低压电流互感器自动化检定系统设计与实现

章鹿华 易忠林 王思彤 徐占河 李映辉 王龙华

(冀北电力有限公司计量中心1，北京 102208;国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司2，湖北 武汉 430074)

0 引言

计量检定是国家强制管理的重要工作，其社会性强，法制化要求高，各级政府管理监督严。计量器具准确与否，关系着广大电力客户的切身利益和电网企业的经济利益，影响着电网的优质服务水平和社会履责形象。

为进一步深化电网发展方式和公司发展方式的转变，建设坚强智能电网，国家电网公司决定进一步优化整合计量资源，实施建设省级集中的计量中心，实现电能计量器具和采集终端的集中检定［1］、集中仓储、统一配送、统一监督，实现“整体式授权、自动化检定、智能化仓储、物流化配送”。

计量用低压电流互感器［2］(以下简称:互感器)自动化检定系统是“411”项目的关键技术与装备之一。互感器是电能计量装置的重要组成部分，研制互感器自动化检定系统将最大限度地消减人为因素，提高检定结果的一致性，进一步提升电能计量的准确性、可靠性，保障供售用电各方的合法权益，有利于促进企业、行业和社会的和谐发展。

1 国内外研究现状分析

目前，国内互感器检定装置［3］的多只检定、自动数据处理等技术已相对成熟，但互感器一次、二次接线必须由人工完成，尤其是穿心式互感器一次接线和母排式互感器一次、二次接线费时费工。互感器检定装置单体的日检定能力难以提高，只有通过增加设备、人力、场地才能满足电网不断发展的需求。同时，部分互感器检定机构已配置了自动化立体仓库，互感器出入库效率有所提升，但仓储与检定台体之间的接驳仍需投入大量人力完成重复而简单的物料搬运。

自国家电网公司提出建设省级计量中心指导意见以来，自动化检定技术受到广泛关注。国内从事互感器检定的科研院所、制造企业均有不同程度的投入，比较有代表性的是秦皇岛和浙江宁波的两家公司。这两家公司于2011年先后开始试制互感器自动化检定样机，目前已初步实现自动上下料、自动接拆线等任务，初步满足互感器自动化检定的基本要求，但尚未实现仓储接驳、自动传输、自动检定、计量管理的一体化运行，系统监控实时性、工件托盘定位准确性也正在进行完善改进。

2 自动化检定系统总体设计

2.1 系统布局

本项目研制的互感器自动化检定系统，主要由自动传输、自动检定、抗干扰、安全监控和信息管理等子系统构成。本项目按照自动化、可靠性、安全性、可追溯性、运维方便的原则，合理规划系统布局，建模控制工序节拍，优化物料流转路径，协同各功能单元的高效运行，实现了仓储接驳、物料传输、互感器上下料、互感器一二次端子接拆线、检定、分拣贴标、异常故障处理等的全自动操作，以及与智能仓储系统、计量一体化生产调度平台的无缝对接。

系统可开展0.2S级及以下互感器的检定，年检定量不低于160000只。检定项目包括:外观检查、绝缘电阻测量、工频耐压试验、二次绕组匝间绝缘试验、磁饱和裕度试验和基本误差试验。检定数据实行信息化管理，符合国家检定规程和国家电网公司企业标准的要求。

检定系统作业流程如下。

①互感器以垛为单位出库流转至仓储接驳单元，由拆垛机拆垛后进入周转箱传输线。

②系统核对箱表信息、检查互感器外观。如无异常，周转箱进入上料单元;如有异常，则流转至不合格箱区。

③上料机械手将互感器从周转箱中逐只抓取至互感器工件托盘上，进入托盘传输线，如互感器位置摆放反向，则由机械手自动调整。

④互感器流转至绝缘耐压检测单元进行试验。

⑤经绝缘电阻测量和耐压试验后，合格品流转至误差检定单元，不合格品流转至不合格分拣单元。

⑥互感器经匝间绝缘强度试验、磁饱和裕度试验和误差试验后，进入下料传输线。

⑦在下料传输线上进行分拣贴标后，由下料机械手将合格互感器装箱，不合格互感器流转至不合格分拣单元。

⑧合格互感器装箱后进行码垛操作，通知智能仓储系统接收入库。在入库过程中可随机抽取一箱通过复检线进入临检区，复检完成后执行入库操作。

2.2 实现方案

2.2.1 灵活兼容自动传输子系统

本文设计的剪刀叉式拆码垛机［4］由机架、升降机构、传输机构、拆码机构、夹紧机构和导向挡板等组成，全自动完成待检整垛互感器周转箱的拆垛作业和已检互感器周转箱的码垛作业。采用伺服电机、四轴电缸和平行气爪设计互为备用的上下料机械手［5］，四个自由度重复定位精度高达0.1 mm，气爪可水平旋转180°，实现了互感器在不同区域、不同移载工装之间的自动传输以及不同规格互感器的抓放自适应和反向摆放的自动纠错。

消化吸收辊筒线、链板线、皮带线等流水线技术，实现整垛、单箱周转箱和单只互感器的自动传输。与智能仓储系统对接，将互感器准确可靠地传送到系统各个工位。

2.2.2 专用移载工装

研制两型专用周转箱，兼容装置不同规格的互感器，具有唯一识别的一维条形码和射频识别(radio frequency identification，RFID)标签，实现互感器在智能仓储系统与自动检定系统之间的有序流转。

周转箱具有中心定位公差±0.5 mm的自适应格栅结构，外形尺寸精度不低于1 mm，承重不小于100 kg。

对于工件托盘［6］，设计了斜倒角定位导向柱、多维梯形挡板、护翼和绝缘底座，并采用两层沉台结构，实现不同规格互感器的自动传输，防止互感器姿态异常和带电测试的风险。

2.2.3 自动接拆线机构

研制自动接拆线装置、自动穿心导向组件和自动二次压针接线组件等自动机构，实现一次接线自动穿排、穿心导向和二次接线自动压接。

①采用圆形铜杆、矩形铜排、同步电缸、气爪、导电块等研制自动穿排机构，实现圆孔型和方孔型穿心式互感器自动一次接线，最大通流为2400 A、最大接触压力为3 MPa。

②采用活动导电块、夹爪、驱动气缸等研制母排式互感器接线机构，最大通流为90 A、最大接触压力为0.5 MPa。

③采用底部绝缘支撑滚轮、侧翼绝缘导向滚轮、导杆式气缸等研制自动穿心导向组件，保证穿排行程平稳直线。

④ 采用导杆式气缸、二次引线端子、弹簧、导电杆、触头等研制自动二次压针接线组件，最大通流为90 A，压接可靠无发热，可按规程自动检定不同规格的互感器。

自动穿心导向组件及二次压针接线组件示意图如图1和图2所示。

2.2.4 多层级组态式自动控制

研发电控子系统和信息管理子系统，实现工作站、人机界面、功能单元、传感器以及PLC之间的顺畅通信。对接计量一体化生产调度平台和智能仓储系统，支持远程或本地控制机械手、传输流水线、拆码垛机、自动接拆线、自动检定等装置。应用三维仿真技术，集中、实时显示控制出库、上料、检定、下料、入库以及异常处理等环节与流程。有序管理信息、参数和数据，检定数据准确、完整、可追溯。

2.2.5 智能信息识别

集成应用射频识别(RFID)和条码扫描技术，自动采集、绑定周转箱和互感器的信息;应用视觉识别和图像匹配技术，实现对互感器的外观检查和摆放位置的验证、纠错;应用自动贴标技术，实现已检互感器的自动分拣贴标。

2.2.6 完备的抗干扰与安全监控

系统采用强弱信号隔离布线、供电滤波、高频控制信号屏蔽、接触器加装灭弧器、多层巴特沃兹滤波电路、高压瓷片电容、瞬态电压抑制二极管(transient voltage suppressor，TVS)抑制电路、软件滤波等技术，防止自动传输、检定试验、电气控制等设备带来的复杂干扰。

采用红外测温技术定点监控潜在发热源，采用安全光幕技术防护试验区域，采用视频监控技术实时监视系统运行、自动定位故障点。定点诊断电源、气源、信息源以及设备等的异常与故障，实现分级分类控制。

3 结束语

本文介绍的具有自主知识产权的互感器自动化检定系统，集成应用了人工智能、自动控制、RFID物联网、流水线和物流规划等先进技术，率先引领互感器检定迈入自动化、无人化、智能化的全新阶段，大幅提升了省级计量中心整体技术水平，为更大范围优化电能计量资源配置提供了技术实现方式［7］，为坚强智能电网建设提供了重要技术支撑。

应用本系统可进一步消除人为和地域因素，提高检定质量和工作效率，可进一步强化计量的透明度、公正性和准确性，提高政府和用电客户的满意度，全面提升计量检定的公信品格和精准品质。

［1］彭时雄.高准确度电流互感器的检定方法［J］.华北电力技术，1995，12(5):13-1.

［2］殷庆铎，徐占河，段晓明，等.低压防窃电成套电流互感器特性研究［J］.电测与仪表，2009，12(8):18-22.

［3］赵修民，赵屹涛，韩海洲，等.便携式电流互感器检定装置的研发和创新［J］.电测与仪表，2011，12(9):41-44.

［4］徐占河，章鹿华，张蓬鹤，等.基于互感器自动检定线的拆码垛机的研制［J］.自动化与仪器仪表，2012，6(1):131-133.

［5］刘继东，郭宝利，郭红霞，等.门架式机械手在低压电流互感器自动检定系统中的应用［J］.自动化与仪器仪表，2012，6(4):112-113.

［6］陈琳，郭宝利，陈伟斌，等.低压电流互感器自动检定系统通用工装的研制［J］.自动化与仪器仪表，2012，6(4):99-100.

［7］何艳，白怡明，杨广亮，等.低压配电系统电流互感器的选型方案［J］.电气开关，2010，6(4):9-12.