不停电快速更换计量终端的技术研究

引言

智能电网发展涵盖了发、输、变、配环节,作为电网与客户产权分界点的计量装置也在不停地进行着技术创新。佛山电网计量自动化系统从2003年左右开始建设,至2017年12月已经实现采集终端全覆盖,随着系统规模越来越庞大,设备的运维投入及运维要求也日益提高。根据《电能计量装置技术管理规程》规定,必须对在运行的电能计量装置进行定期抽检,抽检后不合格率达到阈值时就要进行批量更换。同时,随着计量自动化系统功能应用日益深化,一些新的应用要求对终端提出了更高的技术要求,为满足生产需要,也需不定期进行更换和技术升级。现场大量的批量更换及日常故障更换工作,给运维人员带来了很大的工作量。且现在的接线方式下,采用短路试验端子盒的方式会在工作期间造成电能表停止计量,给供电企业带来电量损失或追补电量的麻烦,同时也可能出现工作人员操作失误,在工作完成后没有将试验端子盒的电流短路片断开,造成计量装置未能恢复正常运行的情况,将导致严重的营销风险。因此,研究一种新的接线方式和辅助设备,对于提升工作人员操作便利性、降低营销风险是很有必要的。

1项目实施背景

当前,广东电网各类计量终端数量有90余万台,佛山供电局的在运行负荷管理终端和配变监测终端总数接近6万台,而且还在以平均10%左右的年增幅增长,年度的更换数量(包括故障更换、批量更换)大概占运行数量的20%,近几年更换数量还在加大,也就意味着在一整年的时间内佛山供电局要进行终端作业的数量大概是18000次,对于运维班组而言工作量巨大。

南方电网公司对终端的外形尺寸进行了标准化明确,2012年出台的《南网典设》在外形结构尺寸标准中对功能、制作材料、结构等进行了明确要求,各厂家从2013年开始均按此规范供货,2013年后标准规范在运行终端数量占比约达80%。同时,近几年在带电可插拔电表技术方面也有不少成果,这就为我们开展此项目研究奠定了基础,也具备了成果实现的可行性。

2不停电快速更换计量终端的辅助端子研制

本技术涉及一种不停电更换计量终端的辅助端子,使用该端子,可在设备运行条件下进行计量终端更换,更换过程中不需要停电,也不需要操作计量端子盒。该辅助端子安装在终端端子和计量电流电压回路导线之间,可实现计量电流回路的自动切换,在计量终端接线端子和该辅助端子分离时,能自动短接电流回路,确保计量二次回路不开路,与此同时计费电能表正常走字。

2.1设计要求

设计要求如下:(1)适用于《中国南方电网有限责任公司计量自动化终端外形结构规范》要求中电流规格为1.5(6)A三相三线和三相四线电表或终端:(2)更换电表或终端时无需断电:(3)插进电表或终端时,能够自动实现电压和电流回路安全有效连接,电压和电流回路全部经过电表或终端而无旁路:(4)拔出电表或终端时,能够自动实现电压和电流回路安全有效分离,外部电压断开,电流自动短接:(5)确保在插拔的一瞬间,电流无开路现象:(6)确保外部无裸露带电端子:(7)确保运行10年以上安全可靠。

2.2设计原理

目前专变用户计量装置电能表及配套的负控终端共用一个计量接线端子盒,两者电流串联,电压回路并联。这种接线方式在运维工程中存在如下问题:

(1)故障更换过程中需要进行计量接线端子盒的操作,对作业人员技能要求高、作业过程中安全措施要求高,可能出现工作人员操作失误,在工作完成后没有将试验端子盒的电流短路片断开,造成计量装置未能恢复正常运行的情况,将导致严重的营销风险。

(2)进行更换时,需短接电流回路,影响计费表的计量,会造成企业经济损失。

因此,研究一种新的接线方式和辅助设备,对于供电企业运营成本降低及设备运行可靠性提升来说是很有必要的。

为了克服现有技术的不足,开展了本项目的研究,目的在于提供一种便于快速更换终端,且在更换过程中不造成电量损失的方法和装置。现在通过研究不停电快速更换计量终端的技术,研制出一种辅助接线端子,能够改变传统的接线方式及带电更换时人工短路电流、断开电压的方式,实现不停电快速更换,可有效提升工作效率,减少因更换终端造成的计量电量损失。

2.3具体实施方式

(1)三相三线电表或终端端子下面连接3根电压线(A、B、C)和4根电流线(Ai/Ao、Ci/Co),三相四线电表或终端端子下面连接4根电压线(A、B、C、N）和6根电流线(Ai/Ao、Bi/Bo、Ci/Co）,根据电气要求当终端和电线连接时3～4根电压线(A、B、C、N）需要和终端相连,4～6根电流线(Ai/Ao、Bi/Bo、Ci/Co）需要和终端相连:当终端拔出时3～4根电压线(A、B、C、N）需要和终端完全断开,4～6根电流线(Ai/Ao、Bi/Bo、Ci/Co）需要和终端完全断开,且Ai与Ao、Bi与Bo、Ci与Co需要两两短接。

目前的状况是当终端完全拔出时,需要手工将4根电压线A、B、C、N断开,手工将Ai与Ao、Bi与Bo、Ci与Co短接上。整体安装图如图1所示。

(2）增加一个辅助端子,其功能是实现电表或终端需要连接电网时插进辅助端子,电压端子和电流端子与线路全部自动连接,当终端需要拔出时电压端子自动断路,电流端子自动短接。辅助端子如图2(a）虚线方框内部分和图2(b）所示。

(3）当电表或终端未插入辅助端子时,盖体处于翻开状态,其辅助端子电压端子与市电电压线断开,电流端子两两短接,所有带电端子盖体均有保护,安全可靠,如图3所示。

(4）当电表或终端插入辅助端子时,将盖体旋回垂直下扣1cm,此时,电流端子通过中间的塑胶隔条两两相互隔开,同时电流端子和电压端子通过盖体上的金属接触条连通后给终端或电表供电,如图4所示。

辅助端子只要在原有的计量回路中电能表到试验端子盒之间装入即可,如图2(b）所示。该项目成果参照电力系统用的电能计量试验端子盒的试验标准和内容,经过结构测试、绝缘性能测试、弹片应力测试、导体导通能力测试,证实满足相关电气连接件的标准,可以应用到电能计量领域。

2.4技术创新点

(1）整体采用开旋钮盖加扣件设计,方便可靠:通过盖体上拉打开或下拉扣紧的方式来截止或导通电源,确保了操作简单、安全。

(2）电压端子在腔体内采用二段式设计,通过金属扣件来实现相互截止或导通,确保了稳定。

(3）电流端子采用高纯度铜片双压簧设计,通过塑胶扣件来实现相互导通或截止,确保了稳定。

(4）出线端及进线端有壳体完全保护,金属部分不裸露。

(5）通过专有弱电过线孔设计,确保了弱电端子和强电端子有效隔离。

3项目应用于终端运维作业前后对比

表1所示的是改进前终端运维和改进后终端运维的作业过程对比,包括风险评估及作业耗时对比。

可见改进后运维作业在安全风险、营销风险、作业步骤和耗时这几方面有质的提高。终端运维改进前退出和恢复计量回路的操作是整个作业流程中风险最高的步骤,对端子盒的误操作会导致计量设备损坏、操作人员电弧烧伤等伤害:另外,很多时候端子盒的误操作还会伴随计费出错导致营销事故的发生,这都是运维作业应该杜绝的。两者比较,改进的效果非常明显。

4结语

研究、测试及试点应用证明,这项不停电快速更换计量终端的技术,能有效降低对运维人员的技术要求,降低终端运维作业中的安全风险,降低终端运维作业中的营销风险,提高运维效率和质量,并为电网公司大大减少因终端运维过程造成的电量损失,因而社会和经济效益巨大。同时,该技术也可扩展应用至具有回路接入的其他各种设备,作为一种标准组件推广应用。