提高檢定流水線接駁率的電能表輔助端子設計

洪巧文，張荔鵑，何 洪，，王 姣，張瓊海（．國網福建省電力有限公司電力科學研究院，福建廈門36000；．福建省能源服務有限公司，福建廈門36000）

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提高檢定流水線接駁率的電能表輔助端子設計

洪巧文1，張荔鵑1，何 洪1，2，王 姣1，張瓊海2
（1．國網福建省電力有限公司電力科學研究院，福建廈門361000；2．福建省能源服務有限公司，福建廈門361000）

摘要：為了提高電能表自動化檢定流水線接駁率（即接線成功率），保證流水線檢定合格率，緩解人工

檢定裝置不合格表計復檢壓力，提出了一種電能表輔助端子尺寸規格的改造設計。流水線檢定裝置與傳統檢定裝置最大區別在于流水線具有自動接駁機構，不適合逐一檢查、調整表針接駁情況，必然存在因線體抖動或硬件偏移等影響電能表接線端子準確接駁的問題，尤其針對口徑不到3. 5 mm的電能表輔助端子，更是要求接駁機構應具有較高的定位精度。從改進電能表輔助端子規格尺寸出發，提出了在輔助端子U型槽設計半徑為R1的圓倒角并嚴格規范金屬孔等尺寸要求，有效增強輔助端子的容錯能力，提高了線體的接駁率。

關鍵詞：檢定流水線；接駁率；電能表；輔助端子

0 引言

隨著智能電網的大力推進，智能電能表將大量應用，隨之帶來表計檢定量的驟然倍增。采用傳統的電能表檢定裝置不管有多少個檢定表位都是單機設備，需要人工掛、摘表，人為接線，倉儲、搬運、檢定、數據處理、出入庫、配送管理等多個環節也均需大量人力資源。傳統人工檢定模式消耗了大量的人力、物力和財力，且檢定效率低，無法滿足新形勢下市場經濟發展的用表需求。此外，電能表計量準確與否還直接關系到電力企業與用戶之間的切身利益。而人工檢定模式易受到檢定員技能水平、設備狀態及職業素養等因素影響表計的檢定結果。故探索電能表新型檢定模式勢在必行［1－3］。

因此，智能化倉儲系統及自動化檢定流水線應運而生。自動化檢定流水線將自動化、信息化和人工智能等先進技術應用到常規的計量檢定作業中，通過在傳統檢定裝置的基礎上增加輸送線、機械手、自動接拆線、照相及識別等自動化裝置，高效完成國家規程規定的各個檢定項目，可準確判定檢定結果，消除人為和地域因素引起的檢定質量差異，有效提高檢定工作質量和效率［4］。自動化流水線檢定裝置與傳統檢定裝置最大區別在于流水線具有自動接駁機構（包括了頂升氣缸或托盤定位架、壓接氣缸及表座表針等硬件部分，在PLC電控指令下，通過頂升氣缸或托盤定位架將載有電能表的托盤托起固定，再控制壓接氣缸推動表座，使表針（電壓電流端子、輔助端子）接入表計端子孔內，與孔內金屬內壁及金屬螺絲有效接觸，確保接線測試及后續試驗順利進行。檢定流水線的接駁機構有別于人工檢定裝置，不適合逐一檢查、調整表針接駁情況，且至少存在以下幾方面問題嚴重影響了線體的接駁率：一是因托盤輸送鏈板運行、擋停動作及托盤撞擊，不可避免使自動接駁機構存在抖動現象；二是自動接駁機構與托盤配合面的雜物或磨損也會造成托盤托起定位偏差；三是表針易磨損致針頭磨平或者表針輕微變形，致使表針頂在電能表端子孔外，無法有效接觸金屬內壁及螺絲。

為了有效解決上述問題，本文從改善電能表端子孔方面入手，通過改進電能表輔助端子規格尺寸，即在輔助端子U型槽設計半徑為R1的圓倒角并嚴格規范金屬孔等尺寸要求。該設計能夠有效增強輔助端口的容錯能力，提高線體的接駁率。

1 檢定流水線接駁現狀

結合國網企標所規定的電能表端子結構及尺寸，以及檢定流水線自動接駁機構等設備特點，從“電能表端子規范要求”和“檢定流水線接駁問題”兩方面著手分析，歸納總結電能表自動化檢定流水線的接駁現狀。

1. 1 電能表端子規范要求

根據國網企業型式規范要求，電能表的端子座結構及尺寸應符合國網企標Q／GDW 1355?2013中“附錄A．5：電能表接線端子尺寸簡圖”的規定，即圖1～2所示［5］。圖1規范了電能表電壓、電流及輔助端子關于數量、口徑大小、位置分布及結構等尺寸方面的基本要求。圖1中，端子口能否與自動接駁機構的表針精準對接的關鍵尺寸包括：各端子口的縱向高度（即電壓、電流端子13 mm；輔助端子31. 5 mm）、橫向間距兩方面。一旦尺寸存在偏差，將對自動接駁機構的定位產生影響，導致接線失敗。為確保表針順利壓接，Q／GDW 1355?2013還對電能表電壓、電流端子接線孔外口要求采用倒角設計并規范了倒角要求，見圖2。然而，該電能表型式規范僅規定了輔助端子塑料外孔的U型口徑（3. 5 mm），沒有對輔助端子的尺寸規格做出細化要求。

圖1　電能表接線端子尺寸簡圖Ⅰ

圖2　電能表接線端子尺寸簡圖Ⅱ

1. 2 檢定流水線接駁問題

電能表檢定流水線的自動接駁機構主要包括了頂升氣缸或托盤定位架、壓接氣缸及表座表針等硬件部分。下面以福建單相自動化檢定流水線為例，分析檢定流水線為何會出現接線失敗及所造成的影響。首先，因單表位托盤無緊鎖或卡扣機構，必然使表計與托盤之間存在間隙，經測量該間隙值最大可達3 mm；第二，當托盤經鏈板輸送線送至檢定單元內，存在因擋停開關位置微移或托盤邊緣磨損而造成托盤定位偏差；第三，壓接機構上的表針輕微變形及托盤定位架與托盤配合面存在雜物或磨損等現象，也將影響壓接氣缸動作時接駁未能準確到位；第四，線體托盤輸送鏈板運行、擋停動作及撞擊，也不可避免造成自動接駁機構的抖動；最后，電能表輔助端子塑料口徑僅為3. 5 mm且表針針頭直徑約1. 5 mm，若針頭再被壓扁或磨平，其針頭尺寸更大，對定位要求更高。因此，檢定流水線自動接駁機構容易發生表針頂在電能表端子U型槽外邊緣上，無法有效接觸金屬內壁及金屬螺絲，引起接線不良的現象［6］。

檢定流水線的接線不良問題降低了線體的接駁率，也在線體檢定合格率、不合格表計復檢以及設備損傷等幾方面產生深遠影響。

（1）線體檢定合格率：經線體不合格結論分析表明，接線失敗在不合格表計數量中的占比排在前列，若線體接線不良未改善，將使檢定合格率深受影響。

（2）不合格表計復檢：接線不良導致過多的不合格表計，使得上人工檢定裝置做不合格復檢的壓力增大，影響批次檢定效率。

（3）設備損傷方面：包括了表座表針易彎曲、電能表外殼受損傷以及自動接駁機構變形等，給線體維護保養增加工作量。

2 電能表輔助端子改進

為了改善檢定流水線的接線不良問題，提高線體接駁率，根據前面關于引起接線偏差的若干因素知，可從技術突破和制度管理兩個層面上采取相應措施。一是技術突破層面包括：改造單表位托盤，使之具有卡扣定位功能，同時在線體上下料機器人區域增加卡扣的啟／鎖機構，并提高自動接駁機構壓接時的定位精度。二是制度管理層面包括：加強對檢定流水線的日常巡視及檢查力度，及時校正偏移的接駁機構并更換變形、受損的表針；嚴格把控所購置表針的質量等。然而，線體定位精度技術上的突破并非易事，且目前也無卡扣定位功能的單表位托盤，需重新開發設計再與檢定流水線磨合，存在周期長、對線體改動大的問題。在加強表針日常巡視及其質量把關上，表針技術指標合格與否和表針輕微變形也是不易判別的，若頻繁更換表針則會降低表針利用率、增加運維成本。

為此，本文在不斷健全檢定流水線運維巡視制度，在不必對線體做較大改動并保證系統運行穩定的前提下，重點從改進電能表輔助端子的規格尺寸出發，提出了在輔助端子U型槽做半徑為R1的圓倒角并嚴格規范金屬孔等尺寸要求的結構改動設計，如圖3所示。

圖3　電能表輔助端子改進設計簡圖

本設計特點之一是在國網企標Q／GDW 1355?2013型式規范基礎上，對電能表輔助端子口圓心高度（即31. 5 mm）限定允許偏差值±δ mm（即圖3左側端子座尺寸全圖中31. 5 mm± 0. 3 mm）。該允許偏差值±δ mm的執行，能夠保證不同廠家電能表輔助端子的縱向高度不會有較大偏差。

本設計特點之二是在電能表輔助端子U型槽做半徑為R1的圓倒角，如圖3輔助端子局部俯視圖與3D效果圖。在U型槽內徑不小于3. 5 mm的內側菱邊處，做半徑為R1的圓倒角。圓倒角的作用在于：當表針輕微受損偏移、自動接駁機構因雜物或磨損以及線體設備運行抖動引起壓接時表針針頭頂在電能表輔助端子U型槽口邊緣，能夠自動順著圓倒角弧度滑入金屬孔內壁與金屬螺絲之間。如此一來，圓倒角半徑R1越大，其容錯性就越強。然而，由于受到了U型槽口底部厚度大小限制（即不大于31. 5＋0. 3－28. 8－3. 5／2 ＝1. 25 mm），且考慮表針針頭直徑約1. 5 mm，故R1大小設定為1 mm±0. 2 mm。

本設計特點之三是嚴格規范了輔助端子金屬孔尺寸要求，如圖3輔助端子局部剖面圖。首先要求金屬銅孔圓心與U型槽同心；第二，金屬孔應做不低于0. 2 mm的倒角；第三，金屬孔的內徑尺寸精度要求正偏差（即3. 0 mm＋0. 2 mm），且接線孔內飛邊應去除干凈。

理論上，設計特點一保證了輔助端子口縱向高度與表針偏差不超過±0. 3 mm；設計特點二確保表針針頭只要超過一半頂在R1的圓倒角表面上，定能順著圓倒角弧度滑入端子口內，即表針定位范圍偏差增加了2 mm±0. 4 mm，使直徑僅約1. 5 mm表針輕微變形的冗余量增大；此外，設計特點三的目的在于避免表針滑入U型槽內壁后，卡在金屬孔邊緣上，不能和金屬孔內壁與金屬螺絲有效接觸。因此，經過改進設計后的電能表輔助端子具有更強的容錯能力，能有效減少檢定流水線的接線不良現象，提高線體的接駁率。

3 實際測試

以福建單相自動化檢定流水線為例，對電能表輔助端子改造設計前后的檢定流水線接駁率進行了現場測試。該檢定流水線能夠通過“接線測試”試驗判斷檢定單元各個表位的RS485、時鐘及脈沖共3組輔助端子口的壓接情況。在12個檢定單元中任選一單元進行測試，取改造設計前后的同一廠家電能表各96只（一個檢定單元有96個表位）放入檢定單元空托盤內。在分別檢查并更換檢定單元內各表座表針折斷、變形等損傷情況之后，通過電控及檢定軟件反復地進行壓接和“接線測試”試驗操作，對改造設計前后的表計各進行不少于100次的壓接測試，記錄測試結果并填入表1。

表1　輔助端子改造設計前后的接線比對Ⅰ

如表1所示，現場對改造設計前后的電能表分別進行了9 600頻次的表位壓接測試（即9 600 ×3頻次的RS485、時鐘及脈沖接線測試），算得所測試的接駁率并加以對比，結果表明經改造設計后的電能表輔助端子的接駁效率提升了1. 07個百分點。

為了進一步驗證電能表輔助端子做R1圓倒角并嚴格規范金屬孔等尺寸的改造設計能有效提高線體的接駁率。本文還從單相自動化檢定流水線的歷史數據庫分別導出在2014年上半年和2015年上半年某期間且線體檢定數量相當（取大于10萬只的檢定量）的RS485、時鐘及脈沖“接線測試”試驗情況進行匯總對比，見表2。其中，2014年上半年所檢定的是改造設計前的表款，而2015年上半年所檢定的是改造設計后的表款。由表2可知，經檢定流水線大批量的接線實踐結果表明：對電能表輔助端子規格尺寸的改造設計大幅地降低了RS485、時鐘及脈沖的接線失敗次數，提高檢定流水線的接駁率。

表2　輔助端子改造設計前后的接線比對Ⅱ

4 結論

本文研究了電能表檢定流水線的接線不良問題，提出了在電能表輔助端子U型槽做半徑為R1的圓倒角并嚴格規范金屬孔等尺寸要求的結構改動設計。從理論和實際測試驗證了該改進設計不僅增強了輔助端子的容錯能力，保證表針能順利滑入金屬孔內壁與金屬螺絲之間形成有效接觸；而且，該設計避免了對線體做較大改動，也無需頻繁更換輕微變形的表針，減少日常巡視和運維工作量并節約運維成本。通過將輔助端子尺寸的小改動納入到對電能表的招標細化要求中，嚴格規范廠家生產更能適應于流水線檢定的規格一致的電能表，既能保證線體的檢定合格率，減少人工檢定裝置不合格表計復檢壓力，也降低了表針、電能表等設備受損傷的風險，實現互利共贏。

參考文獻：

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［3］李野，曹國瑞，石衛平．單相電能表自動化檢定系統的研究與應用［J］．電工技術，2013，（4）：25－26．

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Design of an Electric Energy Meter Auxiliary Terminal for Improving Verification Line Connection Rate

HONG Qiaowen1，ZHANG Lijuan1，HE Hong1，2，WANG Jiao1，ZHANG Qionghai2
（1．State Grid Fujian Electric Power Research Institute，Xiamen 361000，China；2．Fujian Electric Power Service Co．，Ltd．，Xiamen 361000，China）

Abstract：In order to improve commission rate of the electric energy meter automatic verification line connection （i．e．connection success rate），guarantee the qualified rate and alleviate the failed meter verification pressure of artificial device，a scheme of design for reconstructing terminals in size with the assistant of an electric energy meter is put forward in this paper．The feeder who has the automatic verification component，which is the biggest differ?ence lies between the line verification device and the traditional verification device in line，is not suitable for chec?king and adjusting the needle’s connection one by one．So，due to the problems of line jittering or hardware shift?ing，the connection of the meter becomes the issue to be settled．Especially for the auxiliary meter terminal with its diameter less than 3. 5mm，it is required that the feeder should have a higher accuracy．In this paper，basing on the improving sizes of meter’s auxiliary terminal，a radius R1 chamfering of U groove in auxiliary terminal is de?signed，and strict regulation for the sizes of metal hole is drawn up．The design effectively enhances fault tolerance of auxiliary terminal and increases the connection rate of line．

Keywords：verification line；connection rate；electric energy meter；auxiliary terminal

作者簡介：洪巧文（1987－），男，工程師，研究方向為計量科學與技術、電氣自動化與控制，E?mail：hqw1005＠126. com。

收稿日期：2015－11－05。

中圖分類號：TB971

文獻標識碼：A

DOI：10. 3969／j. issn. 1672-0792. 2016. 01. 015