王葉鋒 馬 媛 虞琰文 崔保騰 李 峰 郭佳婧

國(guó)網(wǎng)上海市南供電公司

0 引言

近年來，智能電網(wǎng)的快速發(fā)展和居民生活水平的提升，電力網(wǎng)絡(luò)與電力市場(chǎng)、用戶之間的協(xié)調(diào)和交換越來越緊密[1]，用戶對(duì)于精準(zhǔn)精益用電服務(wù)的需求不斷增長(zhǎng)，對(duì)計(jì)劃性停電的意愿日益減弱。其中，智能電能表作為客戶處計(jì)量終端，是智能電網(wǎng)（特別是智能配電網(wǎng)）數(shù)據(jù)采集不可或缺的重要組成部分[2]，是開展公平、公開電力交易的基礎(chǔ)。

智能電能表的供應(yīng)商、類別和到貨批次不同，其使用年限有所差異，為保證電能計(jì)量的準(zhǔn)確、可靠和量值的統(tǒng)一，確保供用電雙方利益，智能電能表需定期輪換[3]。然而，在現(xiàn)階段智能電能表更換工作中，直接接入式智能電能表的更換須停電進(jìn)行[4]，存在包括影響用戶正常用電、用戶拒調(diào)引起投訴、電能表更換工作效率不高、潛在接錯(cuò)線風(fēng)險(xiǎn)等弊端。電力行業(yè)為全面保障可靠供電，進(jìn)一步滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展用電需求，針對(duì)不停電換表技術(shù)的研究勢(shì)在必行。

本文經(jīng)查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料，了解行業(yè)內(nèi)不停電換表技術(shù)研發(fā)情況，其中，劉洪儒等人[5]提出了一種具有不停電換表功能的單相電能表接插件，將待換單相智能電能表的進(jìn)出線短接，再進(jìn)行換表作業(yè)，并在短路回路中串入與待換電能表同型號(hào)的電能表，準(zhǔn)確計(jì)量短路期間的電量。沈華等人[6]提出了一種針對(duì)低壓計(jì)量柜的升溫極限測(cè)試策略，其采用單相智能電能表專用的模組化接線底板，配合不停電插板，實(shí)現(xiàn)不停電更換單相智能電能表。此外，根據(jù)帶互感器的三相智能電能表[7-8]可通過操作聯(lián)合接線盒接片實(shí)現(xiàn)客戶處不停電更換電能表，但針對(duì)三相四線直接接入式電能表的不停電換表技術(shù)研究尚不充分。

本文在充分了解現(xiàn)有三相智能電能表及表箱型號(hào)和使用情況，調(diào)研掌握客戶實(shí)際需求，通過大量采樣工作現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)電壓、電流等數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)研發(fā)一款針對(duì)三相直接接入式智能電能表不停電更換輔助裝置，以實(shí)現(xiàn)安全可靠、操作便捷和智能判別異常為目的，保證換表期間用戶處連續(xù)安全供電、換表工作人員安全以及電能表接線及安裝正確無誤。

1 工作要求

1.1 實(shí)際用電需求

本文查閱《電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程》DL448、《電網(wǎng)電能計(jì)量裝置配置技術(shù)規(guī)范》DB31/T618 和《住宅建筑電能計(jì)量技術(shù)規(guī)范》DG/TJ8-2208 等相關(guān)規(guī)章制度，明確三相直接接入式電能表適用安裝容量，其工作原理如圖1所示。

圖1 三相四線直接接入式電能表原理圖

三相直接接入式電能表用戶多為物業(yè)公建（電梯、水泵等）、敬老院、通信基站、商鋪等非居民，其中還包括如房管局在內(nèi)的政府相關(guān)部門、小型醫(yī)院等重要用戶，對(duì)持續(xù)、可靠供電有一定要求，故不停電換表輔助裝置的研發(fā)應(yīng)滿足客戶必要用電需求，選用符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的零部件。

1.2 工作規(guī)范要求

本文查閱《低壓客戶裝表接電作業(yè)手冊(cè)》相關(guān)規(guī)定，明確各類風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)及防范措施，包括人身、電網(wǎng)、設(shè)備、訴求、電量損失等風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，作業(yè)手冊(cè)對(duì)作業(yè)程序及安全規(guī)范也有明確要求。因此，不停電換表輔助裝置的研發(fā)應(yīng)符合各類規(guī)章制度要求，保證工作人員操作過程中的人身安全。

2 裝置研發(fā)

2.1 工作原理

根據(jù)上述工作要求，本文擬研發(fā)一套針對(duì)三相直接接入式智能電能表的不停電換表輔助裝置，主要包括安全取電線夾與輔助箱兩部分。安全取電線夾即在用戶進(jìn)、出線處進(jìn)行取電，為滿足用戶必要用電需求提供持續(xù)供電。輔助箱實(shí)時(shí)采集電壓、電流值，通過檢測(cè)數(shù)值大小與相位判別，為換表操作提供安全提示，起糾錯(cuò)保護(hù)功能。其接線及工作原理如圖2所示。

2.2 裝置結(jié)構(gòu)

基于上述工作原理思路，本文對(duì)裝置主要部分的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行介紹。

2.2.1 安全取電線夾

本文結(jié)合前期調(diào)研結(jié)果，總結(jié)多種實(shí)際工況，擬設(shè)計(jì)安全取電線夾，其示意圖如圖3所示。其中，夾緊螺桿一端為入線導(dǎo)電尖頭，作為穿透導(dǎo)線取電結(jié)點(diǎn)，后端為內(nèi)六角圓柱頭(可以插入內(nèi)六角扳手)。

圖2 不停電換表輔助裝置工作原理圖

圖3 安全取電線夾剖面結(jié)構(gòu)圖

本文為滿足客戶必要用電需求，保證工作人員人身安全，便于后續(xù)裝置研發(fā)與輔材選擇，選用三相直接式智能電能表最小安裝容量，經(jīng)以下公式計(jì)算：

得到電流限定值，即裝置允許的每相最大負(fù)載電流為20 A。

入線螺桿由于尖頭的尖度、尖頭弧度半徑對(duì)導(dǎo)線絕緣層的穿刺能力、對(duì)銅導(dǎo)線的接觸面積和破壞情況均不同，通過調(diào)整尖頭形狀進(jìn)行多次測(cè)試實(shí)驗(yàn)，記錄尖頭升溫情況，得到實(shí)驗(yàn)記錄表與升溫曲線如表1和圖4所示，其中測(cè)試電流為22 A，環(huán)境溫度為23 ℃。

圖4 升溫曲線圖

本文通過實(shí)驗(yàn)比較，選用尖頭夾角為60°，弧度半徑為R0.5 mm。

總結(jié)施工工藝，確定安全取電線夾和專用扳手，如圖5所示。實(shí)際工作中，使用專用內(nèi)六角絕緣扳手轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿，使螺桿尖端穿透用戶進(jìn)、出線進(jìn)行取電。

表1 不同形狀尖頭升溫測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果（數(shù)據(jù)單位為°C）

圖5 安全取電線夾和內(nèi)六角扳手實(shí)物圖

本文查閱《低壓用戶配電裝置規(guī)程》DG/TJ 08-100-2017 中導(dǎo)體導(dǎo)線允許載流量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，安全取電線夾后出線電纜選用4 mm2軟護(hù)套線。

2.2.2 輔助箱

輔助箱應(yīng)具備電壓電流采樣、相位判別、錯(cuò)接線和負(fù)載電流過大告警提示和交互式操作步驟引導(dǎo)等功能，主要包括檢測(cè)主控模塊、電流互感器、接觸器、指示燈和箱體等，其功能模塊示意圖如圖6 所示。

圖6 輔助箱功能模塊圖

其中，檢測(cè)主控模塊集控制器、存儲(chǔ)器、電壓電流采樣電路、繼電器電路等為一體（如圖7所示），為實(shí)現(xiàn)接線、分流、斷開用戶線路、換表、恢復(fù)用戶等操作步驟提供引導(dǎo)提示，如在操作過程中出現(xiàn)接線錯(cuò)相、負(fù)載電流過大等情況時(shí)發(fā)出聲光警示。錯(cuò)相時(shí)無法接通輔助供電回路，避免發(fā)生短路事故。負(fù)載電流過大時(shí)將啟動(dòng)超限保護(hù)，主動(dòng)切斷電源。

本文通過各模塊集合封裝形成輔助箱，通過4 mm2軟護(hù)套線將安全取電線夾與輔助箱整合，構(gòu)成不停電換表輔助裝置，實(shí)物如圖8所示。

圖7 主控模塊電路圖

圖8 不停電換表輔助裝置實(shí)物圖

3 裝置操作規(guī)范

本文為配合該裝置正確操作使用，擬寫如下操作規(guī)程。該規(guī)程應(yīng)在國(guó)網(wǎng)公司電能表更換操作規(guī)范指導(dǎo)下執(zhí)行。

1）準(zhǔn)備工作

將裝置安放于用戶表箱附近合適位置，檢查每相電流值，確保小于限定值。

2）連接輔助箱

在電能表進(jìn)出線合適位置安裝安全取電線夾，依次連接三相進(jìn)線線夾，待輔助箱面板上各相電源指示燈亮，打開供電箱電源開關(guān)，屏幕顯示菜單界面。按[0]鍵開始檢測(cè)，屏幕顯示各相進(jìn)線電壓值(VI)，以不同顏色標(biāo)識(shí)。依次連接三相出線線夾后屏幕顯示各相出線電壓(VO)，如出線電壓VO與進(jìn)線電壓VI不對(duì)應(yīng)，則屏幕顯示警示，同時(shí)發(fā)出聲音報(bào)警。此時(shí)，按[接入按鈕]無效，隨后依次連接三相表出線電壓探頭，屏幕顯示各相表出線電壓(VM)。

3）超限保護(hù)

如果輔助箱接通時(shí)，檢測(cè)到電流大于限定值，則提示【電流超限】并發(fā)出聲音報(bào)警，同時(shí)斷開接觸器；如果輔助箱接通后電流仍大于限定值，則提示【電流超限請(qǐng)降負(fù)荷】并發(fā)出聲音報(bào)警，工作人員可自行選擇是否切斷供電，或裝置將以倒計(jì)時(shí)形式自動(dòng)切斷供電。

4）開始操作

待核對(duì)電流值正常后按【確認(rèn)】鍵開始更換電能表，依次按輔助箱顯示屏提示進(jìn)行操作，換表完成后合上用戶表箱的進(jìn)線開關(guān)，如此時(shí)表出線電壓VM與進(jìn)線電壓VI不對(duì)應(yīng)，則屏幕顯示紅色警示【VMA/B/C 相位錯(cuò)誤】并發(fā)出聲音報(bào)警，檢查電表連接線路接線情況。待問題排除、無報(bào)警后再繼續(xù)操作。

5）操作結(jié)束

關(guān)閉輔助箱電源開關(guān)后依次取下各線夾、探頭，并收好，同時(shí)恢復(fù)線夾夾持處破損的絕緣層，清理現(xiàn)場(chǎng)。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

選取某客戶申請(qǐng)用電容量為30 kW，對(duì)其所使用的三相四線直接接入式智能電能表開展不停電更換現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況如下：

1）準(zhǔn)備工作前數(shù)據(jù)記錄

查看現(xiàn)場(chǎng)電能表運(yùn)行情況，并記錄電壓、電流值，如表2和表3所示。

表2 電能表顯示情況

表3 現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)出線情況

由此可見，各相電流均已小于限定值，無需進(jìn)行降負(fù)荷操作。

2）連接輔助箱后數(shù)據(jù)記錄

電能表進(jìn)出線安裝穿刺線夾，待輔助箱顯示正常，無告警，并記錄VI、VO值。開始更換電能表，在這一過程中輔助箱顯示正常，無告警。更換完畢后，測(cè)量并記錄VM值，如表4所示。

表4 輔助箱顯示情況

3）更換電能表后數(shù)據(jù)記錄

查看新?lián)Q電能表運(yùn)行情況，并記錄電壓、電流值，如表5所示。

表5 電能表顯示情況

確認(rèn)新裝電能表運(yùn)行良好，拆除裝置，并清理現(xiàn)場(chǎng)。

5 結(jié)語(yǔ)

為進(jìn)一步滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展用電需求，促使開展公平、公正電力交易，不停電換表技術(shù)的深入研究完全符合實(shí)際需求，具有可推廣、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，為持續(xù)可靠供電及智能電網(wǎng)環(huán)境下的客戶側(cè)需求響應(yīng)提供技術(shù)支持。本文調(diào)查研究各類表箱、電纜線徑、電能表等型號(hào)規(guī)格，結(jié)合現(xiàn)有工藝水平，對(duì)不停電換表技術(shù)進(jìn)行深入研究，設(shè)計(jì)并研制了一款針對(duì)三相直接接入式智能電能表的不停電換表輔助裝置，且經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試成功，通過更改穿刺線夾線徑與電纜型號(hào)等技術(shù)優(yōu)化升級(jí)，距規(guī)?；懂a(chǎn)使用仍存有一系列問題有待解決。