低压联合接线盒的改进设计及应用分析

顾星辰 何慧之 马 媛 王钰楠 虞琰文 李 峰

国网上海市电力公司市南供电公司

随着电力市场化交易的逐步推行，电能计量的准确性直接关系到贸易双方的公平与公正。电能计量装置是由各种类型的电能表或与计量用电压、电流互感器及其二次回路相连组成的用于计量电能的装置，包括电能计量柜（箱、屏）［1］。联合接线盒是电能计量装置的辅助设备，低压联合接线盒的作用是将电流互感器引出的二次线经联合接线盒接线端的端子串并联后再接到电能表的接线端子［2］，它适用于经互感器接入式低压计量装置二次回路联合接线，可在不停电情况下开展电能表轮换、现场校验、故障处理、用电检查等作业，不但确保了人员安全，而且保障了设备正常运行。联合接线盒运行的正常与否将直接影响到电能计量装置是否安全可靠，甚至影响到计量结果的准确性［3］。

低压联合接线盒在低压计量装置二次回路中的应用十分广泛。电流互感器二次回路应安装联合接线盒，电流互感器从输出端子直接接至低压联合接线盒，便于带电换表和实负荷校表。本文查阅DL/T 825《电能计量装置安装接线规则》，联合接线盒结构示意图如图1所示［4］。

图1 联合接线盒结构示意图

接线盒从接线端钮左右结构排列上来看，共有7组端子组成，其中电流线路3组，每组3只接线端子，每只端子上下是一个整体，端子间用连接片进行连接或断开。电压线路4组，每组3只接线端子，它们是一个整体，上下是断开的，采用连接片或熔丝管进行连接或断开。接线盒从接线端钮上下功能结构来看，可分上、中、下3个部分，上端1 W~21 W为出线侧端钮，分别与电能表或其它二次设备连接。中间1 V、4 V、7 V为电压连接片，2 V、3 V、5 V、6 V、8 V、9 V为电流连接片，10 V为零线连接片。下端1 U~13 U为进线侧端钮，与电压互感器、电流互感器的二次出线侧连接。

低压联合接线盒是低压经互感器接入式客户用电计量和不停电更换计量装置的重要装置，目前广泛使用的低压联合接线盒在设计及应用上存在以下几点不足：

1）电压回路接线主要依靠熔丝管和金属片卡扣的形式，熔丝管较易发生熔断，金属片卡扣随着使用年份的增加和熔丝管的插拔使用，较易发生松动和接触不良的异常，进而导致失压、欠压、金属卡片扣损坏等情况，进而产生电量计量的损失和维护成本的提高，若联合接线盒整体更换，需客户侧配合停电，因涉及的客户多为大容量客户，整体维修维护困难。

2）电流回路接线主要采用螺钉及金属连接片形式，电流回路操作烦琐，接点太多，导致虚接、接触不良的概率增大，装、拆连接片拧12颗螺钉需耗费较长时间，作业效率低且容易出错，长期使用也容易因松动、锈蚀等原因导致接触不良，出现失流、损坏、少计量等异常情况。如果因人为疏忽或客观因素导致电流互感器二次侧开路，还会直接威胁设备和人员的安全。

3）低压联合接线盒面板表面金属裸露部分较多，工作人员在频繁拧螺钉操作连接片的过程中容易误碰裸露带电部位，可能引起相间短路、表箱外壳对地导电，发生电弧灼伤或触电，存在一定的安全隐患。

针对上述分析出的低压联合接线盒的缺陷，本文对接线盒的电压回路、电流回路、整体电路部分进行了设计改进，改进后的接线盒的外形尺寸、固定位置以及进出线位置与现有接线盒保持一致，便于替换安装，具有普适性。

3.1 改进熔丝管的安装和设计

采用熔丝管座安装熔丝管，具有连接可靠、不易松动、拔插安全可靠等特性，本文选用PTF78型焊装式熔丝管插座（图2所示）。同时加装断路指示灯，熔丝熔断时发光示警。

图2 PTF78型熔丝管插座

熔丝管座内部采用黄铜卡片，径向开口，有很好的夹持力，连接可靠，不会松动（图3所示）。

图3 熔丝管插座内部结构示意图

3.2 改进接线盒电流、电压回路连接方式

采用开关替代原螺钉及金属连接片构成的电流回路连接方式，可根据需要通过拨动开关进行电流回路切换，操作简便、不易出错，并且不会松动或锈蚀，能保证电流回路安全可靠连接、切换。本文电流回路开关选用SS-22L11型拨动开关（8 A 250 V AC）如图4所示。

图4 SS-22L11型拨动开关

采用开关替代原熔丝管插拔通断电压回路的方式，能保证电压回路安全可靠连接、断开。本文电压回路开关选用SS-12J02型拨动开关（3 A 250 VAC）如图5所示。

图5 SS-12J02型拨动开关

开关触点材质为紫铜镀银，可保证接触良好、不会锈蚀，开关表面有明确的指示标识。

3.3 接线盒电路部分改用PCB电路板设计

接线盒电路部分改用PCB电路板替代原接线盒的铜条，在保证额定电流安全的前提下，具有制造成本低、适合批量自动化生产、装配简便、可靠性高等优点。PCB电路板设计电流回路线宽≥5 mm×2(双面)，最大载流≤15 A(温升＜10℃)，可以充分保证电流回路电流负载≤6 A的要求（图6所示)。

图6 接线盒PCB电路板设计

电流回路选用KF950V-9.5-3P大电流端子排，电压回路选用KF762V-7.62-3P大电流端子排(图7所示)。

图7 接线端子排

3.4 接线盒盒体、盒盖设计

盒盖采用透明材质，方便直接查看盒内接线情况，满足阻燃、耐高温、绝缘等要求。盒盖上有特殊的限位块，如要盖好盒盖则各开关必须在正常计量位置。设计样品盒体采用3D打印方式完成，盒盖采用透明材料3D打印完成(图8所示)，后期批量生产可以开发注塑模具进行注塑加工。

图8 接线盒盒体、盒盖

4.1 接线盒整体设计

接线盒各回路的接线端子、开关、熔丝插座、指示灯等都焊装在PCB电路板上，并经过防潮喷膜保护。在电路设计上保证电流、电压回路的最大额定负载电流安全，电路板可承受最大负载电流达15 A。整体接线示意图如图9所示。

图9 接线盒接线示意图

该接线盒由盒体、电路板、电压进出线接线端子、电流进出线接线端子、熔丝管座、电流回路开关、电压回路开关及断路指示灯等部分组成，接线盒实物结构图如图10所示。

图10 接线盒实物结构图

4.2 接线盒功能描述

4.2.1 电压回路

电压进线通过进线接线端子(Vxin)引入，通过电压开关、熔丝、出线接线端子(Vxout)连接电表电压端口，通过向下拨动SVx开关，可断开电压回路，端子命名如图9所示，其中x为相位A/B/C。

断路指示灯并接在电压开关熔丝两端，熔丝或开关断路时指示灯亮。熔丝熔断后首先断开本相电压开关，再拔下熔丝管座盖，更换熔丝。

4.2.2 电流回路

电流互感器引线通过电流进线端子(Ixin1/Ixin2)引入，电表电流线连接电流端子出线(Ixout1/Ixout2)。电流出线(Ixout1)与进线(Ixin1)直接连通，端子命名如图9所示，其中x为相位A/B/C。

电流回路状态主要分为以下三类：

1）计量状态。电流进线(Ixin2)经Kix2开关与电流出线(Ixout2)连通，构成电流计量回路。

2）换表状态。换表前将Kix1开关拨向左边，电流进线端子(Ixin2)经Kix2开关-Kix1开关与电流进线(Ixin1)构成电流互感器短路回路。换表结束后将Kix1开关拨向右边，恢复正常计量状态。

3）校验状态。Kix1开关拨向右边，Kix2开关拨向左边。

4.2.3 零线回路

通过接线端子(VNin)引入，通过熔丝、出线接线端子(VNout)连接电表零线端口。

本文研发的新型低压联合接线盒，解决了传统接线盒存在容易松动、接触不良、锈蚀甚至损坏等进而导致失压、失流计量异常以及操作烦琐、容易出错等问题，通过改进电压回路、电流回路接线形式以及接线盒整体电路模式，达到操作安全便捷、连接可靠的要求，提高计量可靠性，提升用电管理水平。同时，新型低压联合接线盒制造成本低、适合批量自动化生产。改进后的接线盒外形尺寸、固定位置以及进出线位置与现有接线盒保持一致，产品具备推广技术水平。