低壓電流互感器自動(dòng)化檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

章鹿華 易忠林 王思彤 徐占河 李映輝 王龍華

(冀北電力有限公司計(jì)量中心1，北京 102208;國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司2，湖北 武漢 430074)

0 引言

計(jì)量檢定是國(guó)家強(qiáng)制管理的重要工作，其社會(huì)性強(qiáng)，法制化要求高，各級(jí)政府管理監(jiān)督嚴(yán)。計(jì)量器具準(zhǔn)確與否，關(guān)系著廣大電力客戶的切身利益和電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益，影響著電網(wǎng)的優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平和社會(huì)履責(zé)形象。

為進(jìn)一步深化電網(wǎng)發(fā)展方式和公司發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，國(guó)家電網(wǎng)公司決定進(jìn)一步優(yōu)化整合計(jì)量資源，實(shí)施建設(shè)省級(jí)集中的計(jì)量中心，實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量器具和采集終端的集中檢定［1］、集中倉(cāng)儲(chǔ)、統(tǒng)一配送、統(tǒng)一監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)“整體式授權(quán)、自動(dòng)化檢定、智能化倉(cāng)儲(chǔ)、物流化配送”。

計(jì)量用低壓電流互感器［2］(以下簡(jiǎn)稱:互感器)自動(dòng)化檢定系統(tǒng)是“411”項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)與裝備之一。互感器是電能計(jì)量裝置的重要組成部分，研制互感器自動(dòng)化檢定系統(tǒng)將最大限度地消減人為因素，提高檢定結(jié)果的一致性，進(jìn)一步提升電能計(jì)量的準(zhǔn)確性、可靠性，保障供售用電各方的合法權(quán)益，有利于促進(jìn)企業(yè)、行業(yè)和社會(huì)的和諧發(fā)展。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

目前，國(guó)內(nèi)互感器檢定裝置［3］的多只檢定、自動(dòng)數(shù)據(jù)處理等技術(shù)已相對(duì)成熟，但互感器一次、二次接線必須由人工完成，尤其是穿心式互感器一次接線和母排式互感器一次、二次接線費(fèi)時(shí)費(fèi)工。互感器檢定裝置單體的日檢定能力難以提高，只有通過(guò)增加設(shè)備、人力、場(chǎng)地才能滿足電網(wǎng)不斷發(fā)展的需求。同時(shí)，部分互感器檢定機(jī)構(gòu)已配置了自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，互感器出入庫(kù)效率有所提升，但倉(cāng)儲(chǔ)與檢定臺(tái)體之間的接駁仍需投入大量人力完成重復(fù)而簡(jiǎn)單的物料搬運(yùn)。

自國(guó)家電網(wǎng)公司提出建設(shè)省級(jí)計(jì)量中心指導(dǎo)意見(jiàn)以來(lái)，自動(dòng)化檢定技術(shù)受到廣泛關(guān)注。國(guó)內(nèi)從事互感器檢定的科研院所、制造企業(yè)均有不同程度的投入，比較有代表性的是秦皇島和浙江寧波的兩家公司。這兩家公司于2011年先后開(kāi)始試制互感器自動(dòng)化檢定樣機(jī)，目前已初步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料、自動(dòng)接拆線等任務(wù)，初步滿足互感器自動(dòng)化檢定的基本要求，但尚未實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)接駁、自動(dòng)傳輸、自動(dòng)檢定、計(jì)量管理的一體化運(yùn)行，系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)時(shí)性、工件托盤(pán)定位準(zhǔn)確性也正在進(jìn)行完善改進(jìn)。

2 自動(dòng)化檢定系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)布局

本項(xiàng)目研制的互感器自動(dòng)化檢定系統(tǒng)，主要由自動(dòng)傳輸、自動(dòng)檢定、抗干擾、安全監(jiān)控和信息管理等子系統(tǒng)構(gòu)成。本項(xiàng)目按照自動(dòng)化、可靠性、安全性、可追溯性、運(yùn)維方便的原則，合理規(guī)劃系統(tǒng)布局，建模控制工序節(jié)拍，優(yōu)化物料流轉(zhuǎn)路徑，協(xié)同各功能單元的高效運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)儲(chǔ)接駁、物料傳輸、互感器上下料、互感器一二次端子接拆線、檢定、分揀貼標(biāo)、異常故障處理等的全自動(dòng)操作，以及與智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、計(jì)量一體化生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)的無(wú)縫對(duì)接。

系統(tǒng)可開(kāi)展0.2S級(jí)及以下互感器的檢定，年檢定量不低于160000只。檢定項(xiàng)目包括:外觀檢查、絕緣電阻測(cè)量、工頻耐壓試驗(yàn)、二次繞組匝間絕緣試驗(yàn)、磁飽和裕度試驗(yàn)和基本誤差試驗(yàn)。檢定數(shù)據(jù)實(shí)行信息化管理，符合國(guó)家檢定規(guī)程和國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

檢定系統(tǒng)作業(yè)流程如下。

①互感器以垛為單位出庫(kù)流轉(zhuǎn)至倉(cāng)儲(chǔ)接駁單元，由拆垛機(jī)拆垛后進(jìn)入周轉(zhuǎn)箱傳輸線。

②系統(tǒng)核對(duì)箱表信息、檢查互感器外觀。如無(wú)異常，周轉(zhuǎn)箱進(jìn)入上料單元;如有異常，則流轉(zhuǎn)至不合格箱區(qū)。

③上料機(jī)械手將互感器從周轉(zhuǎn)箱中逐只抓取至互感器工件托盤(pán)上，進(jìn)入托盤(pán)傳輸線，如互感器位置擺放反向，則由機(jī)械手自動(dòng)調(diào)整。

④互感器流轉(zhuǎn)至絕緣耐壓檢測(cè)單元進(jìn)行試驗(yàn)。

⑤經(jīng)絕緣電阻測(cè)量和耐壓試驗(yàn)后，合格品流轉(zhuǎn)至誤差檢定單元，不合格品流轉(zhuǎn)至不合格分揀單元。

⑥互感器經(jīng)匝間絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)、磁飽和裕度試驗(yàn)和誤差試驗(yàn)后，進(jìn)入下料傳輸線。

⑦在下料傳輸線上進(jìn)行分揀貼標(biāo)后，由下料機(jī)械手將合格互感器裝箱，不合格互感器流轉(zhuǎn)至不合格分揀單元。

⑧合格互感器裝箱后進(jìn)行碼垛操作，通知智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)接收入庫(kù)。在入庫(kù)過(guò)程中可隨機(jī)抽取一箱通過(guò)復(fù)檢線進(jìn)入臨檢區(qū)，復(fù)檢完成后執(zhí)行入庫(kù)操作。

2.2 實(shí)現(xiàn)方案

2.2.1 靈活兼容自動(dòng)傳輸子系統(tǒng)

本文設(shè)計(jì)的剪刀叉式拆碼垛機(jī)［4］由機(jī)架、升降機(jī)構(gòu)、傳輸機(jī)構(gòu)、拆碼機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向擋板等組成，全自動(dòng)完成待檢整垛互感器周轉(zhuǎn)箱的拆垛作業(yè)和已檢互感器周轉(zhuǎn)箱的碼垛作業(yè)。采用伺服電機(jī)、四軸電缸和平行氣爪設(shè)計(jì)互為備用的上下料機(jī)械手［5］，四個(gè)自由度重復(fù)定位精度高達(dá)0.1 mm，氣爪可水平旋轉(zhuǎn)180°，實(shí)現(xiàn)了互感器在不同區(qū)域、不同移載工裝之間的自動(dòng)傳輸以及不同規(guī)格互感器的抓放自適應(yīng)和反向擺放的自動(dòng)糾錯(cuò)。

消化吸收輥筒線、鏈板線、皮帶線等流水線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)整垛、單箱周轉(zhuǎn)箱和單只互感器的自動(dòng)傳輸。與智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)接，將互感器準(zhǔn)確可靠地傳送到系統(tǒng)各個(gè)工位。

2.2.2 專(zhuān)用移載工裝

研制兩型專(zhuān)用周轉(zhuǎn)箱，兼容裝置不同規(guī)格的互感器，具有唯一識(shí)別的一維條形碼和射頻識(shí)別(radio frequency identification，RFID)標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)互感器在智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)與自動(dòng)檢定系統(tǒng)之間的有序流轉(zhuǎn)。

周轉(zhuǎn)箱具有中心定位公差±0.5 mm的自適應(yīng)格柵結(jié)構(gòu)，外形尺寸精度不低于1 mm，承重不小于100 kg。

對(duì)于工件托盤(pán)［6］，設(shè)計(jì)了斜倒角定位導(dǎo)向柱、多維梯形擋板、護(hù)翼和絕緣底座，并采用兩層沉臺(tái)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格互感器的自動(dòng)傳輸，防止互感器姿態(tài)異常和帶電測(cè)試的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.3 自動(dòng)接拆線機(jī)構(gòu)

研制自動(dòng)接拆線裝置、自動(dòng)穿心導(dǎo)向組件和自動(dòng)二次壓針接線組件等自動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)一次接線自動(dòng)穿排、穿心導(dǎo)向和二次接線自動(dòng)壓接。

①采用圓形銅桿、矩形銅排、同步電缸、氣爪、導(dǎo)電塊等研制自動(dòng)穿排機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)圓孔型和方孔型穿心式互感器自動(dòng)一次接線，最大通流為2400 A、最大接觸壓力為3 MPa。

②采用活動(dòng)導(dǎo)電塊、夾爪、驅(qū)動(dòng)氣缸等研制母排式互感器接線機(jī)構(gòu)，最大通流為90 A、最大接觸壓力為0.5 MPa。

③采用底部絕緣支撐滾輪、側(cè)翼絕緣導(dǎo)向滾輪、導(dǎo)桿式氣缸等研制自動(dòng)穿心導(dǎo)向組件，保證穿排行程平穩(wěn)直線。

④ 采用導(dǎo)桿式氣缸、二次引線端子、彈簧、導(dǎo)電桿、觸頭等研制自動(dòng)二次壓針接線組件，最大通流為90 A，壓接可靠無(wú)發(fā)熱，可按規(guī)程自動(dòng)檢定不同規(guī)格的互感器。

自動(dòng)穿心導(dǎo)向組件及二次壓針接線組件示意圖如圖1和圖2所示。

2.2.4 多層級(jí)組態(tài)式自動(dòng)控制

研發(fā)電控子系統(tǒng)和信息管理子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工作站、人機(jī)界面、功能單元、傳感器以及PLC之間的順暢通信。對(duì)接計(jì)量一體化生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)和智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，支持遠(yuǎn)程或本地控制機(jī)械手、傳輸流水線、拆碼垛機(jī)、自動(dòng)接拆線、自動(dòng)檢定等裝置。應(yīng)用三維仿真技術(shù)，集中、實(shí)時(shí)顯示控制出庫(kù)、上料、檢定、下料、入庫(kù)以及異常處理等環(huán)節(jié)與流程。有序管理信息、參數(shù)和數(shù)據(jù)，檢定數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、完整、可追溯。

2.2.5 智能信息識(shí)別

集成應(yīng)用射頻識(shí)別(RFID)和條碼掃描技術(shù)，自動(dòng)采集、綁定周轉(zhuǎn)箱和互感器的信息;應(yīng)用視覺(jué)識(shí)別和圖像匹配技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)互感器的外觀檢查和擺放位置的驗(yàn)證、糾錯(cuò);應(yīng)用自動(dòng)貼標(biāo)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)已檢互感器的自動(dòng)分揀貼標(biāo)。

2.2.6 完備的抗干擾與安全監(jiān)控

系統(tǒng)采用強(qiáng)弱信號(hào)隔離布線、供電濾波、高頻控制信號(hào)屏蔽、接觸器加裝滅弧器、多層巴特沃茲濾波電路、高壓瓷片電容、瞬態(tài)電壓抑制二極管(transient voltage suppressor，TVS)抑制電路、軟件濾波等技術(shù)，防止自動(dòng)傳輸、檢定試驗(yàn)、電氣控制等設(shè)備帶來(lái)的復(fù)雜干擾。

采用紅外測(cè)溫技術(shù)定點(diǎn)監(jiān)控潛在發(fā)熱源，采用安全光幕技術(shù)防護(hù)試驗(yàn)區(qū)域，采用視頻監(jiān)控技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行、自動(dòng)定位故障點(diǎn)。定點(diǎn)診斷電源、氣源、信息源以及設(shè)備等的異常與故障，實(shí)現(xiàn)分級(jí)分類(lèi)控制。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的互感器自動(dòng)化檢定系統(tǒng)，集成應(yīng)用了人工智能、自動(dòng)控制、RFID物聯(lián)網(wǎng)、流水線和物流規(guī)劃等先進(jìn)技術(shù)，率先引領(lǐng)互感器檢定邁入自動(dòng)化、無(wú)人化、智能化的全新階段，大幅提升了省級(jí)計(jì)量中心整體技術(shù)水平，為更大范圍優(yōu)化電能計(jì)量資源配置提供了技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式［7］，為堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)提供了重要技術(shù)支撐。

應(yīng)用本系統(tǒng)可進(jìn)一步消除人為和地域因素，提高檢定質(zhì)量和工作效率，可進(jìn)一步強(qiáng)化計(jì)量的透明度、公正性和準(zhǔn)確性，提高政府和用電客戶的滿意度，全面提升計(jì)量檢定的公信品格和精準(zhǔn)品質(zhì)。

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