插拔式无损换表装置的技术及经济性分析

国网浙江省电力有限公司建德市供电公司 童 苇 赵 海 黄 琴 项小金 朱 亮

电能计量是电力生产、电力营销以及电网安全运行的重要环节，电能计量的准确与否将影响电能贸易结算公平、公正和准确，关系到电力企业和广大电力客户的经济利益。

为保证计量的准确性，电力公司对计量电能表定期校验，从用户用电出发，一般采用定期更换新校准的电能表。为避免停电给给客户生产带来的影响，保证客户的正常用电，目前采用不停电换表。计量电能表无论高供高计还是高供低计的方式，电能表、计量采集终端设备及互感器间主要是通过计量联合接线盒完成电压、电流接入。

换表作业一般在计量联合接线盒中，先行短接电流回路连接片，断开电压回路连接片，完成运行电能表隔离后进行换表操作，在作业完毕后恢复电流、电压回路。在此旧电能表退出运行至新电能表接入运行期间，电能表断电导致电量不能正确计量，需要通过人工计算的方式进行退补，需要耗费人力和时间成本[1]。

操作中受工作人员技能水平的影响，电能表更换完成后未将电压连片、流连片恢复，导致的错接线时有发生，也需要进行电费退补工作；如更换前未检查连片位置盲目更换，导致电流回路开路或电压回路短路，严重时影响操作人员和电网安全[2]。给计量运行维护带来了极大的安全隐患，也加大了运营成本。

1 现状剖析

为了保证更换电能表过程中的人身与设备安全，同时确保用户在电能表更换期间的正常用电，采用不停电更换。更换操作一般采用传统计量联合接线盒完成电能表或者采集终端电压、电流的接入和退出（图1）。电能表电流回路和电压回路隔离和恢复需要计量装接人员在现场“计量联合接线盒”里采用螺丝拧紧的方式完成，导致现场施工工作量大时间长，且极易出现不规范接线或接错线。

图1 传统电能计量接线方式图

传统模式下电能表、采集终端更换操作主要步骤：带电操作接线盒，断开设备电气连接；抄录更换电能表基础数据；拆除旧电能表；安装新电能表；操作接线盒，恢复二次回路连接。

综合以上换表流程可见，传统作业模式下完成一个工作点需要30～60分钟，现场工作效率低下。为弥补电能表更换过程少计量的电量，需记录换表前后负荷情况、换表时间等参数，进行计算后进行退补，降低了工作效率。为计量的公平公正，记录数据需用户进行确认，在计算完成退补电量和退补电费后。操作中无法避免漏记差错、线损异常等问题，也需要电费退补，还需同用户积极沟通，做好追缴电费回收，浪费了大量人力物力[3]。

传统作业模式存在几方面问题：从电流连片短接开始，即发生了“电能计费损失”，只有通过人工计费，由此导致的电费退补又耗时费力；由于需要人工参与计量回路作业，受人员业务能力及责任心得影响，更换操作导致的错接线问题层出不穷，且无法保证现场装接工艺水平；传统模式下完成1户作业需耗时40分钟左右，费时费力，电能表轮换及老旧终端设备改造等大规模计量更换作业中，人力资源会很紧张。

2 技术方案

为了改变现状，避免因电能表更换造成电能计量损失，又能保证现场作业安全，操作便捷快速等技术问题。现有电能表更换方式需要改进，一种新型无损更换电能表思路应运而生[4]。

本文设计一款插拔式的无损换表装置，实现电能表更换过程中电量零损失，操作便捷、准确、安全可靠。设计采用一体化底板支撑热插拔的模块化设计（图2），共计三个模块：采集终端模块、电能表插接模块1与2。这3个模块的电流回路为2副电能表接线端子模块成并联、同时与采集终端模块串联，3个模块电压回路成并联。电流回路以A 相为例，3个模块的电流回路连接示意见图3。在模块化设计的基础上还有以下关键技术。

图2 模块化设计示意图

自短路机制。在信息采集装置更换时，为防止电流回路在插拔过程中开路，设计了带自短路机制的插座，采集终端底座带有3个（A、B、C 三相电流回路各一个）自短路结构（图3）。当采集终端出现故障需要检修更换时，可从装置上拔出采集终端插头，不影响电能表的正常工作。

图3 A 相电流回路连接示意图

互锁机制。无损装置中有2个电能表插接模块见图2所示，其电流回路设计见图3，2个电能表插头是并联接线，电能表插头1或插头2其中只有一个在仓、另一个空仓时，在此时不允许在仓的插头拔出。拔出唯一在仓的电能表会造成电能表中断计量和电流回路开路的严重后果，所以设计了自锁功能，防止误拔；当两个电能表插头都在仓时，电能表1和电能表2可分别计量，此时可拔出任意一个电能表插头。

防误插机制。从图3电流回路设计可见，电能表模块和采集终端模块的电流插头是完全不同的，其中采集终端电流回路具有防开路设计。所以这2种模块是不能互插，为此设计了防误插的结构。即插头外壳和终端插头外壳有防误插设计，保证电能表插头与终端插头之间无法互插，有效的防止操作失误出现的电流回路异常[5]。

预制电缆链接。为缩短现场换表时间，避免现场接线时出现误接线盒错接线，在电能表插头端预制电缆链接，将电能表接线及采集终端接线进行模块集成化，一次操作即可完成现场装接，缩短作业时间。模组化设计后，通过工厂预制完成回路装接，确保设备拆装快速性和准确性，预制电缆示意图见图4。

图4 预制电缆示意图

3 现场应用分析

新型插拔式无损换表装置在换表过程无需进行电压、电流回路隔离人工操作步骤，消除操作过程安全隐患；新旧电能表更换采用先并接再分离的模式，实现换表过程电量无损失；同时满足现有电能表底座功能的基础上，实现操作便捷[6]。

正常状态。先插入电能表模块1或电能表模块2，再插入采集终端模块。正常工作状态时，电能表模块1或电能表模块2只有一个插头在插入状态，另一个在空仓状态。插入电能表电压和电流正常接入，此时插入的电能表插头1或插头2自锁不能拔出；正常运行时采集终端插头在插入状态，采集终端与计量模块是串联接，所以采集终端不参与可拔出，其退出运行，不影响电能表插头1或插头2的工作状态（图5）。

图5 新换表装置正常运行图

换表状态。电能表插头1在插入状态，电能表插头2空仓状态时，新计量电表作为电表2，将电能表插头2插入空仓时，电能表插头1自锁解锁（图2），可将电能表插头1拔出，电能表插头2被自锁，计量电表2进入工作状态，反之亦然。因此，无论何种状态都有一只计量电表在工作。在整个换表过程中，电流、电压回路始终有1个或2个电能表在计量，所以不会出现换表过程计量损失的情况。

采集终端更换。采集终端异常或损坏也需要更换，但由于采集终端只是信息采集不参与电能计量，该模块设计了电流回路自短路功能，采集终端独立更换时，实现一键插拔后不会影响电能表正常计量。

4 经济性分析

2021年电能表轮换及老旧终端改造时，对新型换表装置进行了现场装接验证，同时对不同工作年限和熟练程度工作人员的操作时间做统计（表1）。采样新型换表装置无论新老员工其换表时间均在2分钟左右，大大缩短了现场作业时间。换表时间几乎不受工作年限和熟练程度的影响，平均换表时间从24分钟缩短到2分钟，共提升了22分钟。非熟练工也能快速胜任换表工作，节约的人力成本非常可观。

表1 熟练程度与换表时间统计

传统的作业模式下换表工作主要分为①工作前准备、②安全措施落实、③数据记录及设备拆装更换、④通电检查及现场清理四个部分。其中①②④均为现场安全作业及装置正确运行保障工序，必须认真履行，平均耗时14.2分钟（表1）。第③道工序平均耗时24分钟，主要为换表数据核对记录（2分钟）、接线盒操作（2分钟）、10根电压、电流导线的拆装（20分钟），共计耗时24分钟。

采用新设计的插拔式无损换表装置，能够将导线的拆装通过模块化集成，通过工厂预制后，现场换表步骤为：插入接线盒侧插头、拔出旧表接线盒侧插头、换表结束，耗时只要2分钟。能够大幅度缩短总体换表时间至22分钟（表2）。

表2 传统方式和新方式换表时间对比表

由以上数据统计分析，实现电能表、采集终端综合更换时间从38.2分钟缩短到16分钟左右，工作效率提升了57.6%，比期望时间23分钟提高了30%（图6）。

图6 综合更换时间统计

新型无损换表实现电能计量“零”损失，本公司管辖的区域为例，该项技术应用后，每年将减少公司范围内专变、采集设备更换电量损失约300万余度（按照运行容量，结合设备轮换改造周期以及设备故障率进行综合测算）。同时计量采集设备现场作业综合操作时间将由原来的38分钟压缩至16分钟，其中设备更换用时更是能缩短至1分钟以内，极大提高了工作效率，并避免了电量退补沟通人力资源浪费，全公司应用后可节省人力成本50%以上，工作安全系数也将大幅提升，预计可节约计量业务人力物力成本3000万元/年。

综合以上电费和人工成本的经济核算，对我们一个区域公司而言，一年可提质增效3180万元，推广到省市公司范围经济效益和社会效益非常明显。

综上，本文所提供的插拔式无损换表装置技术上满足了电流回路防开路功能、支持热拔插、带互锁机制的防误操作功能。改进了传统的换表操作方式，用插拔电源插座一样的方式更换电能表，实现了无损、快速换表操作。操作简便使得非熟练工人也能够安全快速作业，提高了更换电能表的工作效率，大大节约了人力成本和时间成本，大幅度提升了计量运维的安全性和经济性。