一种低压计量箱典型环境检测方法

摘要

本发明公开了一种低压计量箱典型环境检测方法，包括现场运行检测和户外静置检测；试验中选取多种低压计量箱，在现场运行检测中进行环境数据、箱体内部环境数据、箱体外观和温升数据监测，得到多指标影响规律和极端环境条件下的指标变化趋势；在户外静置检测中将低压计量箱暴露于典型环境中一段时间，对暴露前、后的低压计量箱进行材质试验，并验证低压计量箱内金属零件腐蚀情况，从而对低压计量箱材质进行性能变化评估。本发明充分模拟低压计量箱在自然条件下的变化过程，通过长时间的现场实负荷运行和户外静置测试，积累大量试验数据，有助于开展多个老化因子之间相互关联规律的研究和各环境因子对低压计量箱综合作用效果的研究。

说明书

技术领域

本发明涉及测试技术领域，具体涉及一种低压计量箱典型环境检测方法。

背景技术

计量设备是各个互联电网的贸易结算依据，其可靠性不仅影响着智能电网的安全、稳定、经济运行，而且关系到千家万户居民用电的可靠性和安全性。但是随着全球能源互联网的推广，计量设备安装覆盖面越来越广、其所在位置的地理环境越来越复杂、所经历的气候越来越多样化，尤其是在某些地域的恶劣气候条件下，计量设备经常会发生故障。而低压计量箱作为智能电能表、采集终端、隔离开关和断路器等的保护壳，是位于保证计量公平、公正和准确第一道防线的计量设备，其产品质量和使用寿命等更需严格把控，以保证用户用电真正意义上的安全和稳定。

目前评估材料使用性能和使用寿命的普遍试验方法主要依靠加速寿命试验的方法，如光老化试验、湿热老化试验、热老化试验、盐雾老化试验、臭氧老化试验等。加速老化试验虽然具有缩短试验时间，节省样品与试验费用，能快速得到试验结果等特点，但是也有明显的不足，加速老化试验是在单一的自然老化因子比较稳定的条件下进行的试验，而对多个老化因子相互关联综合作用的研究上有相当大的不足，且不能充分模拟自然条件下的变化过程；另外，作为评价塑料材料耐老化性能最真实、有效的方法，国内对于材质的自然大气暴露老化方面的研究却很少，且没有相关研究数据，所以，多数生产厂家对材质老化的原因并不是很明了，且无法提出有效的改善及提升产品质量的措施。从而无法准确评估低压计量箱在各种极端自然环境下的产品质量和性能特点。

本发明为研究低压计量箱在各种极端自然环境下的适应性，评估低压计量箱在各种极端自然环境下的产品质量和性能特点，分别开展了高严寒、高干热、高海拔、高盐雾及高湿热极端环境条件下的计量设备可靠性试验工作，从而为低压计量箱等计量设备在不同地区的差异化配置提供技术指导，为全球能源互联网的推广奠定坚实基础。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低压计量箱典型环境检测方法，将低压计量箱充分暴露在自然环境下，通过长时间的实负荷运行和户外静置测试，评估低压计量箱在各种极端自然环境下的适应性，为生产及原材料厂家改善和提升产品质量提供可靠的理论依据，从而为低压计量箱等计量设备在不同地区的差异化配置提供技术指导，为全球能源互联网的推广奠定坚实基础。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种低压计量箱典型环境检测方法，包括现场运行检测和户外静置检测；

所述现场运行检测用于模拟研究低压计量箱在典型环境条件下实际带负荷运行的情况，包括以下步骤：

1）设置多套现场运行检测线路，每套现场运行检测线路接入多个低压计量箱；

2）对低压计量箱进行外观和一般操作试验；

3）分别进行环境数据监测、箱体内部环境数据监测、箱体外观监测、温升数据监测，并分别采集记录环境数据、箱体内部的温湿度数据、箱体外观变化实物组图和温升数据；

4）试验周期结束后，对低压计量箱进行外观和一般操作试验,并对环境数据变化、低压计量箱内部温湿度数据变化、低压计量箱外观变化实物组图和温升数据变化进行综合评价，找到多指标之间的影响规律并确定低压计量箱在典型环境条件下的指标变化趋势；

所述户外静置检测包括以下步骤：

S1)在试验区布置多个低压计量箱，将低压计量箱充分暴露在典型环境条件下；

S2)对低压计量箱进行外观和一般操作试验；

S3)对低压计量箱进行材质试验并记录试验结果，对低压计量箱内金属零件进行实物或拍照留样；之后将低压计量箱暴露于典型环境中，一个试验周期后，再对低压计量箱进行材质试验并记录试验结果，并对低压计量箱内金属零件进行实物或拍照比对，验证低压计量箱内金属零件腐蚀情况；将低压计量箱的试验结果与对照组的试验数据结果进行对比，金属低压计量箱采用自身对照方法进行试验结果对比，非金属低压计量箱与设置的对照组进行试验结果对比；

S4)根据试验结果对比情况，结合基地环境数据在一个试验周期内的变化曲线，对材质进行性能变化评估，找到对材质性能影响最大的关键因子。

所述步骤3）中环境数据监测具体实现为：安装环境指标采集装置，每天以T1为时间间隔采集环境监测数据并记录，绘制当天环境数据变化曲线并记录；

所述箱体内部环境数据监测具体实现为：在低压计量箱内部安装温湿度传感仪，每天以T2为时间间隔采集箱体内部的温湿度数据并记录，绘制当天计量箱内部温湿度变化曲线并记录。

所述步骤3）中箱体外观检测包括以下步骤：

W1）在低压计量箱外部安装可变焦摄像头，定期控制摄像头对各低压计量箱箱体逐个检查，检查箱体是否存在外观缺陷，并拍照记录；

W2）在低压计量箱内部安装具有可控照明装置的摄像头，定期对各低压计量箱内部缺陷进行检查并拍照记录；

W3) 系统第一次运行时拍照留存，以一天为周期对低压计量箱的预定位置进行拍照，利用照片采集软件对照片进行自动对比，将第一次照片设为对照组并上传，每次新拍照片与对照组照片对比后达到所设定的区别条件时，将新拍照片设为对照组，且将其上传，最终得到描述整个运行周期内的计量箱外观变化的实物组图。

拍照时采用摄像头定时旋转至固定位置进行定焦拍摄的方式。

所述步骤3）中温升数据监测包括以下步骤：在低压计量箱内部发热点位置固定温度传感器，所述温度传感器与温度巡检仪相连接，由温度巡检仪读取检测点温度传感器的温度数据记录并上传，设定采集周期，将采集到的温升数据进行图形化处理。

所述发热点位置包括低压计量箱内部接插件端子、断路器端子，所述温度传感器采用热电偶温度传感器。

所述户外静置检测步骤S3)具体实现为：

金属低压计量箱试验:对金属低压计量箱进行漆膜附着力试验并记录试验结果；待金属低压计量箱暴露于典型环境中一个试验周期后，进行漆膜附着力试验并记录试验结果，前后试验结果进行对比；

非金属低压计量箱试验:将非金属低压计量箱分为A、B两组作为试验对象，选取A组非金属低压计量箱，进行材质试验并记录试验结果；待B组非金属低压计量箱暴露于典型环境中一个试验周期后，进行材质试验并记录试验结果，并将试验结果与A组试验结果进行对比；

低压计量箱金属零件试验：对于低压计量箱内金属零件，试验前查看锈蚀状况，进行实物或拍照留样；将低压计量箱暴露于典型环境下，一个试验周期后，验证低压计量箱内金属零件腐蚀情况，进行实物或拍照比对。

所述户外静置检测所采用的低压计量箱不安装电能表、采集终端、隔离开关和断路器，户外静置检测所采用的低压计量箱装配有接插件、断路器安装导轨和采集器安装导轨。

所述现场运行检测的数据采集周期为更换现场运行检测设备的时间，所述户外静置检测的数据采集周期为一年。

所述环境指标采集装置包括温湿度传感器、气压传感器、光照度传感器、风向和风力传感器、雨量传感器和盐雾传感器。

本发明具有以下有益效果：

1、充分模拟低压计量箱在自然条件下的变化过程，通过长时间的现场实负荷运行和户外静置测试，积累大量试验数据，有助于开展多个老化因子之间相互关联规律的研究和各环境因子对低压计量箱综合作用效果的研究。

2、通过长期的跟踪试验，可积累典型环境条件下低压计量箱的工况数据和老化数据，以此为基础能够开展相关的科学研究如规律提取、失效机理分析等，从而确定其实际运行特性及材质性能的变化规律，为生产及原材料厂家改善和提升产品质量提供可靠的理论依据。

3、通过几种典型环境中容易发生的故障现象复现，可以分析发生故障的原因，找到计量设备设计的薄弱环节，针对性提出计量设备的优化设计方案和薄弱环节的防范措施；

4、便于为低压计量箱等计量设备在不同地区的差异化配置提供技术指导，为全球能源互联网的推广奠定坚实基础。

5、为环境试验的有关标准制定提供依据，为今后计量设备招标、技术更新换代提供技术支撑。

6、长期跟踪试验积累的运行数据，可以为实验室环境下测试提供比对依据，并可建立合理有效的计量设备运行特性评价体系。

附图说明

图1是现场运行检测低压计量箱第一部分排布图；

图2是现场运行检测低压计量箱第二部分排布图；

图3是现场运行检测低压计量箱第三部分排布图；

图4是现场运行检测低压计量箱第四部分排布图；

图5是户外静置检测低压计量箱第一部分排布图；

图6是户外静置检测低压计量箱第二部分排布图；

图7是户外静置检测低压计量箱第三部分排布图；

图8是户外静置检测低压计量箱第四部分排布图；

图9是图5中A-A截面导轨剖视图；

图中：1、试验架，2、导轨。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明涉及一种低压计量箱典型环境检测方法，这里的典型环境是指高严寒、高干热、高海拔、高盐雾及高湿热这些不同类型的极端环境。

本发明选取了黑龙江漠河(寒温带大陆性季风气候，夏季最高温度26℃、冬季极端温度-52℃、严寒期达8个月)、新疆恰特卡勒（大陆性干旱荒漠气候，年日照达3000h以上、地表温度可达70℃）、西藏羊八井（高原温带季风半湿润半干旱气候，海拔4300m）和福建湄洲岛（海洋亚热带季风气候，年均降雨量1350mm）四种不同类型气候的地理位置，建立了可实时监测的高严寒、高干热、高海拔、高盐雾及高湿热的计量设备典型环境试验基地。依托四个典型条件试验基地，利用最极端的气候环境，设计试验方法考核低压计量箱的功能和长期运行的可靠性。

本发明包括两部分，即现场运行检测和户外静置检测；现场运行检测用于模拟研究低压计量箱在典型环境条件下实际带负荷运行的情况，即研究在一定的环境条件影响下（温湿度、气压、光照度、盐雾等），低压计量箱箱体外观、温升等关键被考核指标的变化数据和曲线，据此进行综合性评价，得到多指标影响规律和极端环境条件下的指标变化趋势，从而对低压计量箱在各种极端自然环境下的产品质量和性能特点进行评估；户外静置检测主要用于研究低压计量箱材质在极端试验条件下的老化、腐蚀等性能变化情况，通过材料性能试验，结合基地环境数据在一个试验周期内的变化曲线，对材质进行性能变化评估，得到对材质性能影响最大的关键因子。

现场运行检测采集数据周期相对较长，采集周期以更换现场运行检测设备的时间为准，户外静置检测更换时间较短，采集数据周期为一年，户外静置检测多个试验周期的数据可以与现场运行检测一个周期的数据进行参照对比。

1、现场运行检测

为充分模拟实际运行情况，结合实际计量设备选型，设置3套现场运行检测线路。

1）设备选型

每套现场运行检测线路需要直接接入式低压计量箱12个，材质需涵盖PC+ABS、SMC、不锈钢冷轧钢板和热镀锌钢板，结构型式需涵盖单相单表位、三相单表位、单相九表位和三相二表位这四种类型。

2）安装方式

现场运行检测中低压计量箱设置在试验基地便于进行配电的外墙上，或依实际情况采用其他悬挂式安装方法，以解决现场墙面积和高度不足的问题。

现场运行检测低压计量箱排布方式如图1-图4所示，低压计量箱现场运行检测中设置3套检测线路，每套检测线路需要直接接入式低压计量箱12个，其中单相单表位低压计量箱3个，三相单表位低压计量箱3个，单相九表位低压计量箱3个，三相二表位低压计量箱3个。3套检测线路通过总表和Ⅰ集中器接入试验基地，试验基地总表和Ⅰ集中器安装在经互感器接入式一表位低压计量箱内，经互感器接入式一表位低压计量箱共需3个。现场试验按照PC+ABS材质、SMC材质、不锈钢冷轧钢板材质、热镀锌钢板材质的分配顺序，即先非金属后金属材质的分配顺序进行试验内容分配。

3）试验前、后验证

试验前，对不同材质、不同规格型号低压计量箱进行外观、计量箱标志、门锁、铰链操作性能和一般操作试验，确保现场运行前低压计量箱功能正常；试验后，对不同材质、不同规格型号低压计量箱进行外观、计量箱标志、门锁、铰链操作性能和一般操作试验，验证现场长期运行后低压计量箱对应考核指标的性能变化情况。

4）试验内容

4.1）环境数据监测

安装温湿度传感器、气压传感器、光照度传感器、风向和风力传感器、雨量传感器、盐雾传感器等各项环境指标采集装置，用于采集环境监测数据，上述各类传感器要安装在距离现场运行检测小于1m的位置。

每天以1h为时间间隔采集每天的环境数据并记录，绘制当天环境指标曲线并记录。

4.2）箱体内部环境数据监测

在低压计量箱内部合适位置安装温湿度传感仪，每天以1h为时间间隔采集箱体内部的温湿度数据并记录，绘制当天温湿度曲线并记录。

4.3）箱体外观监测

在外部合适位置安装带云台的可变焦摄像头，每周定期控制摄像头对各低压计量箱箱体逐个检查，检查箱体是否平整、是否有裂痕或凹凸不平等缺陷，检查标识、警示语、铭牌等是否清晰、内容是否正确完整，检查观察窗是否有变色情况或有缺陷产生，并拍照记录；

在内部合适位置安装带可控照明装置的小型摄像头，定期对各低压计量箱内部进行检查，检查金属部件是否有锈蚀等缺陷，检查非金属部件是否有裂痕或凹凸不平等缺陷，并拍照记录；

系统第一次运行时需拍照留存，以作为后续变化情况的对照。采用摄像头定时旋转至固定位置进行定焦拍摄的方式，以保证摄像头的充分利用，摄像头需要根据实际低压计量箱排布选取最优位置和最优焦距等。

以一天为周期对低压计量箱预定位置进行拍照，利用照片采集软件将照片进行自动对比。将第一次拍摄照片设为对照组并上传，每次新拍照片与对照组照片对比后达到所设定的区别条件时（如锈斑直径增大1cm），将新拍照片设为对照组，且将其上传，最终得到能描述整个运行周期内的计量箱外观变化的实物组图，从而得出实际运行在不同典型环境时的缺陷产生和变化规律。其中低压计量箱拍照时的预定位置可以根据现场情况选取，以最能反映箱体外观变化的位置为最佳。

4.4）温升数据监测

在计量箱内部关键发热点，如接插件端子、断路器端子等位置固定温度传感器（热电偶模块），以检测计量箱内关键点温升，温度传感器（热电偶模块）与温度巡检仪相连接，由温度巡检仪读取测试点热电偶模块中的温度数据记录并上传，以1个小时为采集周期，将采集到的温升数据进行图形化处理，如描绘各温升检测点在一天中的温升变化曲线，描绘各温升检测点在每天特定时刻的温升变化趋势曲线。

4.5）试验结果评价

试验运行周期结束后，将环境数据变化曲线、计量箱内部温湿度变化曲线、计量箱外观变化的实物组图和温升数据变化趋势图绘出后，进行综合性评价，找到各指标相互之间的影响规律，以确定低压计量箱在高严寒、高干热、高海拔、高盐雾及高湿热这些典型极端环境条件下的温升、腐蚀等指标的变化趋势，并以此对低压计量箱在各种极端自然环境下的产品质量和性能特点进行评估。

2、户外静置检测

在户外静置检测中低压计量箱不需安装电能表、采集终端、隔离开关和断路器等，但需装配接插件、断路器安装导轨和采集器安装导轨，将低压计量箱悬挂式安装后充分暴露在典型环境条件下进行试验。

1）设备选型

试验区需布置82个低压计量箱，材质涵盖PC+ABS、SMC、不锈钢冷轧钢板和热镀锌钢板，结构型式涵盖单相单表位、三相单表位、单相九表位和三相四表位这四种类型。

2）试验前、后验证

试验前，对不同材质、不同规格型号低压计量箱进行外观、计量箱标志、门锁、铰链操作性能和一般操作试验，确保现场运行前低压计量箱功能正常。

金属低压计量箱采用自身对照的方法，即先进行试验并记录检测数据后，然后将其充分暴露在典型环境试验基地进行户外静置检测后取回，进行试验并记录数据。非金属低压计量箱均分为A、B两组作为试验对象，以形成对照。A组首先进行材质试验并记录试验数据；B组进行户外静置检测后取回，进行计量箱材质试验并记录数据。

3）安装方式

在户外静置检测中低压计量箱采用分排壁挂方式，可根据要求定制单排、双排、三排等，具体排布可根据实际状况调整。

本实施例中低压计量箱的具体排布方式如图5-图8所示，其中图5显示了户外静置检测中单相单表位低压计量箱排布方式，图6显示了户外静置检测中三相单表位低压计量箱排布方式，图7显示了户外静置检测中单相九表位低压计量箱排布方式，图8显示了户外静置检测中三相四表位低压计量箱排布方式。

如图5-图8所示，户外静置检测试验区布置82个低压计量箱，其中，单相单表位低压计量箱采用金属材质，共12个；单相单表位低压计量箱采用非金属材质，共24个；三相单表位低压计量箱采用金属材质，共10个；三相单表位低压计量箱采用非金属材质，共20个；单相九表位低压计量箱选择SMC材质，共8个；三相四表位低压计量箱选择PC+ABS材质，共8个。另外，由于非金属低压计量箱需设置对照组，所以按照上述配置方案中非金属表箱的类型和数量选取60个低压计量箱预先进行材质试验，即：单相单表位低压计量箱采用非金属材质，共24个；三相单表位低压计量箱采用非金属材质，共20个；单相九表位低压计量箱选择SMC材质，共8个；三相四表位低压计量箱选择PC+ABS材质，共8个。

如图5-图8所示，每个试验架1至少长4.5m，底边宽度按实际加工情况选择，要求能牢固站立。为方便调整低压计量箱间距以及能兼容其他类型低压计量箱，低压计量箱固定导轨2均配备多个可滑动型螺钉，同排低压计量箱之间可以通过调整导轨2上的可移动螺钉来调整低压计量箱间距，不同排低压计量箱之间靠移动定位孔调整导轨2上下间距。导轨2的剖视图如图9所示。

试验架1至少设立4个，每个试验架1均需要进行编号，要求编号不能轻易磨损，可采用激光雕刻等方法，方便准确记录低压计量箱厂家排布位置，便于区分与进行数据统计。若采取并排排列方式，户外试验架预估占地面积至少为20平方米。若采取平行排列方式，考虑到阳光遮挡等问题，户外试验架预估占地面积可能要增加至50平方米，试验架排布方式与占地面积要根据实际情况调整，以试验架之间相互不遮挡不影响为最佳。

4）试验内容

4.1）金属低压计量箱试验

首先进行漆膜附着力试验，记录试验结果；待暴露于典型环境中一个试验周期后，进行漆膜附着力试验，记录试验结果，前后试验结果进行对比。

4.2）非金属低压计量箱试验

将非金属低压计量箱分为A、B两组作为试验对象，选取A组非金属低压计量箱，进行材质试验并记录试验结果；待B组非金属低压计量箱暴露于典型环境中一个试验周期后，进行材质试验并记录试验结果，并将试验结果与A组试验结果进行对比；其中材质试验包括冲击性能测定、弯曲性能测定和观察窗透光率测定试验等。

4.3）低压计量箱金属零件试验

对于低压计量箱内金属零件，试验前查看锈蚀状况，导轨、导线、接插件和铰链等的腐蚀情况，进行实物或拍照留样；将低压计量箱长期暴露于典型环境中，一个试验周期后，验证导轨、导线、接插件和铰链等的腐蚀情况，进行实物或拍照比对。

5)试验结果评价

试验运行周期结束后，将户外静置的低压计量箱的试验结果与对照组的试验数据进行对比，结合基地环境数据在一个试验周期内的变化曲线，进行性能变化评估，找到对材质性能影响最大的关键因子。同时，利用大量的试验数据构建数据库，为招标采购工作和督促厂家产品质量提升提供数据支撑和经验支持。

本实施例充分模拟低压计量箱在自然条件下的变化过程，通过现场运行检测得到低压计量箱在实负荷运行中多指标影响规律和极端环境条件下的指标变化趋势，通过户外静置检测对材质性能变化进行评估；积累大量试验数据，有助于开展多个老化因子之间相互关联规律的研究和各环境因子对低压计量箱综合作用效果的研究；以此为基础能够开展相关的数据分析、规律提取、机理研究、性能评价、标准参考等工作，从而有助于建立合理而有效的计量设备运行研究体系。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。