全自动电能表推力测试装置设计与研究

史鹏博，李 蕊，陆翔宇，迟 源，李雪城，韩冬军

(1.国网北京市电力科学研究院，北京 100045；2.烟台东方威思顿电气有限公司，山东烟台 264003)

0 引言

随着智能电网建设在世界各国兴起，智能电能表作为智能电网的终端，在世界各国得到了广泛的推广和应用，智能电能表计量的准确性、可靠性依然是人们关注的焦点，它直接影响发电企业、供电企业和用电客户的经济利益，在智能电能表质量管控中，推力测试是一个非常重要的全性能试验项目。

根据国网单相智能电能表型式规范Q/GDW 1355-2013 8.5条规定：电压、电流接线端子在受到轴向60 N的压力时，接线端子不应松动和位移；辅助接线端子在受到轴向10 N的压力时，接线端子不应松动和位移。力的大小误差为-10%～0。

单相电表、三相电表及计量自动化终端接线端子受力后变形或弯曲程度必须符合国家和行业的技术标准[1-2]。现有的推力测试是通过人工手动加载并通过肉眼观察形变情况的方式完成，操作繁琐，测量精度低，效率低下，无法满足现有工业化测试需求[3-4]。因此，设计一种全自动电表推力测试装置，测试接线端子受力后形变程度，测试结果通过程控界面进行显示。

全自动电表推力测试装置主要可以完成单相电子式费控电能表、直接接入式三相费控智能电能表、经互感器接入式三相费控智能电能表以及计量自动化终端4种装置的接线端子受力测试功能。推力测试装置的研发具有较高的研究和实际应用价值。

1 推力测试装置设计

全自动电表推力测试装置主要包括测试装置台体和测试触摸屏2部分。测试装置台体支架部分主要包括支架前大板和支架后大板2部分，前大板上设有3个导轨，后大板上设有电表夹具，后大板位置高于前大板，其示意图如图1所示[5-6]。

图1 测试装置结构图

测试装置后大板上设有第一导轨、第二导轨和第三导轨，其结构图如图2所示。

图2 测试装置导轨结构图

全自动电表推力测试装置采用X、Y、Z、Z4组丝杠的运动方式，其中Z、Z丝杠是检测不同接线端子的推力。检测装置工作时，人工放置电表到专用夹具上，单相表放在单相表夹具上，三相表放在三相表夹具上，如图3所示。到位后，进行接线端子受力检测，检测完毕后，人工取下单相电能表或三相电能表。

全自动电表推力测试装置的Z轴滑台上安装有与程控界面相连接的摄像头，摄像头镜头朝向下方。在测试前，程控界面控制X轴移动组件和Y轴移动组件动作，同时程控界面能够通过分析摄像头拍摄到的图像识别出被测电表测试装置的起始接线端子的位置，完成自动测试前的起始位置标定，自动化程度高[7]。

(a)单相表夹具

(b)三相表夹具图3 电表夹具结构图

测试装置Z轴加载组件包括轴本体、通过轴承安装在轴本体上的丝杠、输出轴与Z轴丝杠相连接的伺服电机、与丝杠相配合的螺母以及与螺母相连接的滑台。Z轴本体上还安装有与滑台相配合的导轨，滑台上安装有与被测电表测试装置接线端子相配合的加载头，加载头上安装有压力传感器。Z轴伺服电机通过伺服驱动器与检测系统程控界面相连接。

检测时，程控界面控制X轴移动组件和Y轴移动组件动作，使得加载头位于接线端子的正上方，Z轴加载组件动作完成加载头对接线端子的施力。施力时通过压力传感器检测被测电表测试装置接线端子受到的推力是否达到设定值。同时程控界面监测伺服电机的转动情况，从而计算出接线端子的形变值。加力组件在程控界面的控制下依次完成对被测电表测试装置各接线端子的推力测试。

全自动电表测试装置推力测试装置还安装有与程控界面相连接的安全光栅，安全光栅包括成对安装的发射端和接收端，发射端和接收端分别安装在操作腔的前方开口处的左侧和右侧，能够防止加力组件运动到操作腔之外对工作人员造成伤害，具有较好的安全性。

全自动电表推力测试装置电源标准为AC220±5%/50 Hz，使用温度范围为5～40 ℃，使用相对湿度范围为90%，压力传感器的输出力误差为±1%，重复定位精度为±0.01 mm。

2 测试装置程控界面设计

通过电表推力测试装置用户控制界面，可以完成单相电子式费控电能表、直接接入式三相费控智能电能表、经互感器接入式三相费控智能电能表、计量自动化终端4种不同电表装置的接线端子受力测试功能。单相电子式费控电能表界面如图4所示，其他类型电表检测界面与之类似。

图4 单相电子式电能表用户界面

测试装置能够产生10 N和60 N的2种标准推力。按下“开始”按钮，检测装置将依次测试每个点。

电表装置接线端子受力测试前，可对其进行参数设置，参数及测试位置参数一般只提供给生产厂家维护人员使用。计量自动化终端接线端子受力的参数设置及位置校准界面如图5所示。

图5 参数设置及位置校准界面

保压时间指测试时在每个端子上保持压力的时间，默认保压时间为5 s，可按照测试要求进行设置[8]。总检测点数指该电表最后一个检测端子的序号。推力选择可以选择“推力1～10 N”或“推力2～60 N”。X、Y轴位置是指当前检测点的水平方向位置数据。

单击“数据编辑”按钮可切换至电能表的测试位置数据界面，图6给出了计量自动化终端类型的检测位置数据。其他类型电能表检测界面与之类似。

图6 电能表位置检测数据界面

在测试位置数据界面中可直接设置各测试位置参数。按“调用1”—“调用4”可将4种类型电表的检测位置数据调用到当前数据表中，对于计量自动化终端类型则应单击对应的“调用4”按钮调用。按“保存1”—“保存4”可将当前数据保存到相应的电能表类型中。如果某个点不使用时，则将其X、Y、Z轴数据全设定为0。

在测试界面单击“开始”按钮，装置将按事先设定好的次序测试每个点。检测完成后显示检测结果，保压时间内，压力误差控制在5%，5%以内则判断合格，超过5%则判断不合格，图7为单相电子式电能表检测不合格时的显示状态。

图7 电能表检测结果界面

用户可以对检测状态进行监控，单击设置界面的“监控”按钮，可切换至电能表信号监控界面，如图8所示。

推力1故障代码与推力2故障代码可观察SMC电动滑台出现故障时的代码。

图8 信号监控界面

为了增加系统的安全可靠性，在装置运行过程中如果遮住了安全光栅[9]，则检测设备立即停止动作，并进行提示，如图9所示。

全自动推拉力测试装置

图9 安全提示信息

3 检测系统调试与运行

全自动电表测试装置推力测试装置电源线接AC 220 V，50 Hz，电源指示灯亮，将待测电表放在夹具内，通过程控用户界面选择待检测电表的品种[10-11]。

设置必要的参数，启动检测，设备进入自动运行状态。确认检测结果，结束后换另一个电表按启动键继续测试。

测试装置实物图如图10所示。测试装置导轨实物图如图11所示。

图10 测试装置实物图

图11 测试装置导轨实物图

当按下“单相电子式费控电能表”时会出现单相电子式费控智能电能表参数画面，其中画面中设有电表型号、标准推力1为10 N，标准推力2为60 N，实时推力1为0 N,实时推力2为0 N， 进行测试，按下“开始”按钮，检测装置将按照事先设定好的次序测试每个点，按照标准端子号1-4施加60 N的推力，端子号5-12施加10 N的推力。机器运行过程中按“停止”按钮，则设备处于暂停状态，运动部分将回到原点，按“开始”按钮，则设备继续工作。

电表检测完成后将会出现 “本次检测合格”、“测试已完成”、“请更换电表”的检测完成提示，若检测合格，只要更换电表后再按开始按钮进行下一支电表的检测。若电表检测完成后报警描述处出现 “本次检测不合格”、“测试已完成”、“请更换电表”的提示，则可通过按下“详情”按钮查看具体不合格的点，更换电表后进行下一支电表的检测。可通过单击“详情”按钮查看检测不合格点的序号，如图12所示。

图12 不合格端子显示界面

检测不合格端子显示界面列出了检测不合格点的序号，如图中的“3”和“2”表示第3个点和第2个点检测不合格。传感器检测到力的大小如表1所示，力的大小误差应控制在-5%以内，否则判断不合格。

表1 检测结果 N

检测设备运行过程中，如果遮住了安全光栅，则设备立即停止动作，按下开始按钮，则机器继续工作。

4 结束语

针对目前电表及计量自动化终端的接线端子受力后变形或弯曲程度测试技术研究的欠缺，设计一种全自动电表接线端子推力测试装置。实现单相电表、三相电表及计量自动化终端的接线端子受力变形或弯曲程度的检测，并判断是否符合国家和行业的技术标准。测试装置技术的研究，实现了对电能表接线端子的智能检测，切实提升了检测效率及检测精度。