智能电能表开表盖按键检测装置的设计

王先强，赵 云

（中电装备山东电子有限公司，山东 济南 250109）

随着中国经济的快速增长，企事业单位以及居民用电量逐年攀升，电价也逐年升高。频繁出现的窃电问题一直是供电部门关注的重点问题，窃电行为不但影响电力企业的利益和正常的供电秩序，使国家财产蒙受巨大的经济损失，而且存在着严重的用电安全隐患。常见的窃电手段主要有减小电流值法窃电和减小电压值法窃电。减小电流值法窃电是通过更改智能电能表电流采样电路的电阻值实现的，就是将智能电能表电流采样电阻由1 kΩ 更换成300 kΩ，造成电流更多地分压到采样电阻上，计量芯片收到的采样值减少，从而到达窃电的目的；减小电压值法窃电是通过更改智能电能表电压采样电路的电阻实现的，智能电能表电压采样电阻一般为多个150 kΩ 的电阻串联，更换成300 kΩ 或更高的电阻，造成电压更多地分压到采样电阻上，计量芯片收到的采样值减少，从而达到窃电的目的。由于这些窃电手段的共同特点是必须打开表盖才能完成窃电，因此根据国家电网公司发布的2013 版《智能电能表功能规范》[1]和国家电网公司计量中心2014年发布的智能电能表检测公告第4号补遗要求，智能电能表[2]不仅要能记录开表盖事件，而且当发生开表盖事件时要第一时间主动上报给主站，即把开表盖事件列为1 级紧急事件，防止影响用户用电安全及窃电行为的发生[3]，由此可见智能电能表开表盖事件的重要性。

开表盖事件与开表盖按键紧密相关，这是因为一旦开表盖按键出现问题，智能电能表就无法准确检测开盖状态，从而导致误上报而影响用电采集系统正常工作。实际上，开表盖按键是一种行程开关，检测时除了检测它的常态和按下按钮两种状态下的各引脚导通状态之外，更为关键的是要检测它的有效行程，判断有效行程是否符合设计规格要求。传统检测方法是由人工按下行程开关的按钮，用万用表测量各引脚之间的导通状态，判断行程开关是否符合要求。由于行程开关体积小，用这种人工方法检测极不方便，既耗时又费力，一次只能检测一只行程开关，检测效率低下，而且并不能准确检测开关的有效行程是否符合设计规格要求，从而给行程开关的检测带来了很大困扰。

为了解决上述问题，笔者设计并实现了一种智能电能表开表盖按键检测装置，解决了智能电能表开表盖按键检测过程中耗时、费力、检测效率低下的问题，并进一步解决了行程开关的有效行程检测需求，能准确判断行程开关的有效行程是否满足设计要求。

1 智能电能表开表盖按键检测装置的设计原理

本文设计的智能电能表开表盖按键检测装置主要由盒体和主板组成。其中，盒体包括电源开关、左立柱、右立柱、按压连杆、底壳和盖板；主板包括电源模块、显示模块和行程开关插座。电源开关用来控制该装置是否接入工作电源；左立柱和右立柱上有“T”型竖槽，作为按压连杆上下运动的导轨；按压连杆为“工”型，和左立柱、右立柱结合，用来按压行程开关的按钮；底壳安装在盒体的底部，作为盒体的底座；盖板用来固定电源开关、左立柱、右立柱。图1为其系统组成方框图。

图1 开表盖按键检测装置的系统组成方框图

电源模块是主板电源电路的组成部分，由变压器、整流桥、电源芯片等元件组成，用来把接入的220 V 交流电源转换成5 V 直流电源，提供给显示模块稳定的工作电压。图2为电源模块电路原理图。

图2 开表盖按键检测装置的电源模块电路原理图

显示模块是主板显示电路的组成部分，由若干个LED 灯（每组4 个）等组成，用来显示行程开关的常态和按下按钮时各引脚的导通状态。图3为显示模块电路原理图。

图3 开表盖按键检测装置的显示模块电路原理图

5 个行程开关插座安装在主板上，通过盒体方形开孔伸出盒体。按压连杆可一次按压5 个行程开关按钮，实现了快速检测行程开关的功能。同时，左立柱、右立柱上标有以0.1 mm为间隔的尺寸刻度，能精确测量开关的有效行程，并能验证开关有效行程的一致性。

2 智能电能表开表盖按键检测装置的实现过程

图4为智能电能表开表盖按键检测装置的结构示意图。

图4 智能电能表开表盖按键检测装置的结构示意图

图4-a 中，盒体盖板上固定有左立柱和右立柱，按压连杆从左立柱和右立柱顶端“T”型竖槽中装入，电源开关固定在盒体盖板上，电源开关通过连接导线与主板连接，5 个行程开关插座分别固定在主板上，并伸出盒体盖板方形孔；LED 显示灯共有20 个，每组4 个，共5 组，分别固定在主板上，与5 个行程开关插座对应的4 个引脚相连接，并伸出盒体盖板圆形孔。图4-b 中，主板用4 个自攻螺钉固定在固定柱上，底壳用4 个自攻螺钉固定在固定柱上。

检测前，给主板接上220 V 交流电源，打开电源开关，装置进入使用状态。检测时，把行程开关插入行程开关插座，一次可插入5 个行程开关。第61页图5为开表盖按键检测装置的检测流程。

在未按下按压连杆时，LED 显示灯中每组2 号、3 号灯点亮，1 号、4 号灯灭；往下按压按压连杆，并观察左立柱和右立柱上的刻度，当刻度从0 到 0.5 mm 的过程中，每组 2 号、3 号灯一直亮，1号、4 号灯灭，表示行程开关常态导通状态良好；继续往下按压按压连杆，并观察左立柱和右立柱上的刻度，当刻度从 0.5 mm 到 0.8 mm 的过程中，每组4 个灯全灭，表示行程开关处在无效行程状态；继续往下按压按压连杆，并观察左立柱和右立柱上的刻度，当按压到刻度0.8 mm 时，每组1 号、4号灯点亮，2 号、3 号灯灭，表示进入行程开关的有效行程起始位置；继续往下按压按压连杆，并观察左立柱和右立柱上的刻度，当刻度从0.8 mm 到2.4 mm 的过程中，每组1 号、4 号灯一直亮， 2号、3 号灯灭，表示行程开关的有效行程符合设计要求；当按压到刻度超过2.4 mm 时，每组4 个灯全灭，表示行程开关的有效行程结束。

图5 开表盖按键检测装置的检测流程

在检测过程中，若5 组行程开关状态显示出LED 显示灯中的任何一组存在异常状态，即表示该组所对应的行程开关不符合设计规格要求。

3 结束语

针对智能电能表开表盖传统检测方法耗时、费力、检测效率低下且不能准确检测开关的有效行程等缺点，本文设计并实现了一种智能电能表开表盖按键检测装置。该装置设计简洁，结构简单，体积小巧，使用方便，能一次性检测5 个行程开关，减少了检测时间，提高了检测效率；同时提供了行程开关有效行程的测量问题的解决方法，并且还能进一步判断行程开关有效行程的一致性。