解析電能計(jì)量表計(jì)及終端運(yùn)行的可靠性

邢智

摘 ?要：隨著我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展，用電信息采集系統(tǒng)在電網(wǎng)中得到了廣泛的使用。文章對(duì)電能計(jì)量表計(jì)以及終端產(chǎn)品常見(jiàn)故障進(jìn)行了分析、改進(jìn)及可靠性設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：電能計(jì)量表計(jì);終端產(chǎn)品;運(yùn)行可靠性

中圖分類(lèi)號(hào)：TM933.4 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006-8937（2016）03-0114-01

用電信息采集以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的核心設(shè)備就是電能計(jì)量表計(jì)以及終端，該設(shè)備有測(cè)量瞬時(shí)值、計(jì)量電能、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、需求量的計(jì)量和統(tǒng)計(jì)、記錄事件并主動(dòng)上傳、本地通信、遠(yuǎn)程通信、下行通信以及控制負(fù)荷等一系列功能，所得到的數(shù)據(jù)信息用于電力用戶(hù)以及供電單位之間進(jìn)行電能計(jì)量并結(jié)算，方便用電管理。本文對(duì)電能計(jì)量表計(jì)以及終端產(chǎn)品常見(jiàn)故障進(jìn)行了仔細(xì)分析，并提出了一些改進(jìn)措施及可靠性設(shè)計(jì)方案。

1 ?電能計(jì)量表計(jì)及終端常見(jiàn)故障分析

1.1 ?電源故障

失效的情況，如圖1所示，源及主板損壞、燒表，電能計(jì)量表計(jì)及終端B、C兩相PT出現(xiàn)了燒壞，電源上的電容以及芯片燒炸，從外面采購(gòu)的開(kāi)關(guān)電源模塊發(fā)生了燒壞，限幅二極管以及貼片電感燒毀嚴(yán)重，計(jì)量電路板全部燒壞，終端電源中的限流電阻其表面被燒黑，但是壓敏電阻卻未損壞。

1.1.1 ?失效原因分析

經(jīng)過(guò)初步的分析認(rèn)為電壓高、能量大、過(guò)壓燒表等都是雷擊造成的。不管是哪個(gè)電路發(fā)生了燒毀都會(huì)出現(xiàn)能量泄放回路，這就會(huì)對(duì)回路中的所有器件造成不同程度的損傷。對(duì)返回的故障表進(jìn)行分析可知，高壓竄入存在2個(gè)回路，分別為表內(nèi)PT以及電源模塊，計(jì)量板和PT全部被損壞，但是電源模塊卻只有部分被損壞，由此可以推斷高壓從表內(nèi)PT竄入的概率比較大。

PT出現(xiàn)損壞但是PT串聯(lián)電阻沒(méi)有出現(xiàn)損壞的原因分析：PT受到鐵損和銅損的影響，而銅損又受到電流的影響，發(fā)熱量隨著電流的增大而增大，鐵損又被稱(chēng)為渦流損耗，和磁感應(yīng)強(qiáng)度以及電源頻率有關(guān)。雷電的磁感應(yīng)強(qiáng)度非常大，所以PT發(fā)生燒損不但和電流存在關(guān)系，還受鐵損的影響，但是電阻發(fā)熱只受到電流的影響，這就是為什么只有PT出現(xiàn)損壞而PT串聯(lián)電阻沒(méi)有出現(xiàn)損壞的原因。

貼片電感在燒斷的時(shí)候造成非常高的過(guò)壓，而過(guò)壓使得邏輯板上的電容和芯片出現(xiàn)損壞;原因在于終端內(nèi)PT的初級(jí)以及次級(jí)線(xiàn)圈比都為1：1，并且線(xiàn)圈匝數(shù)非常多，一旦次級(jí)突然開(kāi)路，則會(huì)出現(xiàn)非常高的反沖過(guò)壓，另外初級(jí)輸入電壓又很高，最終使得反沖過(guò)壓過(guò)高，邏輯板上那些燒壞的芯片和電容可以證明過(guò)壓的存在。

1.1.2 ?改進(jìn)措施

由于雷電過(guò)壓造成的破壞是不可避免的，在安裝調(diào)試終端的時(shí)候，必須做好相應(yīng)的防雷手段，確保變壓器接地可靠，裝設(shè)性能優(yōu)良的防雷器;另外終端在線(xiàn)和線(xiàn)中間應(yīng)該裝設(shè)壓敏電阻，建議降低終端內(nèi)PT的變比。

1.2 ?遠(yuǎn)程通信故障

通訊模塊出現(xiàn)故障也較常見(jiàn)，如CDMA終端中出現(xiàn)了模塊損壞，部分終端在更換損壞模塊正常運(yùn)行一段時(shí)間之后模塊又被損壞。

1.2.1 ?失效分析

引起模塊損壞最重要的因素在于模塊終端在不停撥號(hào)，使得模塊內(nèi)部在不停地復(fù)位。終端在處理過(guò)程中，一個(gè)撥號(hào)周期由很多環(huán)節(jié)組成：通訊模塊的初始化，交換聯(lián)通數(shù)據(jù)信息，獲得IP地址。這其中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)失敗，都是使得通訊模塊復(fù)位。

1.2.2 ?改進(jìn)措施

①使用容量更大的路由器，容量應(yīng)該超過(guò)終端數(shù)的25%，另外也可以提升驗(yàn)證服務(wù)器的工作效率，強(qiáng)化相關(guān)配置使其能夠處理大量終端并且發(fā)放認(rèn)證，提升驗(yàn)證路由器的工作性能;②現(xiàn)場(chǎng)終端使用dormant形式，如果沒(méi)有通訊的時(shí)候物理鏈路進(jìn)行釋放;③對(duì)終端通訊處理流程進(jìn)行優(yōu)化，盡力確保模塊的安全，在最大限度上延長(zhǎng)模塊的使用周期。

2 ?電能計(jì)量表計(jì)及終端可靠性設(shè)計(jì)

2.1 ?抵抗雷擊設(shè)計(jì)

為確保電能計(jì)量表計(jì)及終端的安全，必須采取一定的防雷保護(hù)措施。電源部分可以使用壓敏電阻、限流電阻。抵抗雷擊設(shè)計(jì)，如圖2所示，可以看出壓敏電阻可以對(duì)電源浪涌起到非常好的保護(hù)效果;由于浪涌造成的大電流熱敏電阻可以起到一定的保護(hù)作用;2路RS485用到的電源和主電源之間完全被隔離，這樣就確保了在主電源回路中產(chǎn)生的浪涌不會(huì)對(duì)RS485回路造成任何影響。

2.2 ?數(shù)據(jù)冗余設(shè)計(jì)

在規(guī)劃電能存儲(chǔ)的EEPROM資源的時(shí)候必須要留出3倍冗余數(shù)據(jù)空間，在4個(gè)完全不相干的EEPROM區(qū)域中寫(xiě)入電能數(shù)據(jù)。為了使得數(shù)據(jù)的安全性得到保障，以提升在錯(cuò)誤操作下相關(guān)數(shù)據(jù)信息留存的機(jī)率，應(yīng)該盡可能的分散分布冗余數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。在使用這些數(shù)據(jù)信息時(shí)，認(rèn)真檢查各組數(shù)據(jù)，防止發(fā)生程序跑飛時(shí)的時(shí)候?qū)⒏鹘M備份數(shù)據(jù)同時(shí)寫(xiě)入。

2.3 ?抵抗沖擊電流設(shè)計(jì)

電能計(jì)量表計(jì)及終端在正常運(yùn)行的過(guò)程經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)短路故障，一旦發(fā)生斷裂故障在瞬間便會(huì)引起幾千安的沖擊電流，現(xiàn)階段在現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)裝設(shè)了斷路器跳閘保護(hù)裝置，然后斷路器存在20 ms的時(shí)間延遲，就在這20 ms的時(shí)間內(nèi)，沖擊電流就很有可能將表計(jì)及終端破壞。為了避免這種情況的出現(xiàn)，首先需要做的就是提升采樣電阻的功率值，另外就是對(duì)其采取一定的保護(hù)措施，如圖3所示，R113、R101以及R102都是0805封裝，表內(nèi)CT一次側(cè)出現(xiàn)過(guò)流的時(shí)候不會(huì)對(duì)其造成影響;表內(nèi)CT的初級(jí)線(xiàn)圈橫截面積非常大，這樣在過(guò)大電流的時(shí)候可以保護(hù)CT不被損壞。

3 ?結(jié) ?語(yǔ)

本文探討了提升電能計(jì)量表計(jì)及終端可靠性設(shè)計(jì)的措施，對(duì)電能計(jì)量表計(jì)及終端經(jīng)常發(fā)生的故障進(jìn)行了分析，然后在此基礎(chǔ)山提出了一些實(shí)用性的解決措施。相信在采取上述措施之后產(chǎn)品的可靠性可以得到一定的提升。

參考文獻(xiàn)：

[1] 盧晗.淺議電能計(jì)量裝置可靠性運(yùn)行的管理[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2012，（10）.

[2] 計(jì)曉怡.智能電能表常見(jiàn)故障的研究和分析[D].北京：華北電力大學(xué)，

2012.