一、立项背

2010年，国网公司全面启动“全覆盖、全采集、全费控”建设，电能表用费控设备包括内置负荷开关和外置断路器，同智能电能表配合实现低压用户远程缴费和自动停复电。智能费控是提升用电智能化、实现精准营销、降低缴费风险的着力点和落脚点，也是智能用电、双向互动和智慧城市的重要环节，同人民群众生产、生活和电网运行息息相关，关系着千家万户、各行各业和国网公司的切身利益。费控设备的质量特性直接决定了费控执行的成功率、安全性和可靠性，一旦失效会导致触电、火灾和爆炸等事故屡屡发生，造成人身伤害和经济损失；另一方面会给国网公司优质服务带来巨大压力，导致重大社会舆情，造成获得电力优质服务水平降低

本项目致力于解决解决负荷开关产品质量差异较大、可靠性差、使用寿命短、检技术缺乏和检测装备落后等难题，通过建立一套针对负荷开关可靠性的评价试验方法，暴露产品潜在的缺陷和薄弱环节，挖掘对电能表用内、外置负荷开关在使用现场可能出现的失效，从而保证产品可靠性要求，切实保障电能表的现场运行可靠性

二、主要内

本项目研究成果基于高精建模、高级量测、高效控制、高速通信的技术，攻克了费控设备建模不准确、状态闭环反馈成功率低、检测技术缺乏、可靠性评估体系不完善等一系列技术难题，建立了一套针对费控设备的可靠性评价方法，充分暴露产品潜在的缺陷和薄弱环节，重点突破四个方面的技术难题

（1）费控设备静动态建模及电磁仿真技术，影响质量特性的关键参数难以确定

（2）费控设备费控状态未形成闭环反馈，费控执行成功率低，灭弧能力差

（3）费控设备检测无统一标准，检测手段匮乏、检测效率低

（4）可靠性评价方法单一，可靠性验证设备精准度低，未形成综合评价方法和可靠性评价体系

从而有效提高了费控设备的产品质量，降低了运维成本，实现了用电响应迅速、缴费复电自动化、服务高效便捷，保障了电网与客户能量流、信息流、业务流实时互动和可靠用电的新型供用电关系

三、创新亮

1. 发明了负荷开关稳健性参数容差设计方法，建立了吸反力双响应面模型以及径向基函数的电磁机构快速计算模型，实现了工作温度由85℃提高到100℃、故障电流接通能力由2.5kA提高到4.5kA，达到IEC标准中UC4水平，质量一致性由76.7%提升到99.5%

图1 内置负荷开关优化技

2. 首次建立了空气介质中银基材料蒸发的电极烧蚀模型，设计了外置断路器触头引弧成形方案；提出了同轴传动的中继远程控制及状态反馈方法，整机功耗降低了20%，合闸成功率由95.0%提升至99.9%

图2 新型外置负荷开关设计技

3. 创新性提出了稳态功耗、驱动能力、强磁干扰等参数判定方法，规范了52项涵盖机械、电磁和环境等综合因素检测方法，发明了全景多路图像目标检测、一体化柔性装载、分层复用等方法，建成了自动化检定流水线，效率提升300%，解决了规模化应用质量难以检验的问题

图4 负荷开关全性能检测技

4. 第一次提出了融合成功率、失效率的费控设备可靠性定级、维持和升级的综合评价方法，突破了可靠性评价体系缺失的瓶颈，研制了高精度的脉冲控制千安级电流可靠性试验装置，创建了极端环境下的可靠性验证平台，运行故障率由1‰降低至0.5‰

图5 负荷开关可靠性评价技术和可靠性综合检测平

四、效益及推广应用情

项目研究成果已在国网公司、372个生产企业和54家检测机构内实施应用，实现了费控设备质量升级换代，并进一步应用于仪器仪表、建筑和消防等行业，出口至日本、沙特和印度等国家，有力支撑了“一带一路”国家战略实施

1. 依托项目发明的负荷开关优化设计方法和外置断路器触头成形方案，已经应用到生产企业的产品制造中，并带动费控设备上下游约上百家产业链企业生产配套元器件，为费控设备的质量提升和电网安全稳定运行做出了贡献。部分出口至日本、沙特和印度等国家，支撑“一带一路”战略实施

2. 研制的功耗、控制功能、泄漏电流等检测装置，确保费控设备在电气性能、机械性能和环境适应性方面满足应用要求，检测结果录入断路器数据库，应用于327个成套设备厂家和233个电能表生产厂家的器件选型，为国家电网公司设备招标提供数据支撑

3. 研发的自动化检测设备，全面提升检测能力，开展了费控设备的全性能检测和抽样检测，制定了《电能表外置断路器质量监督管理办法》，在27个省公司及127个生产厂家应用，准确发现外置断路器在批量供货中的质量问题，以全性能检测合格的费控设备作为统一模板，批量供货设备与统一模板进行比对，找出差异，保证了费控设备的质量一致性

4. 依托研究成果形成了团体标准、企业标准和行业标准指导54家检测机构开展检测，指导制造企业生产，约200家投产，现已安装运行5000万只，还制定了自动断路器的自愿性产品认证实施规则，并将团体标准翻译成英语版，应用于部分英语语系国家

5. 项目提出的费控设备可靠性评价体系已应用到费控设备的生产运行中，依托极端环境可靠性试验平台，督促生产企业提高费控设备的可靠性，降低了运维成本，避免了由于费控设备失效引起的损失，为智能电网运行维护和提升居民用电体验做出了贡献