插拔式無損換表裝置的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性分析

國網(wǎng)浙江省電力有限公司建德市供電公司 童 葦 趙 海 黃 琴 項(xiàng)小金 朱 亮

電能計(jì)量是電力生產(chǎn)、電力營銷以及電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，電能計(jì)量的準(zhǔn)確與否將影響電能貿(mào)易結(jié)算公平、公正和準(zhǔn)確，關(guān)系到電力企業(yè)和廣大電力客戶的經(jīng)濟(jì)利益。

為保證計(jì)量的準(zhǔn)確性，電力公司對(duì)計(jì)量電能表定期校驗(yàn)，從用戶用電出發(fā)，一般采用定期更換新校準(zhǔn)的電能表。為避免停電給給客戶生產(chǎn)帶來的影響，保證客戶的正常用電，目前采用不停電換表。計(jì)量電能表無論高供高計(jì)還是高供低計(jì)的方式，電能表、計(jì)量采集終端設(shè)備及互感器間主要是通過計(jì)量聯(lián)合接線盒完成電壓、電流接入。

換表作業(yè)一般在計(jì)量聯(lián)合接線盒中，先行短接電流回路連接片，斷開電壓回路連接片，完成運(yùn)行電能表隔離后進(jìn)行換表操作，在作業(yè)完畢后恢復(fù)電流、電壓回路。在此舊電能表退出運(yùn)行至新電能表接入運(yùn)行期間，電能表斷電導(dǎo)致電量不能正確計(jì)量，需要通過人工計(jì)算的方式進(jìn)行退補(bǔ)，需要耗費(fèi)人力和時(shí)間成本[1]。

操作中受工作人員技能水平的影響，電能表更換完成后未將電壓連片、流連片恢復(fù)，導(dǎo)致的錯(cuò)接線時(shí)有發(fā)生，也需要進(jìn)行電費(fèi)退補(bǔ)工作；如更換前未檢查連片位置盲目更換，導(dǎo)致電流回路開路或電壓回路短路，嚴(yán)重時(shí)影響操作人員和電網(wǎng)安全[2]。給計(jì)量運(yùn)行維護(hù)帶來了極大的安全隱患，也加大了運(yùn)營成本。

1 現(xiàn)狀剖析

為了保證更換電能表過程中的人身與設(shè)備安全，同時(shí)確保用戶在電能表更換期間的正常用電，采用不停電更換。更換操作一般采用傳統(tǒng)計(jì)量聯(lián)合接線盒完成電能表或者采集終端電壓、電流的接入和退出（圖1）。電能表電流回路和電壓回路隔離和恢復(fù)需要計(jì)量裝接人員在現(xiàn)場(chǎng)“計(jì)量聯(lián)合接線盒”里采用螺絲擰緊的方式完成，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工工作量大時(shí)間長，且極易出現(xiàn)不規(guī)范接線或接錯(cuò)線。

圖1 傳統(tǒng)電能計(jì)量接線方式圖

傳統(tǒng)模式下電能表、采集終端更換操作主要步驟：帶電操作接線盒，斷開設(shè)備電氣連接；抄錄更換電能表基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；拆除舊電能表；安裝新電能表；操作接線盒，恢復(fù)二次回路連接。

綜合以上換表流程可見，傳統(tǒng)作業(yè)模式下完成一個(gè)工作點(diǎn)需要30～60分鐘，現(xiàn)場(chǎng)工作效率低下。為彌補(bǔ)電能表更換過程少計(jì)量的電量，需記錄換表前后負(fù)荷情況、換表時(shí)間等參數(shù)，進(jìn)行計(jì)算后進(jìn)行退補(bǔ)，降低了工作效率。為計(jì)量的公平公正，記錄數(shù)據(jù)需用戶進(jìn)行確認(rèn)，在計(jì)算完成退補(bǔ)電量和退補(bǔ)電費(fèi)后。操作中無法避免漏記差錯(cuò)、線損異常等問題，也需要電費(fèi)退補(bǔ)，還需同用戶積極溝通，做好追繳電費(fèi)回收，浪費(fèi)了大量人力物力[3]。

傳統(tǒng)作業(yè)模式存在幾方面問題：從電流連片短接開始，即發(fā)生了“電能計(jì)費(fèi)損失”，只有通過人工計(jì)費(fèi)，由此導(dǎo)致的電費(fèi)退補(bǔ)又耗時(shí)費(fèi)力；由于需要人工參與計(jì)量回路作業(yè)，受人員業(yè)務(wù)能力及責(zé)任心得影響，更換操作導(dǎo)致的錯(cuò)接線問題層出不窮，且無法保證現(xiàn)場(chǎng)裝接工藝水平；傳統(tǒng)模式下完成1戶作業(yè)需耗時(shí)40分鐘左右，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，電能表輪換及老舊終端設(shè)備改造等大規(guī)模計(jì)量更換作業(yè)中，人力資源會(huì)很緊張。

2 技術(shù)方案

為了改變現(xiàn)狀，避免因電能表更換造成電能計(jì)量損失，又能保證現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全，操作便捷快速等技術(shù)問題?，F(xiàn)有電能表更換方式需要改進(jìn)，一種新型無損更換電能表思路應(yīng)運(yùn)而生[4]。

本文設(shè)計(jì)一款插拔式的無損換表裝置，實(shí)現(xiàn)電能表更換過程中電量零損失，操作便捷、準(zhǔn)確、安全可靠。設(shè)計(jì)采用一體化底板支撐熱插拔的模塊化設(shè)計(jì)（圖2），共計(jì)三個(gè)模塊：采集終端模塊、電能表插接模塊1與2。這3個(gè)模塊的電流回路為2副電能表接線端子模塊成并聯(lián)、同時(shí)與采集終端模塊串聯(lián)，3個(gè)模塊電壓回路成并聯(lián)。電流回路以A 相為例，3個(gè)模塊的電流回路連接示意見圖3。在模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上還有以下關(guān)鍵技術(shù)。

圖2 模塊化設(shè)計(jì)示意圖

自短路機(jī)制。在信息采集裝置更換時(shí)，為防止電流回路在插拔過程中開路，設(shè)計(jì)了帶自短路機(jī)制的插座，采集終端底座帶有3個(gè)（A、B、C 三相電流回路各一個(gè)）自短路結(jié)構(gòu)（圖3）。當(dāng)采集終端出現(xiàn)故障需要檢修更換時(shí)，可從裝置上拔出采集終端插頭，不影響電能表的正常工作。

圖3 A 相電流回路連接示意圖

互鎖機(jī)制。無損裝置中有2個(gè)電能表插接模塊見圖2所示，其電流回路設(shè)計(jì)見圖3，2個(gè)電能表插頭是并聯(lián)接線，電能表插頭1或插頭2其中只有一個(gè)在倉、另一個(gè)空倉時(shí)，在此時(shí)不允許在倉的插頭拔出。拔出唯一在倉的電能表會(huì)造成電能表中斷計(jì)量和電流回路開路的嚴(yán)重后果，所以設(shè)計(jì)了自鎖功能，防止誤拔；當(dāng)兩個(gè)電能表插頭都在倉時(shí)，電能表1和電能表2可分別計(jì)量，此時(shí)可拔出任意一個(gè)電能表插頭。

防誤插機(jī)制。從圖3電流回路設(shè)計(jì)可見，電能表模塊和采集終端模塊的電流插頭是完全不同的，其中采集終端電流回路具有防開路設(shè)計(jì)。所以這2種模塊是不能互插，為此設(shè)計(jì)了防誤插的結(jié)構(gòu)。即插頭外殼和終端插頭外殼有防誤插設(shè)計(jì)，保證電能表插頭與終端插頭之間無法互插，有效的防止操作失誤出現(xiàn)的電流回路異常[5]。

預(yù)制電纜鏈接。為縮短現(xiàn)場(chǎng)換表時(shí)間，避免現(xiàn)場(chǎng)接線時(shí)出現(xiàn)誤接線盒錯(cuò)接線，在電能表插頭端預(yù)制電纜鏈接，將電能表接線及采集終端接線進(jìn)行模塊集成化，一次操作即可完成現(xiàn)場(chǎng)裝接，縮短作業(yè)時(shí)間。模組化設(shè)計(jì)后，通過工廠預(yù)制完成回路裝接，確保設(shè)備拆裝快速性和準(zhǔn)確性，預(yù)制電纜示意圖見圖4。

圖4 預(yù)制電纜示意圖

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析

新型插拔式無損換表裝置在換表過程無需進(jìn)行電壓、電流回路隔離人工操作步驟，消除操作過程安全隱患；新舊電能表更換采用先并接再分離的模式，實(shí)現(xiàn)換表過程電量無損失；同時(shí)滿足現(xiàn)有電能表底座功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)操作便捷[6]。

正常狀態(tài)。先插入電能表模塊1或電能表模塊2，再插入采集終端模塊。正常工作狀態(tài)時(shí)，電能表模塊1或電能表模塊2只有一個(gè)插頭在插入狀態(tài)，另一個(gè)在空倉狀態(tài)。插入電能表電壓和電流正常接入，此時(shí)插入的電能表插頭1或插頭2自鎖不能拔出；正常運(yùn)行時(shí)采集終端插頭在插入狀態(tài)，采集終端與計(jì)量模塊是串聯(lián)接，所以采集終端不參與可拔出，其退出運(yùn)行，不影響電能表插頭1或插頭2的工作狀態(tài)（圖5）。

圖5 新?lián)Q表裝置正常運(yùn)行圖

換表狀態(tài)。電能表插頭1在插入狀態(tài)，電能表插頭2空倉狀態(tài)時(shí)，新計(jì)量電表作為電表2，將電能表插頭2插入空倉時(shí)，電能表插頭1自鎖解鎖（圖2），可將電能表插頭1拔出，電能表插頭2被自鎖，計(jì)量電表2進(jìn)入工作狀態(tài)，反之亦然。因此，無論何種狀態(tài)都有一只計(jì)量電表在工作。在整個(gè)換表過程中，電流、電壓回路始終有1個(gè)或2個(gè)電能表在計(jì)量，所以不會(huì)出現(xiàn)換表過程計(jì)量損失的情況。

采集終端更換。采集終端異?；驌p壞也需要更換，但由于采集終端只是信息采集不參與電能計(jì)量，該模塊設(shè)計(jì)了電流回路自短路功能，采集終端獨(dú)立更換時(shí)，實(shí)現(xiàn)一鍵插拔后不會(huì)影響電能表正常計(jì)量。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

2021年電能表輪換及老舊終端改造時(shí)，對(duì)新型換表裝置進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)裝接驗(yàn)證，同時(shí)對(duì)不同工作年限和熟練程度工作人員的操作時(shí)間做統(tǒng)計(jì)（表1）。采樣新型換表裝置無論新老員工其換表時(shí)間均在2分鐘左右，大大縮短了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)間。換表時(shí)間幾乎不受工作年限和熟練程度的影響，平均換表時(shí)間從24分鐘縮短到2分鐘，共提升了22分鐘。非熟練工也能快速勝任換表工作，節(jié)約的人力成本非?？捎^。

表1 熟練程度與換表時(shí)間統(tǒng)計(jì)

傳統(tǒng)的作業(yè)模式下?lián)Q表工作主要分為①工作前準(zhǔn)備、②安全措施落實(shí)、③數(shù)據(jù)記錄及設(shè)備拆裝更換、④通電檢查及現(xiàn)場(chǎng)清理四個(gè)部分。其中①②④均為現(xiàn)場(chǎng)安全作業(yè)及裝置正確運(yùn)行保障工序，必須認(rèn)真履行，平均耗時(shí)14.2分鐘（表1）。第③道工序平均耗時(shí)24分鐘，主要為換表數(shù)據(jù)核對(duì)記錄（2分鐘）、接線盒操作（2分鐘）、10根電壓、電流導(dǎo)線的拆裝（20分鐘），共計(jì)耗時(shí)24分鐘。

采用新設(shè)計(jì)的插拔式無損換表裝置，能夠?qū)?dǎo)線的拆裝通過模塊化集成，通過工廠預(yù)制后，現(xiàn)場(chǎng)換表步驟為：插入接線盒側(cè)插頭、拔出舊表接線盒側(cè)插頭、換表結(jié)束，耗時(shí)只要2分鐘。能夠大幅度縮短總體換表時(shí)間至22分鐘（表2）。

表2 傳統(tǒng)方式和新方式換表時(shí)間對(duì)比表

由以上數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)電能表、采集終端綜合更換時(shí)間從38.2分鐘縮短到16分鐘左右，工作效率提升了57.6%，比期望時(shí)間23分鐘提高了30%（圖6）。

圖6 綜合更換時(shí)間統(tǒng)計(jì)

新型無損換表實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量“零”損失，本公司管轄的區(qū)域?yàn)槔擁?xiàng)技術(shù)應(yīng)用后，每年將減少公司范圍內(nèi)專變、采集設(shè)備更換電量損失約300萬余度（按照運(yùn)行容量，結(jié)合設(shè)備輪換改造周期以及設(shè)備故障率進(jìn)行綜合測(cè)算）。同時(shí)計(jì)量采集設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)綜合操作時(shí)間將由原來的38分鐘壓縮至16分鐘，其中設(shè)備更換用時(shí)更是能縮短至1分鐘以內(nèi)，極大提高了工作效率，并避免了電量退補(bǔ)溝通人力資源浪費(fèi)，全公司應(yīng)用后可節(jié)省人力成本50%以上，工作安全系數(shù)也將大幅提升，預(yù)計(jì)可節(jié)約計(jì)量業(yè)務(wù)人力物力成本3000萬元/年。

綜合以上電費(fèi)和人工成本的經(jīng)濟(jì)核算，對(duì)我們一個(gè)區(qū)域公司而言，一年可提質(zhì)增效3180萬元，推廣到省市公司范圍經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常明顯。

綜上，本文所提供的插拔式無損換表裝置技術(shù)上滿足了電流回路防開路功能、支持熱拔插、帶互鎖機(jī)制的防誤操作功能。改進(jìn)了傳統(tǒng)的換表操作方式，用插拔電源插座一樣的方式更換電能表，實(shí)現(xiàn)了無損、快速換表操作。操作簡便使得非熟練工人也能夠安全快速作業(yè)，提高了更換電能表的工作效率，大大節(jié)約了人力成本和時(shí)間成本，大幅度提升了計(jì)量運(yùn)維的安全性和經(jīng)濟(jì)性。