低壓電流互感器自動化檢定系統設計與實現

章鹿華 易忠林 王思彤 徐占河 李映輝 王龍華

(冀北電力有限公司計量中心1，北京 102208;國網電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司2，湖北 武漢 430074)

0 引言

計量檢定是國家強制管理的重要工作，其社會性強，法制化要求高，各級政府管理監督嚴。計量器具準確與否，關系著廣大電力客戶的切身利益和電網企業的經濟利益，影響著電網的優質服務水平和社會履責形象。

為進一步深化電網發展方式和公司發展方式的轉變，建設堅強智能電網，國家電網公司決定進一步優化整合計量資源，實施建設省級集中的計量中心，實現電能計量器具和采集終端的集中檢定［1］、集中倉儲、統一配送、統一監督，實現“整體式授權、自動化檢定、智能化倉儲、物流化配送”。

計量用低壓電流互感器［2］(以下簡稱:互感器)自動化檢定系統是“411”項目的關鍵技術與裝備之一。互感器是電能計量裝置的重要組成部分，研制互感器自動化檢定系統將最大限度地消減人為因素，提高檢定結果的一致性，進一步提升電能計量的準確性、可靠性，保障供售用電各方的合法權益，有利于促進企業、行業和社會的和諧發展。

1 國內外研究現狀分析

目前，國內互感器檢定裝置［3］的多只檢定、自動數據處理等技術已相對成熟，但互感器一次、二次接線必須由人工完成，尤其是穿心式互感器一次接線和母排式互感器一次、二次接線費時費工。互感器檢定裝置單體的日檢定能力難以提高，只有通過增加設備、人力、場地才能滿足電網不斷發展的需求。同時，部分互感器檢定機構已配置了自動化立體倉庫，互感器出入庫效率有所提升，但倉儲與檢定臺體之間的接駁仍需投入大量人力完成重復而簡單的物料搬運。

自國家電網公司提出建設省級計量中心指導意見以來，自動化檢定技術受到廣泛關注。國內從事互感器檢定的科研院所、制造企業均有不同程度的投入，比較有代表性的是秦皇島和浙江寧波的兩家公司。這兩家公司于2011年先后開始試制互感器自動化檢定樣機，目前已初步實現自動上下料、自動接拆線等任務，初步滿足互感器自動化檢定的基本要求，但尚未實現倉儲接駁、自動傳輸、自動檢定、計量管理的一體化運行，系統監控實時性、工件托盤定位準確性也正在進行完善改進。

2 自動化檢定系統總體設計

2.1 系統布局

本項目研制的互感器自動化檢定系統，主要由自動傳輸、自動檢定、抗干擾、安全監控和信息管理等子系統構成。本項目按照自動化、可靠性、安全性、可追溯性、運維方便的原則，合理規劃系統布局，建模控制工序節拍，優化物料流轉路徑，協同各功能單元的高效運行，實現了倉儲接駁、物料傳輸、互感器上下料、互感器一二次端子接拆線、檢定、分揀貼標、異常故障處理等的全自動操作，以及與智能倉儲系統、計量一體化生產調度平臺的無縫對接。

系統可開展0.2S級及以下互感器的檢定，年檢定量不低于160000只。檢定項目包括:外觀檢查、絕緣電阻測量、工頻耐壓試驗、二次繞組匝間絕緣試驗、磁飽和裕度試驗和基本誤差試驗。檢定數據實行信息化管理，符合國家檢定規程和國家電網公司企業標準的要求。

檢定系統作業流程如下。

①互感器以垛為單位出庫流轉至倉儲接駁單元，由拆垛機拆垛后進入周轉箱傳輸線。

②系統核對箱表信息、檢查互感器外觀。如無異常，周轉箱進入上料單元;如有異常，則流轉至不合格箱區。

③上料機械手將互感器從周轉箱中逐只抓取至互感器工件托盤上，進入托盤傳輸線，如互感器位置擺放反向，則由機械手自動調整。

④互感器流轉至絕緣耐壓檢測單元進行試驗。

⑤經絕緣電阻測量和耐壓試驗后，合格品流轉至誤差檢定單元，不合格品流轉至不合格分揀單元。

⑥互感器經匝間絕緣強度試驗、磁飽和裕度試驗和誤差試驗后，進入下料傳輸線。

⑦在下料傳輸線上進行分揀貼標后，由下料機械手將合格互感器裝箱，不合格互感器流轉至不合格分揀單元。

⑧合格互感器裝箱后進行碼垛操作，通知智能倉儲系統接收入庫。在入庫過程中可隨機抽取一箱通過復檢線進入臨檢區，復檢完成后執行入庫操作。

2.2 實現方案

2.2.1 靈活兼容自動傳輸子系統

本文設計的剪刀叉式拆碼垛機［4］由機架、升降機構、傳輸機構、拆碼機構、夾緊機構和導向擋板等組成，全自動完成待檢整垛互感器周轉箱的拆垛作業和已檢互感器周轉箱的碼垛作業。采用伺服電機、四軸電缸和平行氣爪設計互為備用的上下料機械手［5］，四個自由度重復定位精度高達0.1 mm，氣爪可水平旋轉180°，實現了互感器在不同區域、不同移載工裝之間的自動傳輸以及不同規格互感器的抓放自適應和反向擺放的自動糾錯。

消化吸收輥筒線、鏈板線、皮帶線等流水線技術，實現整垛、單箱周轉箱和單只互感器的自動傳輸。與智能倉儲系統對接，將互感器準確可靠地傳送到系統各個工位。

2.2.2 專用移載工裝

研制兩型專用周轉箱，兼容裝置不同規格的互感器，具有唯一識別的一維條形碼和射頻識別(radio frequency identification，RFID)標簽，實現互感器在智能倉儲系統與自動檢定系統之間的有序流轉。

周轉箱具有中心定位公差±0.5 mm的自適應格柵結構，外形尺寸精度不低于1 mm，承重不小于100 kg。

對于工件托盤［6］，設計了斜倒角定位導向柱、多維梯形擋板、護翼和絕緣底座，并采用兩層沉臺結構，實現不同規格互感器的自動傳輸，防止互感器姿態異常和帶電測試的風險。

2.2.3 自動接拆線機構

研制自動接拆線裝置、自動穿心導向組件和自動二次壓針接線組件等自動機構，實現一次接線自動穿排、穿心導向和二次接線自動壓接。

①采用圓形銅桿、矩形銅排、同步電缸、氣爪、導電塊等研制自動穿排機構，實現圓孔型和方孔型穿心式互感器自動一次接線，最大通流為2400 A、最大接觸壓力為3 MPa。

②采用活動導電塊、夾爪、驅動氣缸等研制母排式互感器接線機構，最大通流為90 A、最大接觸壓力為0.5 MPa。

③采用底部絕緣支撐滾輪、側翼絕緣導向滾輪、導桿式氣缸等研制自動穿心導向組件，保證穿排行程平穩直線。

④ 采用導桿式氣缸、二次引線端子、彈簧、導電桿、觸頭等研制自動二次壓針接線組件，最大通流為90 A，壓接可靠無發熱，可按規程自動檢定不同規格的互感器。

自動穿心導向組件及二次壓針接線組件示意圖如圖1和圖2所示。

2.2.4 多層級組態式自動控制

研發電控子系統和信息管理子系統，實現工作站、人機界面、功能單元、傳感器以及PLC之間的順暢通信。對接計量一體化生產調度平臺和智能倉儲系統，支持遠程或本地控制機械手、傳輸流水線、拆碼垛機、自動接拆線、自動檢定等裝置。應用三維仿真技術，集中、實時顯示控制出庫、上料、檢定、下料、入庫以及異常處理等環節與流程。有序管理信息、參數和數據，檢定數據準確、完整、可追溯。

2.2.5 智能信息識別

集成應用射頻識別(RFID)和條碼掃描技術，自動采集、綁定周轉箱和互感器的信息;應用視覺識別和圖像匹配技術，實現對互感器的外觀檢查和擺放位置的驗證、糾錯;應用自動貼標技術，實現已檢互感器的自動分揀貼標。

2.2.6 完備的抗干擾與安全監控

系統采用強弱信號隔離布線、供電濾波、高頻控制信號屏蔽、接觸器加裝滅弧器、多層巴特沃茲濾波電路、高壓瓷片電容、瞬態電壓抑制二極管(transient voltage suppressor，TVS)抑制電路、軟件濾波等技術，防止自動傳輸、檢定試驗、電氣控制等設備帶來的復雜干擾。

采用紅外測溫技術定點監控潛在發熱源，采用安全光幕技術防護試驗區域，采用視頻監控技術實時監視系統運行、自動定位故障點。定點診斷電源、氣源、信息源以及設備等的異常與故障，實現分級分類控制。

3 結束語

本文介紹的具有自主知識產權的互感器自動化檢定系統，集成應用了人工智能、自動控制、RFID物聯網、流水線和物流規劃等先進技術，率先引領互感器檢定邁入自動化、無人化、智能化的全新階段，大幅提升了省級計量中心整體技術水平，為更大范圍優化電能計量資源配置提供了技術實現方式［7］，為堅強智能電網建設提供了重要技術支撐。

應用本系統可進一步消除人為和地域因素，提高檢定質量和工作效率，可進一步強化計量的透明度、公正性和準確性，提高政府和用電客戶的滿意度，全面提升計量檢定的公信品格和精準品質。

［1］彭時雄.高準確度電流互感器的檢定方法［J］.華北電力技術，1995，12(5):13-1.

［2］殷慶鐸，徐占河，段曉明，等.低壓防竊電成套電流互感器特性研究［J］.電測與儀表，2009，12(8):18-22.

［3］趙修民，趙屹濤，韓海洲，等.便攜式電流互感器檢定裝置的研發和創新［J］.電測與儀表，2011，12(9):41-44.

［4］徐占河，章鹿華，張蓬鶴，等.基于互感器自動檢定線的拆碼垛機的研制［J］.自動化與儀器儀表，2012，6(1):131-133.

［5］劉繼東，郭寶利，郭紅霞，等.門架式機械手在低壓電流互感器自動檢定系統中的應用［J］.自動化與儀器儀表，2012，6(4):112-113.

［6］陳琳，郭寶利，陳偉斌，等.低壓電流互感器自動檢定系統通用工裝的研制［J］.自動化與儀器儀表，2012，6(4):99-100.

［7］何艷，白怡明，楊廣亮，等.低壓配電系統電流互感器的選型方案［J］.電氣開關，2010，6(4):9-12.