流水線自動(dòng)化檢表系統(tǒng)的耐壓測(cè)試部分溯源檢測(cè)

沈明炎 林松 陳靜 姜蘇娜 / ．福建省計(jì)量科學(xué)研究院；．國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司平潭供電公司

流水線自動(dòng)化檢表系統(tǒng)的耐壓測(cè)試部分溯源檢測(cè)

沈明炎1林松2陳靜1姜蘇娜1/ 1．福建省計(jì)量科學(xué)研究院；2．國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司平潭供電公司

在剖析自動(dòng)化檢表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其流程控制的基礎(chǔ)上，著重分析研究了系統(tǒng)的耐壓測(cè)試部分的工作原理及計(jì)量性能，根據(jù)電學(xué)計(jì)量理論和相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，提出了檢表系統(tǒng)耐壓測(cè)試部分的溯源檢測(cè)方法。為智能電能表的流水線自動(dòng)化檢表系統(tǒng)的耐壓檢測(cè)提供技術(shù)參考，在保證耐壓測(cè)試試驗(yàn)的準(zhǔn)確可靠方面具有重要的意義。

自動(dòng)化檢表；耐壓測(cè)試；溯源檢測(cè)；檢測(cè)方法

0 引言

隨著我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)的日益開展，智能電網(wǎng)正在不斷實(shí)現(xiàn)全覆蓋，智能電能表作為其供電和用電雙方貿(mào)易結(jié)算的憑證，要求智能電能表的計(jì)量性能能夠滿足要求。由于智能電能表數(shù)量龐大、功能復(fù)雜、檢表工作量大和時(shí)效要求高等都要求國(guó)網(wǎng)電力公司改變傳統(tǒng)的檢表方式，因此國(guó)網(wǎng)電力公司在全國(guó)范圍內(nèi)采用集約化的現(xiàn)代管理方式，科學(xué)地應(yīng)用流水線自動(dòng)化檢表系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢表，其中就包含智能電能表的耐壓測(cè)試部分這一個(gè)性能測(cè)試部分，以檢測(cè)智能電能表的安全防護(hù)相關(guān)的電性能。耐壓測(cè)試作為智能電能表一個(gè)重要的檢測(cè)項(xiàng)目，其測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性是衡量智能電能表性能好壞的重要指標(biāo)，因此，其測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量性能必須符合相應(yīng)等級(jí)的技術(shù)要求。下文就著重分析研究流水線自動(dòng)化檢表系統(tǒng)的耐壓測(cè)試部分溯源檢測(cè)。

1 流水線自動(dòng)化檢表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

流水線自動(dòng)化檢表系統(tǒng)是采用異步并行方式工作和流程分段方式控制的模式將多個(gè)檢驗(yàn)子系統(tǒng)聯(lián)接運(yùn)行的一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)。在整個(gè)工作平臺(tái)的一邊設(shè)置縱向傳送機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)平臺(tái)的各子系統(tǒng)的縱向傳送機(jī)構(gòu)對(duì)接在一起，用于向電能表檢驗(yàn)單元傳送待測(cè)電能表。傳送機(jī)構(gòu)和各子系統(tǒng)的終端控制器與主控計(jì)算機(jī)通信連接，由計(jì)算機(jī)控制協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)目多流程分段同時(shí)工作[1]。

流水線自動(dòng)化檢表系統(tǒng)分為管理層、傳動(dòng)層、執(zhí)行層三部分[2]，其中管理層是負(fù)責(zé)系統(tǒng)的控制、通信和調(diào)度；傳動(dòng)層則是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的電氣自動(dòng)化傳動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)流程自動(dòng)化；執(zhí)行層則是由實(shí)際執(zhí)行檢驗(yàn)和測(cè)量任務(wù)的各個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，其中包括倉儲(chǔ)接口部分、分揀部分、耐壓測(cè)試部分、外觀檢查部分、電能表電能檢定部分、電能表功能測(cè)試部分、自動(dòng)封印和自動(dòng)貼標(biāo)部分，執(zhí)行管理層下發(fā)的指令，能夠自動(dòng)按程序完成各項(xiàng)檢測(cè)任務(wù)。流水線自動(dòng)化檢表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 流水線自動(dòng)化檢表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

由于耐壓測(cè)試試驗(yàn)為安規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目，其試驗(yàn)技術(shù)要求與電能誤差檢定單元不同，因此獨(dú)立作為一個(gè)性能測(cè)試部分[3]，下文就詳細(xì)闡述流水線自動(dòng)化檢表系統(tǒng)的耐壓測(cè)試部分的工作原理及相應(yīng)的溯源檢測(cè)方法。

2 耐壓測(cè)試部分的工作原理

耐壓測(cè)試部分采用程控式的控制方式，可遠(yuǎn)程設(shè)置試驗(yàn)電壓值及電壓持續(xù)時(shí)間。自動(dòng)耐壓測(cè)試部分在被檢電能表進(jìn)入測(cè)試位置后，完成端子的自動(dòng)插接，自動(dòng)讀入檢定方案并開展測(cè)試，自動(dòng)判斷檢定結(jié)果，并將檢定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、上傳。試驗(yàn)過程中，耐壓試驗(yàn)裝置分別對(duì)每個(gè)表位的泄漏電流進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)泄漏電流大于預(yù)先設(shè)置的泄漏電流限值時(shí)，自動(dòng)切斷相應(yīng)表位的試驗(yàn)電壓，并報(bào)警指示該表位耐壓擊穿，其他未擊穿表位繼續(xù)耐壓測(cè)試[4]。試驗(yàn)完畢后，工控機(jī)可以讀取各表位的耐壓結(jié)果。

耐壓試驗(yàn)時(shí)，其工作原理圖如圖2所示，由交流電壓發(fā)生器產(chǎn)生一設(shè)定的高電壓，施加在被檢電能表試驗(yàn)端子上進(jìn)行測(cè)試。保持一段規(guī)定的時(shí)間，通過漏電流檢測(cè)電路實(shí)測(cè)的泄漏電流值的大小來確定被檢電能表的耐壓能力。如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，其泄漏電流小于規(guī)定的泄漏電流限值，則確定被檢電能表的耐壓能力符合要求。

圖2 耐壓試驗(yàn)原理圖

不同的產(chǎn)品有不同的技術(shù)規(guī)格,測(cè)試方式根據(jù)電能表的型號(hào)規(guī)格分為兩類，一類為直接接入式電能表，試驗(yàn)電壓施加于連接在一起的電壓電流線路、工作電壓高于40 V的輔助線路端鈕與外殼的接地螺釘（或緊固螺釘、緊靠電能表底座的金屬平板）之間，不受耐壓試驗(yàn)的線路接地；另一類為經(jīng)互感器接入式電能表，其分別測(cè)試電壓回路對(duì)地、電流回路對(duì)地和不相連接的所有電壓線路與所有電流線路之間的耐壓試驗(yàn)，不受耐壓試驗(yàn)的線路接地[5]。

耐壓試驗(yàn)裝置的高壓試驗(yàn)容量≥500 VA，可平穩(wěn)調(diào)定工頻正弦波形（波形畸變因數(shù)＜5%）的試驗(yàn)電壓。試驗(yàn)電壓應(yīng)在5～l0 s內(nèi)由零升到要求的試驗(yàn)電壓，并保持l min，隨后以同樣速度將試驗(yàn)電壓降到零，在耐壓測(cè)試過程中，試驗(yàn)裝置的絕緣不應(yīng)出現(xiàn)擊穿或電弧放電現(xiàn)象[6]。耐壓測(cè)試部分系統(tǒng)框圖如圖3所示。

3 耐壓測(cè)試部分的溯源檢測(cè)方法

3.1 輸出電壓的檢測(cè)

測(cè)量耐壓輸出裝置的輸出電壓利用間接測(cè)量的原理：將交流高電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)比例的可供測(cè)量的交流低電壓，再將高精度電壓表的測(cè)量電壓按比例換算得到測(cè)量結(jié)果，通過與裝置輸出電壓的比較得出誤差值。對(duì)輸出電壓誤差的要求為±2 %（6 000 V以下），電壓誤差的數(shù)學(xué)表達(dá)式如式（1）所示。

圖3 耐壓測(cè)試部分系統(tǒng)框圖

式中：U′——耐壓裝置的輸出電壓設(shè)定值；

U——輸出電壓的實(shí)測(cè)值

通常有兩種常用的電壓測(cè)量方式，一種是采用電壓互感器（變比為10 000 V/100 V）和1臺(tái)由高精度數(shù)字電壓表構(gòu)成的PT分壓法；另一種是由高壓分壓器和1臺(tái)由高精度數(shù)字電壓表構(gòu)成的電阻分壓法。其輸出電壓的檢測(cè)示意圖如圖4所示。

圖4 輸出電壓的檢測(cè)示意圖

3.2 泄漏報(bào)警電流的檢測(cè)

測(cè)量耐壓輸出裝置的泄漏報(bào)警電流的測(cè)量原理：在耐壓輸出裝置的輸出端串入調(diào)節(jié)負(fù)荷（根據(jù)輸出電壓的檔位，利用歐姆定律來選擇調(diào)節(jié)負(fù)荷），與高精度交流毫安表配合檢測(cè)電流，耐壓裝置緩慢升壓直至報(bào)警跳閘，將此時(shí)耐壓裝置上顯示的泄漏報(bào)警電流與高精度交流毫安表測(cè)量的實(shí)際值比較，計(jì)算出泄漏報(bào)警電流的誤差。泄漏報(bào)警電流誤差的數(shù)學(xué)表達(dá)式如式（2）所示。

式中：I′——耐壓裝置的泄漏報(bào)警電流顯示值；

I——泄漏報(bào)警電流的實(shí)測(cè)值

常用的泄漏報(bào)警電流測(cè)量方式有兩種。一種是采用高阻值大功率可調(diào)電阻與高精度交流毫安表直接串入耐壓輸出裝置來測(cè)量，此方法操作簡(jiǎn)單，但對(duì)高壓可調(diào)電阻箱要求較高，并且在檢測(cè)的過程中直接高壓操作，危險(xiǎn)性較高，通常不采用此方法；另一種是采用間接測(cè)量的方式，利用電壓互感器將交流高電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)比例的交流低電壓，再將低阻值小功率可調(diào)電阻與高精度交流毫安表串接于電壓互感器的二次側(cè)。此方法不僅可調(diào)負(fù)荷易滿足要求，而且檢測(cè)過程處于低壓測(cè)量狀態(tài)，安全性較高，因此一般采用此方法檢測(cè)泄漏報(bào)警電流。其泄漏報(bào)警電流的檢測(cè)示意圖如圖5所示。

圖5 泄漏報(bào)警電流的檢測(cè)示意圖

3.3 輸出電壓保持時(shí)間的檢測(cè)

耐壓裝置交流高電壓輸出的過程可分為三個(gè)時(shí)間階段。第一階段為試驗(yàn)電壓從零升至輸出設(shè)定電壓值的時(shí)間，稱為上升時(shí)間；第二階段為試驗(yàn)電壓保持在輸出設(shè)定值的時(shí)間，稱為輸出電壓保持時(shí)間；第三階段為試驗(yàn)電壓從輸出設(shè)定電壓值降至零的時(shí)間，稱為下降時(shí)間。耐壓測(cè)試試驗(yàn)時(shí)間信號(hào)圖如圖6所示。因此，耐壓裝置的輸出電壓保持時(shí)間的檢測(cè)是利用開關(guān)計(jì)時(shí)的原理，即設(shè)置一個(gè)門限電壓（設(shè)置為與耐壓裝置輸出設(shè)定電壓一致）。當(dāng)檢測(cè)的電壓值達(dá)到門限水平時(shí)，啟動(dòng)時(shí)間計(jì)數(shù)，當(dāng)電壓值低于門限水平時(shí)停止時(shí)間計(jì)數(shù)，則這期間所累計(jì)的時(shí)間為試驗(yàn)時(shí)間的實(shí)測(cè)值，與耐壓裝置的設(shè)置時(shí)間相比較得出輸出電壓保持時(shí)間的誤差。耐壓裝置的輸出電壓保持時(shí)間的誤差限值為±5 %，其誤差的數(shù)學(xué)表達(dá)式如式（3）所示。

式中：T′——耐壓裝置的輸出電壓保持時(shí)間設(shè)定值；

T——輸出電壓保持時(shí)間的實(shí)測(cè)值

圖6 耐壓測(cè)試試驗(yàn)時(shí)間信號(hào)圖

耐壓裝置的輸出電壓保持時(shí)間的檢測(cè)有兩種方法，一種是采用電壓互感器、過壓保護(hù)繼電器和計(jì)時(shí)器組合來檢測(cè)，此方法操作簡(jiǎn)單，但對(duì)過壓保護(hù)繼電器的靈敏度和精度的要求較高，不易實(shí)現(xiàn)，因此一般不采用此方法；另一種是采用電壓互感器、電子式電壓比較器、繼電器和計(jì)時(shí)器組合來檢測(cè)，此方法能夠較精確地完成電壓比較的工作，操作易于實(shí)現(xiàn)，通常采用此方法作為耐壓裝置的輸出電壓保持時(shí)間的檢測(cè)方法。其輸出電壓保持時(shí)間的檢測(cè)示意圖如圖7所示。

圖7 輸出電壓保持時(shí)間的檢測(cè)示意圖

4 結(jié)語

隨著國(guó)網(wǎng)公司集約化管理的深入實(shí)施，智能電能表的流水線自動(dòng)化檢表系統(tǒng)的普及，智能電能表的自動(dòng)化和智能化檢定得到了充分的實(shí)現(xiàn)。與此同時(shí)，系統(tǒng)的各個(gè)單元的計(jì)量準(zhǔn)確性也必須得到保證，作為安規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目的耐壓測(cè)試部分的準(zhǔn)確與否，關(guān)系到產(chǎn)品的重要質(zhì)量指標(biāo)。本文根據(jù)耐壓測(cè)試部分的工作原理，并結(jié)合計(jì)量檢測(cè)理論，研究并提出了系統(tǒng)的耐壓測(cè)試部分的溯源檢測(cè)方法，有效地保障智能電能表的流水線自動(dòng)化檢表系統(tǒng)的耐壓檢測(cè)準(zhǔn)確可靠。

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Research on Trace measurement of the withstanding voltage test part of automatic pipeline inspection system for intelligent electric energy meter

Shen Mingyan1，Lin Song2，Chen Jing1，Jiang Suna1
（1. Fujian Metrology Institute；2. State Grid Fujian Electric Power Co., Ltd. Pingtan Power Supply Company）

Based on the analysis of the structural characteristics and the process control of the automatic inspection system, this article focuses on the analysis of the working principle and the measurement performance of the withstanding voltage test part of the automatic inspection system. According to the requirement of electrical metrology and the corresponding technical standard, the method of traceability detection of the withstanding voltage test part of the automatic inspection system is put forward. This research provides the measurement technical reference for the withstanding voltage test of the automatic pipeline inspection system for intelligent electric energy meter, which is of great signi fi cance in ensuring the accurate and reliable test of withstanding voltage test.

automatic verification electric energy meter; withstanding voltage test; Trace measurement; measurement method