智能電能表開表蓋按鍵檢測裝置的設(shè)計(jì)

王先強(qiáng)，趙 云

（中電裝備山東電子有限公司，山東 濟(jì)南 250109）

隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速增長，企事業(yè)單位以及居民用電量逐年攀升，電價(jià)也逐年升高。頻繁出現(xiàn)的竊電問題一直是供電部門關(guān)注的重點(diǎn)問題，竊電行為不但影響電力企業(yè)的利益和正常的供電秩序，使國家財(cái)產(chǎn)蒙受巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且存在著嚴(yán)重的用電安全隱患。常見的竊電手段主要有減小電流值法竊電和減小電壓值法竊電。減小電流值法竊電是通過更改智能電能表電流采樣電路的電阻值實(shí)現(xiàn)的，就是將智能電能表電流采樣電阻由1 kΩ 更換成300 kΩ，造成電流更多地分壓到采樣電阻上，計(jì)量芯片收到的采樣值減少，從而到達(dá)竊電的目的；減小電壓值法竊電是通過更改智能電能表電壓采樣電路的電阻實(shí)現(xiàn)的，智能電能表電壓采樣電阻一般為多個(gè)150 kΩ 的電阻串聯(lián)，更換成300 kΩ 或更高的電阻，造成電壓更多地分壓到采樣電阻上，計(jì)量芯片收到的采樣值減少，從而達(dá)到竊電的目的。由于這些竊電手段的共同特點(diǎn)是必須打開表蓋才能完成竊電，因此根據(jù)國家電網(wǎng)公司發(fā)布的2013 版《智能電能表功能規(guī)范》[1]和國家電網(wǎng)公司計(jì)量中心2014年發(fā)布的智能電能表檢測公告第4號(hào)補(bǔ)遺要求，智能電能表[2]不僅要能記錄開表蓋事件，而且當(dāng)發(fā)生開表蓋事件時(shí)要第一時(shí)間主動(dòng)上報(bào)給主站，即把開表蓋事件列為1 級(jí)緊急事件，防止影響用戶用電安全及竊電行為的發(fā)生[3]，由此可見智能電能表開表蓋事件的重要性。

開表蓋事件與開表蓋按鍵緊密相關(guān)，這是因?yàn)橐坏╅_表蓋按鍵出現(xiàn)問題，智能電能表就無法準(zhǔn)確檢測開蓋狀態(tài)，從而導(dǎo)致誤上報(bào)而影響用電采集系統(tǒng)正常工作。實(shí)際上，開表蓋按鍵是一種行程開關(guān)，檢測時(shí)除了檢測它的常態(tài)和按下按鈕兩種狀態(tài)下的各引腳導(dǎo)通狀態(tài)之外，更為關(guān)鍵的是要檢測它的有效行程，判斷有效行程是否符合設(shè)計(jì)規(guī)格要求。傳統(tǒng)檢測方法是由人工按下行程開關(guān)的按鈕，用萬用表測量各引腳之間的導(dǎo)通狀態(tài)，判斷行程開關(guān)是否符合要求。由于行程開關(guān)體積小，用這種人工方法檢測極不方便，既耗時(shí)又費(fèi)力，一次只能檢測一只行程開關(guān)，檢測效率低下，而且并不能準(zhǔn)確檢測開關(guān)的有效行程是否符合設(shè)計(jì)規(guī)格要求，從而給行程開關(guān)的檢測帶來了很大困擾。

為了解決上述問題，筆者設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種智能電能表開表蓋按鍵檢測裝置，解決了智能電能表開表蓋按鍵檢測過程中耗時(shí)、費(fèi)力、檢測效率低下的問題，并進(jìn)一步解決了行程開關(guān)的有效行程檢測需求，能準(zhǔn)確判斷行程開關(guān)的有效行程是否滿足設(shè)計(jì)要求。

1 智能電能表開表蓋按鍵檢測裝置的設(shè)計(jì)原理

本文設(shè)計(jì)的智能電能表開表蓋按鍵檢測裝置主要由盒體和主板組成。其中，盒體包括電源開關(guān)、左立柱、右立柱、按壓連桿、底殼和蓋板；主板包括電源模塊、顯示模塊和行程開關(guān)插座。電源開關(guān)用來控制該裝置是否接入工作電源；左立柱和右立柱上有“T”型豎槽，作為按壓連桿上下運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌；按壓連桿為“工”型，和左立柱、右立柱結(jié)合，用來按壓行程開關(guān)的按鈕；底殼安裝在盒體的底部，作為盒體的底座；蓋板用來固定電源開關(guān)、左立柱、右立柱。圖1為其系統(tǒng)組成方框圖。

圖1 開表蓋按鍵檢測裝置的系統(tǒng)組成方框圖

電源模塊是主板電源電路的組成部分，由變壓器、整流橋、電源芯片等元件組成，用來把接入的220 V 交流電源轉(zhuǎn)換成5 V 直流電源，提供給顯示模塊穩(wěn)定的工作電壓。圖2為電源模塊電路原理圖。

圖2 開表蓋按鍵檢測裝置的電源模塊電路原理圖

顯示模塊是主板顯示電路的組成部分，由若干個(gè)LED 燈（每組4 個(gè)）等組成，用來顯示行程開關(guān)的常態(tài)和按下按鈕時(shí)各引腳的導(dǎo)通狀態(tài)。圖3為顯示模塊電路原理圖。

圖3 開表蓋按鍵檢測裝置的顯示模塊電路原理圖

5 個(gè)行程開關(guān)插座安裝在主板上，通過盒體方形開孔伸出盒體。按壓連桿可一次按壓5 個(gè)行程開關(guān)按鈕，實(shí)現(xiàn)了快速檢測行程開關(guān)的功能。同時(shí)，左立柱、右立柱上標(biāo)有以0.1 mm為間隔的尺寸刻度，能精確測量開關(guān)的有效行程，并能驗(yàn)證開關(guān)有效行程的一致性。

2 智能電能表開表蓋按鍵檢測裝置的實(shí)現(xiàn)過程

圖4為智能電能表開表蓋按鍵檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4 智能電能表開表蓋按鍵檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

圖4-a 中，盒體蓋板上固定有左立柱和右立柱，按壓連桿從左立柱和右立柱頂端“T”型豎槽中裝入，電源開關(guān)固定在盒體蓋板上，電源開關(guān)通過連接導(dǎo)線與主板連接，5 個(gè)行程開關(guān)插座分別固定在主板上，并伸出盒體蓋板方形孔；LED 顯示燈共有20 個(gè)，每組4 個(gè)，共5 組，分別固定在主板上，與5 個(gè)行程開關(guān)插座對應(yīng)的4 個(gè)引腳相連接，并伸出盒體蓋板圓形孔。圖4-b 中，主板用4 個(gè)自攻螺釘固定在固定柱上，底殼用4 個(gè)自攻螺釘固定在固定柱上。

檢測前，給主板接上220 V 交流電源，打開電源開關(guān)，裝置進(jìn)入使用狀態(tài)。檢測時(shí)，把行程開關(guān)插入行程開關(guān)插座，一次可插入5 個(gè)行程開關(guān)。第61頁圖5為開表蓋按鍵檢測裝置的檢測流程。

在未按下按壓連桿時(shí)，LED 顯示燈中每組2 號(hào)、3 號(hào)燈點(diǎn)亮，1 號(hào)、4 號(hào)燈滅；往下按壓按壓連桿，并觀察左立柱和右立柱上的刻度，當(dāng)刻度從0 到 0.5 mm 的過程中，每組 2 號(hào)、3 號(hào)燈一直亮，1號(hào)、4 號(hào)燈滅，表示行程開關(guān)常態(tài)導(dǎo)通狀態(tài)良好；繼續(xù)往下按壓按壓連桿，并觀察左立柱和右立柱上的刻度，當(dāng)刻度從 0.5 mm 到 0.8 mm 的過程中，每組4 個(gè)燈全滅，表示行程開關(guān)處在無效行程狀態(tài)；繼續(xù)往下按壓按壓連桿，并觀察左立柱和右立柱上的刻度，當(dāng)按壓到刻度0.8 mm 時(shí)，每組1 號(hào)、4號(hào)燈點(diǎn)亮，2 號(hào)、3 號(hào)燈滅，表示進(jìn)入行程開關(guān)的有效行程起始位置；繼續(xù)往下按壓按壓連桿，并觀察左立柱和右立柱上的刻度，當(dāng)刻度從0.8 mm 到2.4 mm 的過程中，每組1 號(hào)、4 號(hào)燈一直亮， 2號(hào)、3 號(hào)燈滅，表示行程開關(guān)的有效行程符合設(shè)計(jì)要求；當(dāng)按壓到刻度超過2.4 mm 時(shí)，每組4 個(gè)燈全滅，表示行程開關(guān)的有效行程結(jié)束。

圖5 開表蓋按鍵檢測裝置的檢測流程

在檢測過程中，若5 組行程開關(guān)狀態(tài)顯示出LED 顯示燈中的任何一組存在異常狀態(tài)，即表示該組所對應(yīng)的行程開關(guān)不符合設(shè)計(jì)規(guī)格要求。

3 結(jié)束語

針對智能電能表開表蓋傳統(tǒng)檢測方法耗時(shí)、費(fèi)力、檢測效率低下且不能準(zhǔn)確檢測開關(guān)的有效行程等缺點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種智能電能表開表蓋按鍵檢測裝置。該裝置設(shè)計(jì)簡潔，結(jié)構(gòu)簡單，體積小巧，使用方便，能一次性檢測5 個(gè)行程開關(guān)，減少了檢測時(shí)間，提高了檢測效率；同時(shí)提供了行程開關(guān)有效行程的測量問題的解決方法，并且還能進(jìn)一步判斷行程開關(guān)有效行程的一致性。