提高检定流水线接驳率的电能表辅助端子设计

洪巧文，张荔鹃，何 洪，，王 姣，张琼海（．国网福建省电力有限公司电力科学研究院，福建厦门36000；．福建省能源服务有限公司，福建厦门36000）



提高检定流水线接驳率的电能表辅助端子设计

洪巧文1，张荔鹃1，何 洪1，2，王 姣1，张琼海2
（1．国网福建省电力有限公司电力科学研究院，福建厦门361000；2．福建省能源服务有限公司，福建厦门361000）

摘要：为了提高电能表自动化检定流水线接驳率（即接线成功率），保证流水线检定合格率，缓解人工

检定装置不合格表计复检压力，提出了一种电能表辅助端子尺寸规格的改造设计。流水线检定装置与传统检定装置最大区别在于流水线具有自动接驳机构，不适合逐一检查、调整表针接驳情况，必然存在因线体抖动或硬件偏移等影响电能表接线端子准确接驳的问题，尤其针对口径不到3. 5 mm的电能表辅助端子，更是要求接驳机构应具有较高的定位精度。从改进电能表辅助端子规格尺寸出发，提出了在辅助端子U型槽设计半径为R1的圆倒角并严格规范金属孔等尺寸要求，有效增强辅助端子的容错能力，提高了线体的接驳率。

关键词：检定流水线；接驳率；电能表；辅助端子

0 引言

随着智能电网的大力推进，智能电能表将大量应用，随之带来表计检定量的骤然倍增。采用传统的电能表检定装置不管有多少个检定表位都是单机设备，需要人工挂、摘表，人为接线，仓储、搬运、检定、数据处理、出入库、配送管理等多个环节也均需大量人力资源。传统人工检定模式消耗了大量的人力、物力和财力，且检定效率低，无法满足新形势下市场经济发展的用表需求。此外，电能表计量准确与否还直接关系到电力企业与用户之间的切身利益。而人工检定模式易受到检定员技能水平、设备状态及职业素养等因素影响表计的检定结果。故探索电能表新型检定模式势在必行［1－3］。

因此，智能化仓储系统及自动化检定流水线应运而生。自动化检定流水线将自动化、信息化和人工智能等先进技术应用到常规的计量检定作业中，通过在传统检定装置的基础上增加输送线、机械手、自动接拆线、照相及识别等自动化装置，高效完成国家规程规定的各个检定项目，可准确判定检定结果，消除人为和地域因素引起的检定质量差异，有效提高检定工作质量和效率［4］。自动化流水线检定装置与传统检定装置最大区别在于流水线具有自动接驳机构（包括了顶升气缸或托盘定位架、压接气缸及表座表针等硬件部分，在PLC电控指令下，通过顶升气缸或托盘定位架将载有电能表的托盘托起固定，再控制压接气缸推动表座，使表针（电压电流端子、辅助端子）接入表计端子孔内，与孔内金属内壁及金属螺丝有效接触，确保接线测试及后续试验顺利进行。检定流水线的接驳机构有别于人工检定装置，不适合逐一检查、调整表针接驳情况，且至少存在以下几方面问题严重影响了线体的接驳率：一是因托盘输送链板运行、挡停动作及托盘撞击，不可避免使自动接驳机构存在抖动现象；二是自动接驳机构与托盘配合面的杂物或磨损也会造成托盘托起定位偏差；三是表针易磨损致针头磨平或者表针轻微变形，致使表针顶在电能表端子孔外，无法有效接触金属内壁及螺丝。

为了有效解决上述问题，本文从改善电能表端子孔方面入手，通过改进电能表辅助端子规格尺寸，即在辅助端子U型槽设计半径为R1的圆倒角并严格规范金属孔等尺寸要求。该设计能够有效增强辅助端口的容错能力，提高线体的接驳率。

1 检定流水线接驳现状

结合国网企标所规定的电能表端子结构及尺寸，以及检定流水线自动接驳机构等设备特点，从“电能表端子规范要求”和“检定流水线接驳问题”两方面着手分析，归纳总结电能表自动化检定流水线的接驳现状。

1. 1 电能表端子规范要求

根据国网企业型式规范要求，电能表的端子座结构及尺寸应符合国网企标Q／GDW 1355⁃2013中“附录A．5：电能表接线端子尺寸简图”的规定，即图1～2所示［5］。图1规范了电能表电压、电流及辅助端子关于数量、口径大小、位置分布及结构等尺寸方面的基本要求。图1中，端子口能否与自动接驳机构的表针精准对接的关键尺寸包括：各端子口的纵向高度（即电压、电流端子13 mm；辅助端子31. 5 mm）、横向间距两方面。一旦尺寸存在偏差，将对自动接驳机构的定位产生影响，导致接线失败。为确保表针顺利压接，Q／GDW 1355⁃2013还对电能表电压、电流端子接线孔外口要求采用倒角设计并规范了倒角要求，见图2。然而，该电能表型式规范仅规定了辅助端子塑料外孔的U型口径（3. 5 mm），没有对辅助端子的尺寸规格做出细化要求。

图1　电能表接线端子尺寸简图Ⅰ

图2　电能表接线端子尺寸简图Ⅱ

1. 2 检定流水线接驳问题

电能表检定流水线的自动接驳机构主要包括了顶升气缸或托盘定位架、压接气缸及表座表针等硬件部分。下面以福建单相自动化检定流水线为例，分析检定流水线为何会出现接线失败及所造成的影响。首先，因单表位托盘无紧锁或卡扣机构，必然使表计与托盘之间存在间隙，经测量该间隙值最大可达3 mm；第二，当托盘经链板输送线送至检定单元内，存在因挡停开关位置微移或托盘边缘磨损而造成托盘定位偏差；第三，压接机构上的表针轻微变形及托盘定位架与托盘配合面存在杂物或磨损等现象，也将影响压接气缸动作时接驳未能准确到位；第四，线体托盘输送链板运行、挡停动作及撞击，也不可避免造成自动接驳机构的抖动；最后，电能表辅助端子塑料口径仅为3. 5 mm且表针针头直径约1. 5 mm，若针头再被压扁或磨平，其针头尺寸更大，对定位要求更高。因此，检定流水线自动接驳机构容易发生表针顶在电能表端子U型槽外边缘上，无法有效接触金属内壁及金属螺丝，引起接线不良的现象［6］。

检定流水线的接线不良问题降低了线体的接驳率，也在线体检定合格率、不合格表计复检以及设备损伤等几方面产生深远影响。

（1）线体检定合格率：经线体不合格结论分析表明，接线失败在不合格表计数量中的占比排在前列，若线体接线不良未改善，将使检定合格率深受影响。

（2）不合格表计复检：接线不良导致过多的不合格表计，使得上人工检定装置做不合格复检的压力增大，影响批次检定效率。

（3）设备损伤方面：包括了表座表针易弯曲、电能表外壳受损伤以及自动接驳机构变形等，给线体维护保养增加工作量。

2 电能表辅助端子改进

为了改善检定流水线的接线不良问题，提高线体接驳率，根据前面关于引起接线偏差的若干因素知，可从技术突破和制度管理两个层面上采取相应措施。一是技术突破层面包括：改造单表位托盘，使之具有卡扣定位功能，同时在线体上下料机器人区域增加卡扣的启／锁机构，并提高自动接驳机构压接时的定位精度。二是制度管理层面包括：加强对检定流水线的日常巡视及检查力度，及时校正偏移的接驳机构并更换变形、受损的表针；严格把控所购置表针的质量等。然而，线体定位精度技术上的突破并非易事，且目前也无卡扣定位功能的单表位托盘，需重新开发设计再与检定流水线磨合，存在周期长、对线体改动大的问题。在加强表针日常巡视及其质量把关上，表针技术指标合格与否和表针轻微变形也是不易判别的，若频繁更换表针则会降低表针利用率、增加运维成本。

为此，本文在不断健全检定流水线运维巡视制度，在不必对线体做较大改动并保证系统运行稳定的前提下，重点从改进电能表辅助端子的规格尺寸出发，提出了在辅助端子U型槽做半径为R1的圆倒角并严格规范金属孔等尺寸要求的结构改动设计，如图3所示。

图3　电能表辅助端子改进设计简图

本设计特点之一是在国网企标Q／GDW 1355⁃2013型式规范基础上，对电能表辅助端子口圆心高度（即31. 5 mm）限定允许偏差值±δ mm（即图3左侧端子座尺寸全图中31. 5 mm± 0. 3 mm）。该允许偏差值±δ mm的执行，能够保证不同厂家电能表辅助端子的纵向高度不会有较大偏差。

本设计特点之二是在电能表辅助端子U型槽做半径为R1的圆倒角，如图3辅助端子局部俯视图与3D效果图。在U型槽内径不小于3. 5 mm的内侧菱边处，做半径为R1的圆倒角。圆倒角的作用在于：当表针轻微受损偏移、自动接驳机构因杂物或磨损以及线体设备运行抖动引起压接时表针针头顶在电能表辅助端子U型槽口边缘，能够自动顺着圆倒角弧度滑入金属孔内壁与金属螺丝之间。如此一来，圆倒角半径R1越大，其容错性就越强。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），且考虑表针针头直径约1. 5 mm，故R1大小设定为1 mm±0. 2 mm。

本设计特点之三是严格规范了辅助端子金属孔尺寸要求，如图3辅助端子局部剖面图。首先要求金属铜孔圆心与U型槽同心；第二，金属孔应做不低于0. 2 mm的倒角；第三，金属孔的内径尺寸精度要求正偏差（即3. 0 mm＋0. 2 mm），且接线孔内飞边应去除干净。

理论上，设计特点一保证了辅助端子口纵向高度与表针偏差不超过±0. 3 mm；设计特点二确保表针针头只要超过一半顶在R1的圆倒角表面上，定能顺着圆倒角弧度滑入端子口内，即表针定位范围偏差增加了2 mm±0. 4 mm，使直径仅约1. 5 mm表针轻微变形的冗余量增大；此外，设计特点三的目的在于避免表针滑入U型槽内壁后，卡在金属孔边缘上，不能和金属孔内壁与金属螺丝有效接触。因此，经过改进设计后的电能表辅助端子具有更强的容错能力，能有效减少检定流水线的接线不良现象，提高线体的接驳率。

3 实际测试

以福建单相自动化检定流水线为例，对电能表辅助端子改造设计前后的检定流水线接驳率进行了现场测试。该检定流水线能够通过“接线测试”试验判断检定单元各个表位的RS485、时钟及脉冲共3组辅助端子口的压接情况。在12个检定单元中任选一单元进行测试，取改造设计前后的同一厂家电能表各96只（一个检定单元有96个表位）放入检定单元空托盘内。在分别检查并更换检定单元内各表座表针折断、变形等损伤情况之后，通过电控及检定软件反复地进行压接和“接线测试”试验操作，对改造设计前后的表计各进行不少于100次的压接测试，记录测试结果并填入表1。

表1　辅助端子改造设计前后的接线比对Ⅰ

如表1所示，现场对改造设计前后的电能表分别进行了9 600频次的表位压接测试（即9 600 ×3频次的RS485、时钟及脉冲接线测试），算得所测试的接驳率并加以对比，结果表明经改造设计后的电能表辅助端子的接驳效率提升了1. 07个百分点。

为了进一步验证电能表辅助端子做R1圆倒角并严格规范金属孔等尺寸的改造设计能有效提高线体的接驳率。本文还从单相自动化检定流水线的历史数据库分别导出在2014年上半年和2015年上半年某期间且线体检定数量相当（取大于10万只的检定量）的RS485、时钟及脉冲“接线测试”试验情况进行汇总对比，见表2。其中，2014年上半年所检定的是改造设计前的表款，而2015年上半年所检定的是改造设计后的表款。由表2可知，经检定流水线大批量的接线实践结果表明：对电能表辅助端子规格尺寸的改造设计大幅地降低了RS485、时钟及脉冲的接线失败次数，提高检定流水线的接驳率。

表2　辅助端子改造设计前后的接线比对Ⅱ

4 结论

本文研究了电能表检定流水线的接线不良问题，提出了在电能表辅助端子U型槽做半径为R1的圆倒角并严格规范金属孔等尺寸要求的结构改动设计。从理论和实际测试验证了该改进设计不仅增强了辅助端子的容错能力，保证表针能顺利滑入金属孔内壁与金属螺丝之间形成有效接触；而且，该设计避免了对线体做较大改动，也无需频繁更换轻微变形的表针，减少日常巡视和运维工作量并节约运维成本。通过将辅助端子尺寸的小改动纳入到对电能表的招标细化要求中，严格规范厂家生产更能适应于流水线检定的规格一致的电能表，既能保证线体的检定合格率，减少人工检定装置不合格表计复检压力，也降低了表针、电能表等设备受损伤的风险，实现互利共赢。

参考文献：

［1］张燕，黄金娟．电能表智能化检定流水线系统的研究与应用［J］．电测与仪表，2009，（12）：74－77．

［2］高利明，陈卓娅，张欲晓，等．一种智能化全自动流水线电能表检定系统［J］．河南电力，2011，（4）：38－41．

［3］李野，曹国瑞，石卫平．单相电能表自动化检定系统的研究与应用［J］．电工技术，2013，（4）：25－26．

［4］何志强，王雍，刘忠，等．柔性控制技术在三相智能电能表自动化检定系统中的应用［J］．电测与仪表，2013，（6）：78－82．

［5］Q／GDW 1355－2013，单相智能电能表型式规范［S］．

［6］刘建，黄奇峰，王忠东，等．基于ADAMS的电能表自动化检定压接过程动力学仿真分析［J］．制造业自动化，2014，（3）：84－86．

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

作者简介：洪巧文（1987－），男，工程师，研究方向为计量科学与技术、电气自动化与控制，E⁃mail：hqw1005＠126. com。

收稿日期：2015－11－05。

中图分类号：TB971

文献标识码：A

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