高低温试验箱电表置物架和供水管路改造研究

梁 捷，龙 东

(中国南方电网广西电网有限责任公司电力科学研究院， 南宁 530023)

高低温试验箱电表置物架和供水管路改造研究

梁 捷，龙 东

(中国南方电网广西电网有限责任公司电力科学研究院， 南宁 530023)

针对传统高低温试验箱试验时置物和供水操作不便的问题，分析了温度影响下日计时误差试验时存在的被试表计接线不便、箱内气密性不佳等问题的原因，提出了一种置物架结构改进方案，在置物架上增设接线底座和走线槽，可实现底座上的电流和弱电端子压接柱多个端子同时快速压入接线，走线槽提供的暗线绝缘通道能使气道缺口封堵严密。为了提高试验箱的水箱供水自动化程度，设计了一套具备供水状态监测和故障告警功能的自动加水装置，可通过浮子感应实现水位自动调节。应用结果表明，改进后的设备能提高试验效率约30%，增强了试验箱温度调节效果，保证了箱体的密封性，改善了被试箱在该实验温度下的均匀度。

高低温试验箱；快速压接；气密性；自动加水

目前，电能表和计量终端在生产、包装等过程中经历了复杂温湿度环境，为避免环境对其产品质量的影响，需要模拟自然环境影响，进行高低温试验。高低温试验需要的试验设备一般为高低温交变湿热试验箱[1](以下简称试验箱)。对试验箱在试验过程中存在的系统不稳定和效率低等问题，文献[2]通过调整制冷剂和温湿度控制技术，改善了设备的温湿度偏差。文献[3]根据试验箱在试验任务过程中存在的水路循环系统不稳定问题，提出了水路循环系统以及电路控制部分的改造方法。但现有研究对试验箱置物架结构和供水自动化方面研究较少。本文针对传统高低温试验箱试验时置物和供水操作不便的问题，分析了试验时被试表计接线不便、箱内气密性不佳和供水自动化程度低的原因，提出一种用于试验箱的电能表和计量自动化终端的置物架结构，增加了电流接线底座、测试线的走线槽和透气孔填充层等部分，改善了试验箱的安全性和气密性，并对水箱的供水方式进行改造，提高了其自动化程度，为电网设备安全提供了保证。

1 温度影响日计时误差试验的要求和存在的问题

温度影响日计时误差试验为南方电网电子式费控电能表到货抽检[4]要求的一次抽查项目，试验要求参比温度和高低温下测量仪表时钟的日计时误差应满足其随温度的改变量不应超过0.1 s/(d·℃)，改变量表达式为

(1)

式中：q为仪表时钟日计时误差的温度系数s/(d·℃)；e1为试验温度下的仪表时钟日计时误差s/d；e0为参比温度下的仪表时钟日计时误差s/d；t1为试验温度,℃；t0为参比温度,℃。

传统试验箱在该试验过程中存在的问题如下：

1.1 接线繁琐

样品接线如图1所示。将被试样品(电能表、计量终端或低压集抄系统载波模块)放置于传统试验箱的样品网筐内后，每个设备需要连接测试线。以南方电网标准的计量终端为例，试验前需接线的端子主要为6个电流端子、4个电压端子和5个弱电端子。传统人工接线的主要过程为逐个拧松各接线端子的螺丝，将电流测试线的插棒插入样品电流端子，将电压、弱电测试线夹至相应的端子，最后将已接好的线梳理、 固定， 从透气孔引出接至标准装置。在试验中，需逐根接线15条。由于被试样品数量较多，手工接线效率较低，线路无绝缘走线槽，因此存在测试线松脱短路或强电干扰弱电通讯的风险。

图1 样品接线示意图

在托架侧旁及试验箱内壁通往透气孔处，均需将连线固定传送，由于试验箱的空间较小，各个样品放置的位置不同，因此捆扎的连线需要从各部位不断引出，没有扎带的专用固定点，各种连线交织在一起，分线复杂。

1.2 箱体密封性差

在试验中，被试表计需要在高/低温环境中上电并同时读取其时钟秒脉冲信号，需将设备的测试线从试验箱工作室内引出，接至箱外的仪表检测标准装置上。传统做法是直接通过试验箱侧壁上的圆形透气孔引出，为了保证箱体的密封性，再用海绵等填充材料填塞测试线与透气孔之间的间隙，如图2所示。由于填充材料的外观往往和间隙不能完全耦合，使得测试线的穿引衔接部位无法与透气孔紧密接触或固定不当，发生松脱现象，造成透气孔不能完全封堵，存在漏气，影响箱体的密封性。

图2 透气孔存在缝隙

1.3 缺乏通讯模块供电接口

根据标准[5-6]，低压集抄系统的载波模块的通讯测试项目需在高/低温环境中上电进行，传统试验箱不具备该类模块专用的AC 220交流电源供电接口和DC+12 V通信模块模拟电源供电接口，无法对被测试模块供电。

1.4 水箱加水问题

根据试验规程[7]，高低温试验需保持试验箱工作室内的温湿度恒定或按要求周期变化，湿度通过水箱对试验箱喷水来控制。在试验前，需通过供水通道对水箱加水，传统供水通道如图3所示。传统试验箱无配套的水位监控和配套照明设施，加水量仅根据目测来判断水位，观察环境差，易造成满水溢出。此外，传统试验箱只提供水箱的供水通道，加水时需要人工搬运饮水机桶装水(常用容量为18 L)倒入水箱，费时费力。

图3 传统供水通道

2 试验箱结构改进

2.1 置物架结构

传统置物盒俯视结构如图4所示，电能表、计量终端以及模块共用一个篮筐式置物架，篮架横条间距与模块尺寸不匹配，放置模块时需考虑额外固定措施，无专用的样品接线和供电措施，接线和试验不便。对此，改进了试验箱的样品置物架。改造后电能表、计量终端置物架结构和实物分别如图5、6所示，电能表和计量终端置物架主要由抽屉框架、接线底座、过线槽以及模块盒构成。其中电流接线底座分为两种类型，分别用于计量自动化终端和电能表的电流测试端子接线，并对应放置尺寸与样品匹配的模块盒。接线底座上的电流和弱电端子压接柱可实现多个端子同时压入接线，能有效缩短接线时间。

图4 改造前置物盒俯视结构图

图5 改造后电能表和计量终端置物盒俯视结构图

图6 电表和计量终端置物盒实物图

过线槽提供样品电压、电流和弱电测试线的暗线通道，从电流接线底座、电压和弱电端子插孔进入，沿模块盒内腔延伸至靠近内侧的过线槽口，再由试验箱侧壁上的透气孔(图2箭头处)引出。当需要进行通电测试时，不需要打开试验箱箱门，只需将透气孔外套管内的测试线引出续接至检测装置，即可进行通电测试。强弱电过线槽通过绝缘套管分离保证强弱电之间的安全隔离，测试线可固定于暗线通道，使布线美观方便。

为了保证气密性，根据试验箱透气孔和测试线套管之间间隙的尺寸定制氟橡胶填充层，该材料可耐250 ℃以下高温，柔软、密封性好。根据规程[7]，高温试验温度为+70 ℃，低温为-25 ℃，故能满足试验需求。

此外，在抽屉的左侧板和抽屉的右侧板的底部分别安装一个滚动滑轮，减小了置物架与托架接触面的摩擦。

载波通信模块置物架如图7、8所示。在模块盒1、2分别放置符合南方电网规范[8]的集中器和单相电子式电能表外置载波模块，通过带相应模块的AC220交流电源(强电)供电接口、DC+12 V通信模块模拟电源(弱电)供电接口，可对被放置模块供电。通过具备电能表通信信号RXD、TXD引脚测试接口，可外接信号源为载波模块提供心跳信号，为模块通讯测试提供条件[9]。

图7 改造后载波通讯模块置物盒俯视结构图

2.2 自动加水装置设计

针对人工加水效率低的问题，研制了一种用于高低温试验箱的自动加水装置，其结构如图9所示。

图8 载波通讯模块所提置物盒实物图

自动加水装置主要由水泵、监测仪表、控制台、蓄水池等组成。出水管与进水泵之间装有计量罐，用于测量水源(如水龙头、桶装纯净水等)对试验箱水箱的供水量。供水泵通过供水管与试验箱的水箱连接，水箱内设有浮子，通过传动机构和控制板与控制电路连接，根据浮子灵敏感应水箱中水位的变化，并反馈至控制台控制水泵启停，可实现水箱缺水自动补水功能。当水箱内水位下降时，浮子随着水位的下降，在重力作用下拉动浮子绳牵引浮子传动机构向右移动，浮子传动机构通过滑轮组位移转换，使可动控制板的触头上移，与固定控制板接触，接通反馈控制回路，并产生反馈信号反馈至控制电路和控制台，控制台发出声光告警，提醒加水；控制电路为“与”逻辑，根据测试人员的需要进行“与”逻辑判断，当控制台下达同意自动加水命令至控制电路时，供水泵电机启动对水箱加水。

图9 自动加水装置整体结构图

3 改进后应用效果

3.1 试验操作效率比较

以广西电网某计量检测机构的试验箱(以下简称被试箱)为例，被试箱型号为HUTR01C，温度调节范围为-40 ℃～+150 ℃。

设备改进后，对本机构到货抽检的样品进行了多次应用，情况如表1所示。表1中的操作过程平均用时由原来的8.4 min缩短到5 min左右，相比传统方法所用的时间缩短了约30%。其原因是改造后的置物架上配置有电流、弱电端子压接台座。接线时可将电流和弱电端子压接柱一次性插入终端的相应端子中，再手动上紧螺丝，效率高于人工逐根接线的方式。其次，提供引出箱外的专用测试线、走线槽和通道，已做好固定和气密性措施，无需额外引线。改造前被试箱需人工加水，如图3所示，加水时通过水箱的开放式引水槽引入水箱中，引水槽较浅且无防溢水措施，使得注水速度较慢且水易流出箱外；通过人工观察监测液位高度，加水量难以准确控制，易造成加水不足或过剩。改造后增设了自动加水装置，启动供水泵，通过供水管路自动对水箱加水，供水速率可达到20 L/ min。通过静压投入式液位计远程监控液位，可在控制台设置满水告警阈值，水满时发声报警，提醒用户停止加水，操作简单。

表1 置物盒接线和加水改造前后操作效率比较

3.2 试验箱温度调节效果比较

下面分别对改造前后的被试箱进行高低温影响下日计时误差试验，对样品的升/降温度曲线进行比较。

被试箱的升温曲线如图10所示。升温目标为+40 ℃，压缩制冷循环机组停止工作。在PID控制器的调节下，根据箱内的实测温度信号与设定温度之间的差值控制电加热器的输出功率。恒温空气经离心风机由送风口送入试验箱工作室内，在箱内进行热量交换，使试验箱内温度逐渐升高。在图10中升温阶段，由于试验箱内实际温度与设定温度相差较大，因此加热输出功率增大，升温速率较快。随着试验箱内温度接近设定温度，加热器输出功率减小，试验箱内的升温速率逐渐降低，最后稳定在+40 ℃，波动较小，进入稳定阶段。

在图10中，改造前被试箱升至目标温度所需时间约为375 s，升温阶段的平均升温速率约为0.06 ℃/s。改造后升至目标温度所需时间约为275 s，平均升温速率约为0.08 ℃/s，改造后升温效率得到了提高。

改造前，升温速度较慢原因是在进行该试验时，需将工作室内连接样品的电测试线引出箱外，传统设备结构设计时未考虑预留专用引线通道，采用透气孔强引的方法会在箱壁留下缝隙，难以完全封堵，无法保证气密性，使实验时箱内的风循环系统与周围环境存在热交换，部分加热后的空气从透气孔和测试线之间的间隙泄露，就会降低高低温箱升温或降温效率。改造后的被试箱增加了专用测试引线通道，在透气孔和测试线之间的间隙根据缺口尺寸定制密封材料填充，使加热后空气的热传递损耗小，升温速度较快。

图10 被试箱改造前后升温曲线比较

被试箱的降温曲线如图11所示，情况与升温曲线类似，区别在于温度跨度较大，降温时间较长。

3.3 温度均匀度比较

在规范[10]中，温度均匀度为试验箱在稳定状态下，工作空间在某一瞬时各测试点温度之间的差值。取同种型号的温度传感器9支，在试验箱内取9个测试点，Φ={A1～A9}。选择4个温度点：-40 ℃、-25 ℃、+40 ℃、+150 ℃。将被试箱分别设定为上述温度，启动试验达到目标温度并稳定后，逐个记录各测试点位置的温度，共记录15组，即TiA1～TiA9(i=1，2，…，15。j∈Φ)，定义ΔTi为

图11 被试箱改造前后降温曲线比较

ΔTi=max(|TiA1-TiA2|，|Tij-

TiA3|，…，|Tij-TiA15|)

(2)

则该温度点上的温度均匀度为

ΔTi=max(ΔT1，ΔT2，…，ΔT15)

(3)

被试箱4个温度点的温度均匀度测试结果如表2所示，可见改造前后的被试箱的温度均匀度均未超过规范[10-11]要求的最大允许值，即均满足技术规范要求。但除了+20 ℃点外，改造后被试箱其它3个测试点的温度均匀度均小于改造前，说明改造后被试箱内的空间温度分布均匀性较好。温度为+20 ℃时，改造前后的温度均匀度相等且较小，其原因是测试时被试箱外室温约为+18 ℃，与该设定温度接近，工作室内外的温差小，电加热器的调节工作量小，该温度下的均匀度均较好。改造前被试箱在+40 ℃和-25 ℃的温度均匀度较大，由于改造前箱体的密封性能不好，被试箱壁和工作室门的接合处能保证足够的保温层厚度以减少热损失，透气孔用于穿引测试线时衔接部位未能完全封堵，存在风循环外流，因此影响工作空间的温场均匀性。被试箱改造时选择隔热材料封堵透气孔漏气部分，防止局部漏气，保证箱体的密封性，改善了被试箱该温度下的均匀度。

表2 试验箱工作空间内温度均匀度测试结果

4 结 语

本文针对传统高低温试验箱试验时存在的被试表计接线不便、箱内气密性不佳等问题，改进了置物架的结构，使电流和弱电测试线能够快速压入接线。设计了水箱自动加水控制系统，实现了缺水自动加水和加水状态在线监测，克服了人工操作的不足。广西电网某检测机构的应用情况表明，改进后的设备能有效提高样品接线、引线和加水操作的效率，改善了升/降温速率和温度均匀度。

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[5] 中国南网电网有限公司标准委员会.Q/CSG 11109003-2013 中国南方电网有限责任公司低压电力用户集中抄表系统集中器技术规范[S]. 北京：中国标准出版社，2013.

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[8] 中国国家标准化管理委员会.GB 17215 211-2006 交流电测量设备-通用要求、试验和试验条件(第11部分)[S]. 北京：中国标准出版社，2006.

[9] 中国南网电网有限公司标准委员会.Q/CSG 11109006-2013 中国南方电网有限责任公司计量自动化终端外形结构规范[S]. 北京：中国标准出版社，2013.

[10] 国家电网公司.Q/GDW 1376.2 2012电力用户用电信息采集系统通信协议(第3部分)[S]. 北京：中国标准出版社，2012.

[11] 中国国家标准化管理委员会.JJF 1101-2003 环境试验设备温度、湿度校准规范[S]. 北京：中国标准出版社，2003.

Study on reconstruction of meter shelf and water-supply line of high and low temperature test chamber

LIANG Jie，LONG Dong

(Electric Power Research Institute of China Southern Power Grid Guangxi Power Grid Co.,Ltd.,Nanning 530023,China)

In view of the inconvenient operation in the storage and water supply of traditional high and low temperature test chamber during the test, the causes of the problems such as the inconvenient wiring of the tested meter and the poor air tightness in the box in the daily reckoning error test influenced by temperature are analyzed. A kind of improvement scheme of the shelf structure is proposed, in which the wiring base and the wiring trough are added on the shelves, so as to make the current and the weak voltage terminals on the base be swiftly pressed into the wiring when they contact with multiple terminals. Also, in the scheme, dark line insulation channel in the wiring trough can make the airway gap get tightly closed. In order to improve the water supply automation of the test water chamber, the automatic water supply system with water supply condition monitoring and fault alarm function is designed, in which float induction can be used to adjust the water level automatically. The application results show that the reformed equipment can improve the test efficiency by about 30%, enhance the temperature regulation effect, ensure the tightness, and improve uniformity of the test chamber under a certain temperature.

high and low temperature test chamber; fast crimping; air tightness; automatic watering

2017-05-25;

2017-06-14。

梁 捷(1987—)，男，工程师，研究方向为电能计量管理和电能表型式试验。

TM930.3

A

2095-6843(2017)05-0419-06

(编辑侯世春)