单、三相电能表自动化检定系统的研究与应用

李 野 曹国瑞 石卫平

(天津市电力公司 电力科学研究院计量中心，中国 天津 300320)

0 引言

长期以来，天津电力公司公司系统采用传统的手工方式开展电能计量器具的检定工作，工作效率低，运营成本高，且检定质量与工作人员的技术水平密切相关，难以保证检定标准和检定结果的高度一致，难以满足公司用电信息采集系统建设和智能电能表快速推广应用的更高要求。

天津单、三相电能表检定系统是以CPU卡表自动化检测功能为特色的全自动流水线式检定系统。以实现电能表检定的“一指令启动”的自动化程度为目标，兼顾生产效益最大化，采用分布式模块化的设计思路，保持可持续扩展性。能够实现从控制系统下达检定任务指令后，电能表由立体库出库到生产线、输送、身份识别、定位、接线、试验、分拣、贴标签、装箱、回库等全过程的全自动化作业。实现各试验项目的自动完成，检定过程符合规程要求，检定装置各项指标满足检定工作需要，生产线各环节具备足够的安全性。实现“整体式授权、自动化检定、智能化仓储、物流化配送”的省级计量中心建设目标，通过推广应用自动化检定系统和智能仓储技术，提高计量检定质量、工作效率和管理水平，提升公司计量的透明度和公信力，确保准确公正计量，塑造公司系统良好的服务形象。

自动化检定系统和智能化仓储系统是近年来随着电子技术、通信技术、控制技术和计算机技术的快速发展而兴起的新兴技术，将自动化、信息化和人工智能等先进技术应用到常规的计量检定和仓储作业中，能够有效替代人工检定过程中的各个环节，准确判定检定结果，消除人为和地域因素引起的检定质量差异，可以有效提高检定工作质量效率和计量管理水平，代表了计量检定技术的发展趋势，是省级计量中心建设的重要组成部分。

1 单、三相电能表自动化检定现状分析

本文对国家电网公司进行电能表自动化检定系统建设的情况进行了统计分析。从建设进度的角度统计，目前各省级计量中心建设进度分为已经投运、正在建设、计划建设、选址规划四种。（运行阶段主要指完成自动化设备安装调试，正在开展集中检定业务的阶段；建设阶段主要指目前完成自动化设备采购，正在进行安装调试的阶段；计划阶段主要指目前完成初步设计，正在开展设备或准备开展设备采购的阶段；规划阶段主要指目前正在进行选址，尚未开展或准备开展初步设计的阶段）。

处于运行阶段的单位有：河南、青海；

处于建设阶段的单位有：冀北、山东、天津、重庆、浙江；

下表统计了在运（在建）单、三相电能表流水线基本情况，从处于运行阶段的单位运行效果来看，由于自动化检定系统包含诸多检定功能单元，如果节拍设计不当，将导致系统运行不流畅、输送效率低，检定能力达不到设计要求。

表1 在运（在建）单相电能表自动化检定系统基本情况

表2 在运（在建）三相电能表自动化检定系统基本情况

构成自动化检定系统主要组成部分的自动化设备和检定装置,均为相对成熟的产品，但为适应电能计量器具检定的特殊性，设计和开发了较多的非标产品：如编程键触发机构、自动封印机构等。由于运行时间不长和设计不够严谨，其运行稳定性和可靠性均存在一定问题。

2 天津电能表自动化检定系统

本文针对目前智能电能表自动化流水线检测技术研究和实际应用的不足，以天津单项电能表自动化流水线检测项目为依托，针对电能表检定检测开展的技术研究及工程应用工作，按“天津市电力公司计量中心单、三相电能表自动化检定系统招标技术规范书”设计制造。按照相关的国家和行业有关标准，结合天津市电力公司计量中心的实际使用需要、建设目标、场地条件、系统规划需求等各方面设计依据，基于国际先进的产品和技术而提出的自动化检定系统方案，该方案能够与计量中心的立库系统实现无缝对接，完成全自动的接表、上料、输送、接线、检定、分检、装箱、送出等一系列全自动操作，并完成与计量中心的信息管理系统实现对接，形成完整的、统一的系统。设计方案是基于计量中心的基建条件而设计的，它依据场地特点，合理布局，做到充分利用、方便操控、方便维护、可伸缩、可扩展。具体从电能表上下料、耐压试验、功耗测试、外观和标志检查、准确度检定和多功能试验六个环节进行开展研究和实验工作，从生产信息调度平台出发，将项目划分为14个子项，提出了基于智能电能表自动化流水线检定技术为核心的一整套研发理论体系和技术方案，并开发了14个与此相关的应用系统。项目覆盖电能表检定检测的全过程，满足国家电网公司电能表检测规范及电能表检测标准。检定系统整体设计充分考虑系统的先进性、实用性、完整性、可靠性、安全性和经济性，以及系统的拓展性。项目做到计量业务流程运转顺畅，模块化设计，结构简单、安全可靠、拓展性好、工艺美观、维护方便、工作环境友好、低噪低耗、节能环保，实现与仓储系统无缝连接，实现系统总体建设规模为单班运行日检定能力不低于2880只单相电能表、年检定不少于72万只单相电能表；280只三相电能表、年检定不少于7.2万只三相电能表的检定。系统在研究实现过程中，重点需要考虑以下关键设备的技术研究与开发。

2.1 自动接线

检定自动接线是实现自动化检定处理最关键的技术，它是实现自动检定的基本保障，本系统采用的是为智能电能表自动化检定专门设计的标准接线座，它采用镶银月牙型电压、电流端子，大大降低了接触电阻，每个端子4kg的接触力，保证了在通过100A电流时不过载、不发热；并且在检定装置的每一个表位都设置一个自动接线检测机构，每当装置自动接线完成、开始检定前，都自动进行接线检测，能够实现电流接线检测、过载自动保护、费控功能试验以及空表位电流自动短路和电压断路等功能。如图1所示：

图1 定位接线系统的结构示意

2.2 外观检测

在检定系统中设置视频采集单元，包括自动定位、接线、自动升压、自动判定结果等，对电能表液晶显示屏全显工作状态进行自动拍照与识别，采集电能表液晶显示图像信息并与标准图片进行比较核对，判定有无不显、缺段，自动完成电能表液晶显示检测。外观检测配备工业智能相机，配合自动接线加电单元，能够将电能表自动加电，工业相机自动拍照，并进行外观和电气性能检测。

2.3 自动封印

电能表编程开关盖采用一种新型专利技术进行自动化封印，这种方法包括封印底座、封印盖、封印螺钉；封印底座上设有与电能表封印位置机械相配合的孔，在电能表的编程开关封印位置，先放置封印底座，封印底座上有与智能电能表封印螺丝位置对应的孔，并设置有与封印盖对应的锁扣装置，螺钉拧上后，可将封印底座固定，然后再扣上带有弹性锁扣的封印盖，封印盖盖上后，罩住螺丝头。如图2所示：

图2 封印的仿伪与加密示意图

电能表自动化检定系统由管理层、传输层、执行层组成。管理层为检定系统管理平台，接受生产调度平台下达的检测计划，对整个检定系统进行管理和控制，并将检定结果、封印和装箱信息上报生产调度平台。传输层为输送单元，完成电能表在检定过程中的输送和定位。执行层由若干功能单元构成，执行检定系统管理平台指令，实现对电能表的的全自动检定及自动分拣。

检定系统的硬件部分采用模块化设计，主要由上料、输送、接拆线、耐压试验、功耗测试、准确度检定和多功能试验、插卡、编程、直观和通电检查、封印、贴标、下料等单元组成；软件部分主要由检定系统管理软件、检定软件、控制软件等组成，构成检定系统管理平台，实现电能表检定、检测作业的全过程自动化、智能化。检定系统组成如图3所示：

图3 电能表自动化检定系统组成示意图

单相电能表自动化检定系设计有10组的检定单元，每组检定单元由60个检定工位组成，共计600个检定表位，年检定能力可达72万具，系统组成示意图如图4所示：

图4 单相电能表自动化检定系统组成示意图

三相电能表自动化检定系统中有10组的检定单元，每组检定单元由20个检定工位构成，共计200个检定表位，设计年检定量7.2万具，系统组成示意图如图5所示：

图5 三相电能表自动化检定系统组成示意图

系统在试运行期问，我们对智能检定模式与传统检定模式下的检定装置，进行了电能表检定工作程序的性能比对和效率分析。结果表明，采用智能检定模式后，原来的人工作业方式均提升为智能化和自动化作业方式，60表位一批的电能表检定节省时间约92分钟，单台检定装置提高检定效率150%，配套设施减少90%，减少检定装置70%，用房面积减少40%，人员使用减少90%，每年可节省成本约566万元。随着电能计量的再集约、再深化，规模效应将更加显著，产生的经济效益将更加明显，如表3所示：

表3 智能检定模式与传统检定模式对比

3 电能表自动化检定系统改进

电能表自动化检定系统的主要组成部分是自动化设备和检定装置，均为相对成熟的产品，为适应电能表自动化检定的特殊性，设计和开发了较多的非标产品，如编程键触发机构、自动封印机构等，其运行稳定性和可靠性均存在一定问题。

针对天津电能表自动化检定系统编程键触发机构及自动封印机构存在的稳定性和可靠性较差的实际问题，在保证单相电能表安全的前提下，我们提出了增加单相电能表编程开关无效状态。增加单相电能表编程开关无效状态后，编程开关状态分两种，即编程开关有效状态和编程开关无效状态。编程开关有效状态：按压编程按钮，可进入允许编程状态或无法编程状态，此时编程功能应完全符合国网要求；编程开关无效状态：单相电能表始终处于编程允许状态（无自动退出时间限制），此时编程开关符号闪烁，无论是否按压编程按钮，均不会退出允许编程状态。如表4所示：

表4 电能表自动化检定系统的改进

从表中可以看出增加电能表编程开关无效状态，自动化检定系统无需对电能表进行松编程按钮盖螺丝、翻编程按钮盖、按编程按钮、紧编程按钮盖螺丝、松编程按钮盖螺丝、送翻编程按钮盖封印下座、送翻编程按钮盖封印下盖等机械动作,直接解决了编程键触发机构和自动封印机构运行稳定性和可靠性的问题，同时也降低了自动化检定系统的建设成本。

4 小结

采用自动化检定系统和智能化仓储系统，能够消除人为和地域因素引起的检定质量差异，有效提高检定、配送工作效率和计量管理水平，实现省级计量检定整体授权，增强公司系统计量工作的管控力和影响力，是公司“五大”体系建设的必然要求。但由于自动化检定系统和智能化仓储系统涉及基础设施、生产运行、经营管理、客户服务等多项内容，覆盖范围广，建设投资大，技术含量高，为了规避建设风险，提出以下建议：

4.1 科学规划，稳妥推进

省级计量中心在建设自动化检定系统和智能化仓储系统时，要提高风险意识，科学规划建设方案和推进计划，积极稳妥推进建设。建设初期自动化检定系统的检定能力占全部检定量的比例不宜过大，应配置不少于20%常规检定能力。

4.2 强化评估，完善标准

组织专家组对现已投运和正在建设的自动化检定系统和智能化仓储系统进行全面评估，总结经验，尽快修订完善技术标准、验收标准及运行管理标准，组织开展新建系统初设方案评审优化工作。

4.3 严格验收，确保质量

邀请系统内外技术专家成立验收专家组，依据国家相关检定规程和公司技术标准、验收标准，编制详细、全面的验收方案，对施工质量、制造工艺、建设过程管理等环节进行严格检查，建设精品工程。

4.4 优化管理，高效运行

加强运维管理，建立完善的运行人员定岗及培训体系，实行持证上岗制度，定期开展技术培训，不断提高员工的技术水平。建立并实施完善的质量监督体系和运行维护体系，确保设备安全稳定高效运行。

4.5 加强沟通，整体授权

应积极主动与技术监督部门进行沟通，以获得技术监督部门的理解与支持，争取自动化检定系统能够尽快通过计量标准考核及授权，确保合法开展计量检定工作。

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