作人員的技術水平密切相關，難以保證檢定標準和檢定結果的高度一致，難以滿足公司用電信息采集系統建設和智能電能表快速推廣應用的更高要求。

天津單、三相電能表檢定系統是以CPU卡表自動化檢測功能為特色的全自動流水線式檢定系統。以實現電能表檢定的“一指令啟動”的自動化程度為目標，兼顧生產效益最大化，采用分布式模塊化的設計思路，保持可持續擴展性。能夠實現從控制系統下達檢定任務指令后，電能表由立體庫出庫到生產線、輸送、身份識別、定位、接線、試驗、分揀、貼標簽、裝箱、回庫等全過程的全自動化作業。實現各試驗項目的自動完成，檢定過程符合規程要求，檢定裝置各項指標滿足檢定工作需要，生產線各環節具備足夠的安全性。實現“整體式授權、自動化檢定、智能化倉儲、物流化配送”的省級計量中心建設目標，通過推廣應用自動化檢定系統和智能倉儲技術，提高計量檢定質量、工作效率和管理水平，提升公司計量的透明度和公信力，確保準確公正計量，塑造公司系統良好的服務形象。

自動化檢定系統和智能化倉儲系統是近年來隨著電子技術、通信技術、控制技術和計算機技術的快速發展而興起的新興技術，將自動化、信息化和人工智能等先進技術應用到常規的計量檢定和倉儲作業中，能夠有效替代人工檢定過程中的各個環節，準確判定檢定結果，消除人為和地域因素引起的檢定質量差異，可以有效提高檢定工作質量效率和計量管理水平，代表了計量檢定技術的發展趨勢，是省級計量中心建設的重要組成部分。

1 單、三相電能表自動化檢定現狀分析

本文對國家電網公司進行電能表自動化檢定系統建設的情況進行了統計分析。從建設進度的角度統計，目前各省級計量中心建設進度分為已經投運、正在建設、計劃建設、選址規劃四種。（運行階段主要指完成自動化設備安裝調試，正在開展集中檢定業務的階段；建設階段主要指目前完成自動化設備采購，正在進行安裝調試的階段；計劃階段主要指目前完成初步設計，正在開展設備或準備開展設備采購的階段；規劃階段主要指目前正在進行選址，尚未開展或準備開展初步設計的階段）。

處于運行階段的單位有：河南、青海；

處于建設階段的單位有：冀北、山東、天津、重慶、浙江；

下表統計了在運（在建）單、三相電能表流水線基本情況，從處于運行階段的單位運行效果來看，由于自動化檢定系統包含諸多檢定功能單元，如果節拍設計不當，將導致系統運行不流暢、輸送效率低，檢定能力達不到設計要求。

表1 在運（在建）單相電能表自動化檢定系統基本情況

表2 在運（在建）三相電能表自動化檢定系統基本情況

構成自動化檢定系統主要組成部分的自動化設備和檢定裝置,均為相對成熟的產品，但為適應電能計量器具檢定的特殊性，設計和開發了較多的非標產品：如編程鍵觸發機構、自動封印機構等。由于運行時間不長和設計不夠嚴謹，其運行穩定性和可靠性均存在一定問題。

2 天津電能表自動化檢定系統

本文針對目前智能電能表自動化流水線檢測技術研究和實際應用的不足，以天津單項電能表自動化流水線檢測項目為依托，針對電能表檢定檢測開展的技術研究及工程應用工作，按“天津市電力公司計量中心單、三相電能表自動化檢定系統招標技術規范書”設計制造。按照相關的國家和行業有關標準，結合天津市電力公司計量中心的實際使用需要、建設目標、場地條件、系統規劃需求等各方面設計依據，基于國際先進的產品和技術而提出的自動化檢定系統方案，該方案能夠與計量中心的立庫系統實現無縫對接，完成全自動的接表、上料、輸送、接線、檢定、分檢、裝箱、送出等一系列全自動操作，并完成與計量中心的信息管理系統實現對接，形成完整的、統一的系統。設計方案是基于計量中心的基建條件而設計的，它依據場地特點，合理布局，做到充分利用、方便操控、方便維護、可伸縮、可擴展。具體從電能表上下料、耐壓試驗、功耗測試、外觀和標志檢查、準確度檢定和多功能試驗六個環節進行開展研究和實驗工作，從生產信息調度平臺出發，將項目劃分為14個子項，提出了基于智能電能表自動化流水線檢定技術為核心的一整套研發理論體系和技術方案，并開發了14個與此相關的應用系統。項目覆蓋電能表檢定檢測的全過程，滿足國家電網公司電能表檢測規范及電能表檢測標準。檢定系統整體設計充分考慮系統的先進性、實用性、完整性、可靠性、安全性和經濟性，以及系統的拓展性。項目做到計量業務流程運轉順暢，模塊化設計，結構簡單、安全可靠、拓展性好、工藝美觀、維護方便、工作環境友好、低噪低耗、節能環保，實現與倉儲系統無縫連接，實現系統總體建設規模為單班運行日檢定能力不低于2880只單相電能表、年檢定不少于72萬只單相電能表；280只三相電能表、年檢定不少于7.2萬只三相電能表的檢定。系統在研究實現過程中，重點需要考慮以下關鍵設備的技術研究與開發。

2.1 自動接線

檢定自動接線是實現自動化檢定處理最關鍵的技術，它是實現自動檢定的基本保障，本系統采用的是為智能電能表自動化檢定專門設計的標準接線座，它采用鑲銀月牙型電壓、電流端子，大大降低了接觸電阻，每個端子4kg的接觸力，保證了在通過100A電流時不過載、不發熱；并且在檢定裝置的每一個表位都設置一個自動接線檢測機構，每當裝置自動接線完成、開始檢定前，都自動進行接線檢測，能夠實現電流接線檢測、過載自動保護、費控功能試驗以及空表位電流自動短路和電壓斷路等功能。如圖1所示：

圖1 定位接線系統的結構示意

2.2 外觀檢測

在檢定系統中設置視頻采集單元，包括自動定位、接線、自動升壓、自動判定結果等，對電能表液晶顯示屏全顯工作狀態進行自動拍照與識別，采集電能表液晶顯示圖像信息并與標準圖片進行比較核對，判定有無不顯、缺段，自動完成電能表液晶顯示檢測。外觀檢測配備工業智能相機，配合自動接線加電單元，能夠將電能表自動加電，工業相機自動拍照，并進行外觀和電氣性能檢測。

2.3 自動封印

電能表編程開關蓋采用一種新型專利技術進行自動化封印，這種方法包括封印底座、封印蓋、封印螺釘；封印底座上設有與電能表封印位置機械相配合的孔，在電能表的編程開關封印位置，先放置封印底座，封印底座上有與智能電能表封印螺絲位置對應的孔，并設置有與封印蓋對應的鎖扣裝置，螺釘擰上后，可將封印底座固定，然后再扣上帶有彈性鎖扣的封印蓋，封印蓋蓋上后，罩住螺絲頭。如圖2所示：

圖2 封印的仿偽與加密示意圖

電能表自動化檢定系統由管理層、傳輸層、執行層組成。管理層為檢定系統管理平臺，接受生產調度平臺下達的檢測計劃，對整個檢定系統進行管理和控制，并將檢定結果、封印和裝箱信息上報生產調度平臺。傳輸層為輸送單元，完成電能表在檢定過程中的輸送和定位。執行層由若干功能單元構成，執行檢定系統管理平臺指令，實現對電能表的的全自動檢定及自動分揀。

檢定系統的硬件部分采用模塊化設計，主要由上料、輸送、接拆線、耐壓試驗、功耗測試、準確度檢定和多功能試驗、插卡、編程、直觀和通電檢查、封印、貼標、下料等單元組成；軟件部分主要由檢定系統管理軟件、檢定軟件、控制軟件等組成，構成檢定系統管理平臺，實現電能表檢定、檢測作業的全過程自動化、智能化。檢定系統組成如圖3所示：

圖3 電能表自動化檢定系統組成示意圖

單相電能表自動化檢定系設計有10組的檢定單元，每組檢定單元由60個檢定工位組成，共計600個檢定表位，年檢定能力可達72萬具，系統組成示意圖如圖4所示：

圖4 單相電能表自動化檢定系統組成示意圖

三相電能表自動化檢定系統中有10組的檢定單元，每組檢定單元由20個檢定工位構成，共計200個檢定表位，設計年檢定量7.2萬具，系統組成示意圖如圖5所示：

圖5 三相電能表自動化檢定系統組成示意圖

系統在試運行期問，我們對智能檢定模式與傳統檢定模式下的檢定裝置，進行了電能表檢定工作程序的性能比對和效率分析。結果表明，采用智能檢定模式后，原來的人工作業方式均提升為智能化和自動化作業方式，60表位一批的電能表檢定節省時間約92分鐘，單臺檢定裝置提高檢定效率150%，配套設施減少90%，減少檢定裝置70%，用房面積減少40%，人員使用減少90%，每年可節省成本約566萬元。隨著電能計量的再集約、再深化，規模效應將更加顯著，產生的經濟效益將更加明顯，如表3所示：

表3 智能檢定模式與傳統檢定模式對比

3 電能表自動化檢定系統改進

電能表自動化檢定系統的主要組成部分是自動化設備和檢定裝置，均為相對成熟的產品，為適應電能表自動化檢定的特殊性，設計和開發了較多的非標產品，如編程鍵觸發機構、自動封印機構等，其運行穩定性和可靠性均存在一定問題。

針對天津電能表自動化檢定系統編程鍵觸發機構及自動封印機構存在的穩定性和可靠性較差的實際問題，在保證單相電能表安全的前提下，我們提出了增加單相電能表編程開關無效狀態。增加單相電能表編程開關無效狀態后，編程開關狀態分兩種，即編程開關有效狀態和編程開關無效狀態。編程開關有效狀態：按壓編程按鈕，可進入允許編程狀態或無法編程狀態，此時編程功能應完全符合國網要求；編程開關無效狀態：單相電能表始終處于編程允許狀態（無自動退出時間限制），此時編程開關符號閃爍，無論是否按壓編程按鈕，均不會退出允許編程狀態。如表4所示：

表4 電能表自動化檢定系統的改進

從表中可以看出增加電能表編程開關無效狀態，自動化檢定系統無需對電能表進行松編程按鈕蓋螺絲、翻編程按鈕蓋、按編程按鈕、緊編程按鈕蓋螺絲、松編程按鈕蓋螺絲、送翻編程按鈕蓋封印下座、送翻編程按鈕蓋封印下蓋等機械動作,直接解決了編程鍵觸發機構和自動封印機構運行穩定性和可靠性的問題，同時也降低了自動化檢定系統的建設成本。

4 小結

采用自動化檢定系統和智能化倉儲系統，能夠消除人為和地域因素引起的檢定質量差異，有效提高檢定、配送工作效率和計量管理水平，實現省級計量檢定整體授權，增強公司系統計量工作的管控力和影響力，是公司“五大”體系建設的必然要求。但由于自動化檢定系統和智能化倉儲系統涉及基礎設施、生產運行、經營管理、客戶服務等多項內容，覆蓋范圍廣，建設投資大，技術含量高，為了規避建設風險，提出以下建議：

4.1 科學規劃，穩妥推進

省級計量中心在建設自動化檢定系統和智能化倉儲系統時，要提高風險意識，科學規劃建設方案和推進計劃，積極穩妥推進建設。建設初期自動化檢定系統的檢定能力占全部檢定量的比例不宜過大，應配置不少于20%常規檢定能力。

4.2 強化評估，完善標準

組織專家組對現已投運和正在建設的自動化檢定系統和智能化倉儲系統進行全面評估，總結經驗，盡快修訂完善技術標準、驗收標準及運行管理標準，組織開展新建系統初設方案評審優化工作。

4.3 嚴格驗收，確保質量

邀請系統內外技術專家成立驗收專家組，依據國家相關檢定規程和公司技術標準、驗收標準，編制詳細、全面的驗收方案，對施工質量、制造工藝、建設過程管理等環節進行嚴格檢查，建設精品工程。

4.4 優化管理，高效運行

加強運維管理，建立完善的運行人員定崗及培訓體系，實行持證上崗制度，定期開展技術培訓，不斷提高員工的技術水平。建立并實施完善的質量監督體系和運行維護體系，確保設備安全穩定高效運行。

4.5 加強溝通，整體授權

應積極主動與技術監督部門進行溝通，以獲得技術監督部門的理解與支持，爭取自動化檢定系統能夠盡快通過計量標準考核及授權，確保合法開展計量檢定工作。

［1］張燕，黃金娟.電能表智能化檢定流水線系統的研究與應用[J].電測與儀表，2009 （12）：74-77.ZHANG Yan，HUANG Jin-juan.Research and Application of Intelligent Verification Line System for Electric Energy Meter[J].Electrical Measurement&Instrumentation，2009（12）：74-77.

［2］高利明，陳卓婭，張欲曉，馬磊.一種智能化全自動流水線電能表檢定系統[J].河南電力，2011（04）：38-41.Gao Li-ming，Chen Zhuo-ya，Zhang Yu-xiao，Ma Lei.A Kind of Intelligent Automatic Assembly Line Verification System for Electric Meter[J].Henan Electric Power，2011（04）：38-41.

［3］何志強，徐二強，丁濤，王雍，黃偉.關于實現電能表鉛封自動化的研究[J].電測 與儀 表 ，2011 （12）：83-89.HE Zhi-qiang，XU Er-qiang，DING Tao，WANG Yong，HUANG Wei.Research on Automation of Lead Sealing for Electric Energy Meter[J].Electrical Measurement&Instrumentation，2011（12）：83-89.

［4］Q/GDW355-2009單相智能電能表型式規范[S].Q/GDW355-2009 Singlephase smart meter type specification[S].

［5］高英南，丁宏林.智能電能表技術特點與管理創新[J].陜西電力，2010（12）：66-68.Gao Ying-nan，Ding Hong-lin.Technical Features of Smart Energy Meter and its Management Innovation[J].Shaanxi Electric Power，2010（12）：66-68.

［6］陳文宇.單相電能表自動檢定流水線應用前景[J].儀器儀表用戶，2012（03）：96-97.Chen Wen-yu.Automatic Verification single phase electric energy meter pipeline application prospects[J].Instrumentation Customer，2012（03）：96-97.