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引言：带电插拔技术（Hot Plug）指设备在带电运行的状态下，将板卡从槽位上拔出或插入的操作。带电插拔技术主要应用于设备需要不间断运行的场合，在设备带电运行状态下完成相应的扩容、升级、维护等操作。带电插拔技术在大、中型电子设备中是必不可少的。目前小型电子设备中大量普及的即插即用概念也非常倚重带电插拔技术。
Uninterruptible power plug meter technology research
Cao Min1，Zhang Jianwei1，Duan Yong2，Liu Zhen2
（1.YunNan Electric Power Test&Research Institute Group CO.， LTD. Electric Power Research Institute， Yunnan Kunming；2.Kunming Enersun Technology CO.，LTD.）
Abstract： Hot plug （Hot Plug） refers to electronic devices in the live running， pull the card from the corresponding slot or insert operation. Hot plug technology is mainly used in devices require uninterrupted operation of the occasion， complete the corresponding expansion in the equipment running live， upgrades， maintenance and other operations. Hot plug technology in large and medium-sized electronic devices is essential. Plug & Play concept is currently a large number of small electronic devices also rely heavily on the popularity of hot plug technology.
一、概述
带电插拔技术的特点是板卡在带电插拔操作中不能对工作中的设备和本板卡产生不可抑制的影响，包括系统重启，其它板卡损坏、重启，背板和本板损坏等，甚至要求不产生信号冲突，接口芯片不产生积累性电损伤等。板卡插入主机时，主机已经处于稳定的工作状态，所有容性负载均已充电。而待插的板卡是不带电的，板卡上的容性负载没有充电。在热插入过程中，待插板卡上的电容瞬间充电。这个充电过程将在插入的瞬间从系统电源吸纳大量的电流，导致系统电压瞬间跌落，影响其它板卡的正常运行。在电源线接触的瞬间，系统电源的输出电阻和待插板卡的电容组成RC充电通道，由于电源的输出电阻很小，浪涌电流非常大。在拔出板卡的过程中，板卡上的旁路电容放电，和背板之间形成一个低阻通道，也会产生瞬间大电流。浪涌电流携带大量的能量，会毁坏接口器件、连接器和金属连线。
二、热插拔技术研究
（一）热插拔机械接口模型设计
实现电能表不断电插拔的机械结构包括电表底座和表头两部分，底座带有长短不一的弹性接触件，没有插入表头时自身可以形成电流通路，插入表头之后所述底座的弹性接触件被表头接线柱一侧的绝缘板分离，从而切断了底座的电流通路，此时电流通路由表头和底座的一部分弹性接触件组成，达到了表头接入的目的。表头插拔过程中出现了一个两条电流通路同时工作的过程，由此带来的等电位连接保证了不断电插拔，也保证了插拔过程中不会产生火花。此结构的效果在于实现电能表的即插即用，实现电能表像用电器一样方便地接入或者移除。由于底座采用机械结构实现，所以具有非常高的可靠性。
图（1）
图（2）
此方案中采用的弹性接触件使用弹性好的铍铜或者磷铜，这样能够保证在反复插拔或长时间接触的情况下保持不变形。表面作镀锡或者钝化处理，使得此接触面电阻率更小，并且不容易发生氧化，这样能保证不会产生瞬间电流过大。但是由于采用弹性接触，对材料和工艺要求都较高，加工成本和易加工性都不够优化。在通流能力有更高要求的场合下宜采用下面介绍方案。
图（3）
此方案的主要特点是电流接触件采用插头与插座的形式，不再是靠弹性接触的形式，接插采用线簧可以保证高可靠性和易插拔性。绝缘顶杆和表头上插头的长度保证在插拔过程中出现两条电流通路的中间过程，即表头接入后底座的电流通路还未完全断开，只有当表头完全插入后绝缘顶杆才把底座电流通路切断，由此实现不断电换表。
（二）热插拔机械接口模型分析
本发装置提供一种可靠、通流能力强、具有不断电插拔技术的装置。
如附图（4），本装置特征在于：将表头2与底座1采用分离的结构，基板3设置在表头2与底座1之间，进线接线基座4与出线接线基座8分别设在基板3上；表头进线柱5与进线接线基座4连接，表头出线柱6与出线接线基座8连接；在底座1上连接有活动导体板9，插头10、11固定在活动导体板9上；在插头10、11位于和活动导体板9下的位置分别设有弹簧12；在表头2上位于进线接线基座4与出线接线基座8之间设有绝缘顶杆7，绝缘顶杆7下端与活动导体板9接触；表头2与活动导体板9上的插头长短设置为不相同，通过绝缘顶杆的长度控制表头插入过程中的过度过程。
绝缘顶杆的长度保证了电表接入和移除过程是等电位连接，所以既保证了不断电插拔，又消除了普通插拔过程中的火花。
底座上的活动导体板下面有弹簧支撑，当拔出表头时弹簧推动活动导体板向上移动而接通底座的电流通路，底座最终成型像一个普通插板，接线基座被封装在底盒中，用户接触不到带电体。 针对目前的电表防窃电、防触电等方法，底座和表头把火线和零线都引入智能计量部分。
图（4）
（三）热插拔机械接口模型插拔测试
根据模型建立以及对模型进行详细分析的条件下，我们将对模型进行插拔试验，对模型的可行性进行测试。
模型包括底盒1，表头2，用于安装接线基座的基板3，进线接线基座4，表头进线柱5，表头出线柱6，绝缘顶杆7，出线接线基座8，活动导体板9，活动导体板上的插头10、11，弹簧12。
在未插入表头时，弹簧推动活动导体板9和板上的插头向上移动，组成底座的电流通路：4——10——9——11——8。
表头插入过程中，表头接线柱5、6先与接线基座4、8接触，绝缘顶杆7再与活动导体板9接触，此时的电流通路有两条：4——10——9——11——8和4——5——2——6——8，这个过程保证了不断电插拔，并且有效的消除普通插拔过程中出线的火花。
表头插入之后，绝缘顶杆把活动导体板9及板上插头10、11和接线基座4、8分离，切断了底座的电流通路。此时的电流通路只剩下一条： 4——5——2——6——8。
底座在外观上和普通插座基本一样，集安全、可靠、美观于一体。而表头却像一个普通用电器一样，只是拥有两个插头和一根绝缘顶杆。
这样的设计达到了电能表的真正的即插即用，颠覆了以往更换电能表的方式。将来的换表将会是安全、方便、高效的。
三、结语
不同级别的可靠性要求对带电插拔安全有不同程度的标准。带电插拔不仅要求不损坏器件，不影响系统电源，进一步地还会要求不影响背板信号传输、静电泄放、备份设备间的安全倒换等等。因此要避免带电插拔问题，除了上文提到的一般原则外，还会涉及到接口器件特性、EMC、软件设计甚至系统设计等诸多方面。
参考文献
[1]刘家欣，肖大雏，姜胜.中带电插拔技术建模分析[期刊论文]- 电子世界，2004（3）.
（作者单位：1.云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院；
2.昆明能讯科技有限责任公司）
作者简介
曹敏（1961-），男，学士，高级工程师，云南电网公司首席技术科学家，享受云南省政府特殊津贴，全国电工仪器仪表标准化委员会电能测量和负载控制设备分技术委员会副主任委员。
张建伟（1979-），男，高级工程师，长期从事电力系统计量工作。
段勇（1974-），男，学士，长期从事电力自动化、信息化领域的相关研究和实施推广工作。
高尚飞（1983-），男，云南昆明人，硕士，工程师，云南电网公司电力研究院研发中心，长期从事电力信息化、输电在线监测相关建设与研究。
刘侦（1990-），男，学士，工程师，主要从事电网信息化工作。
Uninterruptible power plug meter technology research
Cao Min1，Zhang Jianwei1，Duan Yong2，Liu Zhen2
（1.YunNan Electric Power Test&Research Institute Group CO.， LTD. Electric Power Research Institute， Yunnan Kunming；2.Kunming Enersun Technology CO.，LTD.）
Abstract： Hot plug （Hot Plug） refers to electronic devices in the live running， pull the card from the corresponding slot or insert operation. Hot plug technology is mainly used in devices require uninterrupted operation of the occasion， complete the corresponding expansion in the equipment running live， upgrades， maintenance and other operations. Hot plug technology in large and medium-sized electronic devices is essential. Plug & Play concept is currently a large number of small electronic devices also rely heavily on the popularity of hot plug technology.
一、概述
带电插拔技术的特点是板卡在带电插拔操作中不能对工作中的设备和本板卡产生不可抑制的影响，包括系统重启，其它板卡损坏、重启，背板和本板损坏等，甚至要求不产生信号冲突，接口芯片不产生积累性电损伤等。板卡插入主机时，主机已经处于稳定的工作状态，所有容性负载均已充电。而待插的板卡是不带电的，板卡上的容性负载没有充电。在热插入过程中，待插板卡上的电容瞬间充电。这个充电过程将在插入的瞬间从系统电源吸纳大量的电流，导致系统电压瞬间跌落，影响其它板卡的正常运行。在电源线接触的瞬间，系统电源的输出电阻和待插板卡的电容组成RC充电通道，由于电源的输出电阻很小，浪涌电流非常大。在拔出板卡的过程中，板卡上的旁路电容放电，和背板之间形成一个低阻通道，也会产生瞬间大电流。浪涌电流携带大量的能量，会毁坏接口器件、连接器和金属连线。
二、热插拔技术研究
（一）热插拔机械接口模型设计
实现电能表不断电插拔的机械结构包括电表底座和表头两部分，底座带有长短不一的弹性接触件，没有插入表头时自身可以形成电流通路，插入表头之后所述底座的弹性接触件被表头接线柱一侧的绝缘板分离，从而切断了底座的电流通路，此时电流通路由表头和底座的一部分弹性接触件组成，达到了表头接入的目的。表头插拔过程中出现了一个两条电流通路同时工作的过程，由此带来的等电位连接保证了不断电插拔，也保证了插拔过程中不会产生火花。此结构的效果在于实现电能表的即插即用，实现电能表像用电器一样方便地接入或者移除。由于底座采用机械结构实现，所以具有非常高的可靠性。
图（1）
图（2）
此方案中采用的弹性接触件使用弹性好的铍铜或者磷铜，这样能够保证在反复插拔或长时间接触的情况下保持不变形。表面作镀锡或者钝化处理，使得此接触面电阻率更小，并且不容易发生氧化，这样能保证不会产生瞬间电流过大。但是由于采用弹性接触，对材料和工艺要求都较高，加工成本和易加工性都不够优化。在通流能力有更高要求的场合下宜采用下面介绍方案。
图（3）
此方案的主要特点是电流接触件采用插头与插座的形式，不再是靠弹性接触的形式，接插采用线簧可以保证高可靠性和易插拔性。绝缘顶杆和表头上插头的长度保证在插拔过程中出现两条电流通路的中间过程，即表头接入后底座的电流通路还未完全断开，只有当表头完全插入后绝缘顶杆才把底座电流通路切断，由此实现不断电换表。
（二）热插拔机械接口模型分析
本发装置提供一种可靠、通流能力强、具有不断电插拔技术的装置。
如附图（4），本装置特征在于：将表头2与底座1采用分离的结构，基板3设置在表头2与底座1之间，进线接线基座4与出线接线基座8分别设在基板3上；表头进线柱5与进线接线基座4连接，表头出线柱6与出线接线基座8连接；在底座1上连接有活动导体板9，插头10、11固定在活动导体板9上；在插头10、11位于和活动导体板9下的位置分别设有弹簧12；在表头2上位于进线接线基座4与出线接线基座8之间设有绝缘顶杆7，绝缘顶杆7下端与活动导体板9接触；表头2与活动导体板9上的插头长短设置为不相同，通过绝缘顶杆的长度控制表头插入过程中的过度过程。
绝缘顶杆的长度保证了电表接入和移除过程是等电位连接，所以既保证了不断电插拔，又消除了普通插拔过程中的火花。
底座上的活动导体板下面有弹簧支撑，当拔出表头时弹簧推动活动导体板向上移动而接通底座的电流通路，底座最终成型像一个普通插板，接线基座被封装在底盒中，用户接触不到带电体。 针对目前的电表防窃电、防触电等方法，底座和表头把火线和零线都引入智能计量部分。
图（4）
（三）热插拔机械接口模型插拔测试
根据模型建立以及对模型进行详细分析的条件下，我们将对模型进行插拔试验，对模型的可行性进行测试。
模型包括底盒1，表头2，用于安装接线基座的基板3，进线接线基座4，表头进线柱5，表头出线柱6，绝缘顶杆7，出线接线基座8，活动导体板9，活动导体板上的插头10、11，弹簧12。
在未插入表头时，弹簧推动活动导体板9和板上的插头向上移动，组成底座的电流通路：4——10——9——11——8。
表头插入过程中，表头接线柱5、6先与接线基座4、8接触，绝缘顶杆7再与活动导体板9接触，此时的电流通路有两条：4——10——9——11——8和4——5——2——6——8，这个过程保证了不断电插拔，并且有效的消除普通插拔过程中出线的火花。
表头插入之后，绝缘顶杆把活动导体板9及板上插头10、11和接线基座4、8分离，切断了底座的电流通路。此时的电流通路只剩下一条： 4——5——2——6——8。
底座在外观上和普通插座基本一样，集安全、可靠、美观于一体。而表头却像一个普通用电器一样，只是拥有两个插头和一根绝缘顶杆。
这样的设计达到了电能表的真正的即插即用，颠覆了以往更换电能表的方式。将来的换表将会是安全、方便、高效的。
三、结语
不同级别的可靠性要求对带电插拔安全有不同程度的标准。带电插拔不仅要求不损坏器件，不影响系统电源，进一步地还会要求不影响背板信号传输、静电泄放、备份设备间的安全倒换等等。因此要避免带电插拔问题，除了上文提到的一般原则外，还会涉及到接口器件特性、EMC、软件设计甚至系统设计等诸多方面。
参考文献
[1]刘家欣，肖大雏，姜胜.中带电插拔技术建模分析[期刊论文]- 电子世界，2004（3）.
（作者单位：1.云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院；
2.昆明能讯科技有限责任公司）
作者简介
曹敏（1961-），男，学士，高级工程师，云南电网公司首席技术科学家，享受云南省政府特殊津贴，全国电工仪器仪表标准化委员会电能测量和负载控制设备分技术委员会副主任委员。
张建伟（1979-），男，高级工程师，长期从事电力系统计量工作。
段勇（1974-），男，学士，长期从事电力自动化、信息化领域的相关研究和实施推广工作。
高尚飞（1983-），男，云南昆明人，硕士，工程师，云南电网公司电力研究院研发中心，长期从事电力信息化、输电在线监测相关建设与研究。
刘侦（1990-），男，学士，工程师，主要从事电网信息化工作。