智能電能表應(yīng)用的有關(guān)問題與對策

黃金娟，嚴華江

（國網(wǎng)浙江省電力公司 電力科學研究院，杭州 310000）

近年來，隨著科技水平的快速發(fā)展,智能電能表伴隨智能電網(wǎng)建設(shè)走入了千家萬戶，其高度的功能集成和良好的性能拓展遠遠突破了傳統(tǒng)普通電能表的概念，實現(xiàn)了供電企業(yè)和電力用戶之間良好的信息與需求交互,在用電質(zhì)量監(jiān)測、遠程運行控制、防竊電等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。經(jīng)過幾年的推廣實踐，智能電能表的應(yīng)用優(yōu)勢已不言而喻，但在運行過程中個別電能表仍然不可避免地出現(xiàn)類似計量失準，電池欠壓等問題，對電費結(jié)算產(chǎn)生一定影響，同時制約自身功能質(zhì)量進一步完善提升。筆者結(jié)合多年來的理論研究與實踐積累，對智能電能表運行過程中存在的幾類典型問題進行初步分析并提出相應(yīng)對策。

1 電能表時鐘問題

智能電能表的時鐘與數(shù)據(jù)凍結(jié)、時段分布、遠程通信等方面有著密切的聯(lián)系，時鐘的準確性直接關(guān)系到計量準確性和相關(guān)功能應(yīng)用的實現(xiàn)。智能電能表的時鐘電源模式主要有2種：一種是市電模式，時鐘芯片通過主電源供電，優(yōu)先級較高；另一種是備用電池模式，只在外部停電的情況下采用，優(yōu)先級較低。時鐘問題主要表現(xiàn)在時鐘電池欠壓和日計時誤差超差。

1.1 時鐘電池欠壓

鋰電池是智能電能表上使用的主流電池類型。造成電池欠壓的原因主要有以下幾種：一種是電池器件本身質(zhì)量不高，上電反向充電電流過大或者電池存在漏液；第二種是停電狀態(tài)電池功耗設(shè)計過大，在上下電處理時未控制好低功耗；第三種是隔離電池與工作電源的二極管的反向漏電流較大，電能表在非工作狀態(tài)下電池耗電嚴重；第四種是表計電路板上存在部分原件短路，導致整機功耗較大（功耗測試超過50 μA）。

現(xiàn)實中若裝出運行時間不足5年的電能表批量出現(xiàn)時鐘電池欠壓，大多為前2種原因造成，可歸類為電池自身質(zhì)量和設(shè)計問題。

應(yīng)對措施：在技術(shù)上，一是對電能表進入低功耗判斷提供準確的硬件和軟件設(shè)計，如：采用功耗監(jiān)測芯片等；二是電池設(shè)計時充分考慮電池鈍化問題，合理設(shè)置電流值，整機功耗控制在20 μA以內(nèi)；三是選用全溫度范圍內(nèi)反向充電電流小的二極管。在管理上，一是增加低功耗測試覆蓋范圍；二是選用低功耗CPU、低功耗LCD驅(qū)動、低功耗時鐘芯片，使整機功耗小于20 μA。

1.2 日計時誤差超差

智能電能表日計時誤差超差的原因主要有時鐘芯片故障和外源干擾2種。

（1）時鐘芯片故障

電能表時鐘控制如采用獨立的RTC芯片，芯片自身質(zhì)量不好將直接導致日計時誤差超差。如采用內(nèi)部的RTC芯片，若溫度采樣電路工作不正常或者采用的晶振頻偏超差以及補償算法不當，都會引起日計時誤差超差。

應(yīng)對措施：在技術(shù)上，電能表時鐘控制若采用獨立RTC芯片，則宜選用優(yōu)質(zhì)的外部RTC芯片；若采用內(nèi)部RTC芯片，則宜選用高精度的溫度采樣器件、高精度的晶振、優(yōu)化算法、電路防潮處理等。對于已發(fā)生的電能表時鐘偏差，可通過對時進行校正。按照智能電能表功能規(guī)范要求，電能表檢定合格后對修改時鐘有嚴格的限制。廣播校時不受密碼和硬件編程開關(guān)限制，但每日只能校時一次，每次只接受小于或等于5 min的時鐘誤差校時。如需對電能表進行單獨對時，應(yīng)通過ESAM的安全認證方能進行。

（2）外源干擾

外源干擾指電能表在運行過程中受到外部超差時鐘源的干擾，使電能表時鐘被糾偏。如：通過紅外掌機對電能表進行現(xiàn)場對時或者通過采集系統(tǒng)進行遠程對時的過程中，若主站或終端時鐘源失準，電能表時鐘就可能被糾偏。

應(yīng)對措施：智能電能表接入用電信息采集系統(tǒng)后，采集終端就可以對所采集電能表進行遠程對時，并且主站可自主設(shè)定并下發(fā)批量自動對時指令。該操作簡單高效，便于遠程批量校正電能表時鐘，但有一個不可忽略的重要前提，即采集終端的時鐘源必須是準確的。若終端時鐘源超差，則自動對時的后果將把所有接入該終端的電能表時鐘糾偏。另外，遠程自動對時還受到通信信道延時的影響，實際操作中須謹慎設(shè)置延時允許閾值。基于用電信息采集系統(tǒng)的遠程對時操作，實踐中須充分驗證主站和終端時鐘源的準確性，批量自動對時尤須謹慎。

2 電能表計量準確性問題

計量精度和準確性是電能表最基礎(chǔ)、最重要的運行參數(shù)。相對于傳統(tǒng)普通電能表，智能電能表在計量精準度和穩(wěn)定性上有了大幅提升，但在批量運行過程中仍然可能出現(xiàn)個別誤差超差、計量失準的情況，引發(fā)原因大致可歸為產(chǎn)品自身性能問題和人為破壞2類。

2.1 產(chǎn)品性能質(zhì)量問題

產(chǎn)品自身性能質(zhì)量問題指電能表在生產(chǎn)制造過程中由于軟件設(shè)計、硬件質(zhì)量或參數(shù)設(shè)置等方面的問題缺陷，導致運行計量誤差超過精度范圍。具體的表現(xiàn)形式和應(yīng)對措施舉例如下。

（1）軟件設(shè)計方面

案例：某品牌批次智能電能表軟件版本程序中計量芯片校驗程序存在漏洞，智能電能表在快速停復電時，主處理器MCU未能成功將配置參數(shù)寫入計量芯片，而后續(xù)程序也未對計量芯片的配置參數(shù)進行校驗。計量芯片運行在錯誤的配置參數(shù)下，造成電能計量失準。

應(yīng)對措施：在技術(shù)上，要求電能表每次上電必須對計量參數(shù)進行重新裝載，定時進行計量參數(shù)的校驗；上電運行期間需要定期對計量參數(shù)進行讀取比對，確保計量參數(shù)正確，對于有錯誤的參數(shù)需要及時加以重新配置。在管理上，在電能表到貨驗收環(huán)節(jié)，按一定比例抽樣進行快速停復電測試，檢驗電能表的誤差；加強電能表在快速停復電條件下運行可靠性的測試；模擬計量參數(shù)配置出錯的環(huán)境（如：在計量總線上人為加干擾）驗證計量參數(shù)是否重新下裝。

（2）硬件質(zhì)量方面

案例：某品牌批次智能電能表在生產(chǎn)過程中分板操作環(huán)節(jié)存在缺陷，造成電能表計量芯片的基準源去耦電容出現(xiàn)損壞，導致電能表運行過程中計量芯片的采樣數(shù)據(jù)被放大，引起電能表計量失準。

應(yīng)對措施：在技術(shù)上，要求電能表PCB板邊距至少保留3 mm，器件排列與印板分板方向平行，減少印板分板時產(chǎn)生的應(yīng)力損壞。在管理上，改進生產(chǎn)工藝，增加核心元器件部分測試點。

（3）參數(shù)設(shè)置方面

案例：某品牌批次智能電表在潛動閾值設(shè)置時人為錄入錯誤，導致電能表在現(xiàn)場運行過程中發(fā)生潛動現(xiàn)象。

應(yīng)對措施：在技術(shù)上，要求智能表生產(chǎn)過程中自動配置潛動閾值，同時增加參數(shù)校驗機制，避免人為錄入出錯。在管理上，加強電能表生產(chǎn)參數(shù)配置環(huán)節(jié)審核力度，確保參數(shù)正確。

2.2 人為破壞

人為破環(huán)指出廠合格的電能表在運行過程中被人為破壞內(nèi)外部結(jié)構(gòu)或改變相關(guān)配置，導致計量失準?，F(xiàn)實中部分不法用戶出于竊電的目的，惡意破壞電能表的計量準確性，手法逐步從改變電能表外部接線向破壞電能表內(nèi)部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，隱蔽性越來越強。舉例分析如下。

案例1：某智能電能表（1級三相費控智能電能表（遠程，開關(guān)外置），1.5（6）A，3×220/380 V）裝出運行1年后，檢定封印被破壞，實驗室檢定誤差為-70%。打開表蓋，取出電路板，發(fā)現(xiàn)采樣電流互感器被更換。標配電流采樣互感器1.5（6）A/5 mA被更換成10（50）A/10 mA，采樣電流相比實際縮小了。如回路負荷電流為1.5 A，電流采樣互感器為1.5（6）A/5 mA時，采樣結(jié)果為5 mA；若換成10（50）A/10 mA，采樣結(jié)果為1.5 mA，即少計3.5 mA，誤差約-70%，與實測結(jié)果相符。

案例2：某智能電能表（2級單相費控智能電能表（遠程，開關(guān)內(nèi)置），5（60）A，220 V）裝出運行4年后，檢定封印外觀有異常痕跡，疑似打開后用尖嘴鉗再次鉗封，實驗室檢定誤差約為-73%。表計開蓋后發(fā)現(xiàn)電流回路黃藍線間焊接了一條短接線（電流采樣回路短接），對電流采樣回路進行了分流，使流入計量芯片的電流減小，造成電能表少計電量。

應(yīng)對措施：從以上2起改變電能表內(nèi)部結(jié)構(gòu)竊電案例來看，施竊者具有一定的電力電子知識，掌握電能表的工作原理，給日常查糾帶來困難。但仔細總結(jié)分析可以發(fā)現(xiàn)，該類竊電繞不開2個動作：破壞檢定封印和打開表蓋。日?；榭上鄳?yīng)從這2方面入手，一方面切實加強表計封印管理，將運行電能表封印完整性檢查納入日常用檢、現(xiàn)場周期核抄等工作環(huán)節(jié)，一旦發(fā)現(xiàn)可疑現(xiàn)象，第一時間拍照取證、拆表分析、一查到底；另一方面，充分利用用電信息采集系統(tǒng)的遠程監(jiān)測功能，對表計的開蓋情況進行全時段監(jiān)測，對上報的開蓋記錄第一時間分析，結(jié)合開蓋前后的工況數(shù)據(jù)對比，掌握規(guī)律后進一步現(xiàn)場核實取證，提高稽查針對性和有效性。

3 結(jié)束語

智能電能表以其諸多優(yōu)勢被市場與用戶所選擇，得到了普遍的推廣應(yīng)用。雖然目前個別表計在時鐘電池、計量準確性等方面仍然存在一定的問題，但不影響電能表整體智能化發(fā)展和應(yīng)用。對運行電能表的問題研究也為智能表的進一步完善指明了方向。隨著科技的發(fā)展和長壽命電池研制、防竊電等關(guān)鍵技術(shù)的進步，智能電能表的功能應(yīng)用和產(chǎn)品性能必將同步提升，更加智能化、人性化，更好地服務(wù)廣大電力用戶。