單相智能表大電流計(jì)量異常原因分析

趙 燕，黃 穎，趙震宇，祝 婧，黃 煒，夏 鵬

0 引言

智能電能表是具有電能量計(jì)量、數(shù)據(jù)處理、實(shí)時監(jiān)測、自動控制、信息交互等功能的電能表[1-6]。智能電表在江西從2010年投入運(yùn)行以來，其預(yù)付費(fèi)、集抄等功能給用戶及供電公司帶來了極大的便利。而隨著智能表在江西的運(yùn)行數(shù)量的增加，出現(xiàn)的問題也逐漸增多。近來，江西省某供電公司發(fā)現(xiàn)某廠家5（40）A的單相智能表在工作電流大于68 A時，電表屏顯電流隨測試電流增大而減小。電量少計(jì)問題一直困擾著供電部門，為此，針對該單相表在超負(fù)荷工況下的計(jì)量性能進(jìn)行了研究。

1 正常工況下計(jì)量性能分析

現(xiàn)場出現(xiàn)計(jì)量異常的電表為2級DDZY102型單相智能電能表，規(guī)格為:電壓220 V，電流5（40）A，為了找到智能表的在超負(fù)荷工況下計(jì)量異常的原因，首先確認(rèn)該電表在正常工況下的計(jì)量性能，根據(jù)國家電網(wǎng)公司企標(biāo)單相智能電能表技術(shù)規(guī)范[7]的相關(guān)規(guī)定，2級單相智能表的檢定誤差限按1級單相智能表誤差限的60%執(zhí)行，即異常表的檢定誤差應(yīng)在表1的誤差限范圍內(nèi)。超負(fù)荷工況下的異常智能表在檢定規(guī)程[8]要求的負(fù)載電流下的檢定誤差數(shù)據(jù)如表2所示（Ib=5 A，Imax=40 A），由檢定數(shù)據(jù)可知，所謂的“異?！敝悄鼙碓谡５墓r下計(jì)量準(zhǔn)確，不存在異常。

表1 2級單相表的誤差限

表2 異常表的檢定誤差

2 計(jì)量異常原因分析

為了分析智能電表在超負(fù)荷工況下的計(jì)量異常的原因，我們需要模擬現(xiàn)場工況，復(fù)現(xiàn)計(jì)量異常現(xiàn)象。因電表的最大工作電流為40 A，所以我們在電壓220 V，電流大于40 A的環(huán)境下進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表3可見，當(dāng)仿真輸入電流在40～47A之間時，智能表能夠正常工作，計(jì)量無異常；當(dāng)仿真輸入電流在48～68 A時，智能表能夠正常工作2 min，隨后跳閘；當(dāng)輸入仿真電流在69～79 A之間時，智能表計(jì)量的電流小于實(shí)際輸入的仿真電流，出現(xiàn)少計(jì)電量的異常；當(dāng)仿真輸入電流大于80 A時，計(jì)量的電流值小于輸入電流值的50%以上，如圖1所示，少計(jì)電量情況十分嚴(yán)重，且電表不會跳閘，如不及時發(fā)現(xiàn)，電表將長時間的異常運(yùn)行，給供電公司帶來較嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

圖1 電表計(jì)量電流隨仿真電流變化曲線

2.1.1 跳閘原因分析

由上述分析可知，在線路電流為48～68 A時的現(xiàn)場工況下，智能表在運(yùn)行2 min以后會自動跳閘，給居民的生活帶來不便。

按照智能表的設(shè)計(jì)要求，其有過流保護(hù)功能，當(dāng)輸入電流大于1.2Imax（48 A）運(yùn)行2 min后，智能表啟動過流保護(hù)功能自動跳閘，以保護(hù)內(nèi)部電路，延長其使用壽命。

2.1.2 智能表計(jì)量電流小于實(shí)際電流原因分析

由上述分析可知，將線路電流大于69 A及以上時，智能表會出現(xiàn)計(jì)量異常。當(dāng)線路電流大于80 A后，智能表計(jì)量到的電流值甚至低于1.2Imax，智能表過流保護(hù)不會動作，電表持續(xù)運(yùn)行，不斷少計(jì)電量。

該智能表的計(jì)量芯片為美國TI公司的CSG550。CSG550是一種高精度的單相電能專用計(jì)量芯片，它的模擬輸入端支持差分信號輸入，電流輸入端可以連接電流互感器或者分流器實(shí)現(xiàn)電流的測量，而電壓輸入端可以連接電阻分壓之后的信號或者電壓互感器實(shí)現(xiàn)電壓的測量，兩個電流通道可以同時測量火線和零線電流，實(shí)現(xiàn)防竊電的檢測。CSG550片內(nèi)集成了3路16位的ADC，帶有可編程增益放大器，ADC前端的典型接線如圖2所示。

圖2 CSG550片內(nèi)ADC前端的典型電路

芯片前端電流通道模擬輸入信號電平和等效電路如圖3、4所示。

圖3 模擬輸入信號電平曲線

當(dāng)模擬輸入值小于600 mV時電表的計(jì)量芯片正常工作[9]，模擬輸入信號超過允許范圍時，信號經(jīng)過芯片內(nèi)部ADC轉(zhuǎn)換后的輸出的數(shù)字信號不能得到有效保證，計(jì)量會出現(xiàn)異常。

芯片正常計(jì)量所允許的最大輸入電流的計(jì)算公式如下：

式中，400μΩ—電流采樣電阻阻值

16—芯片內(nèi)部電流通道PGA放大倍數(shù)

600 mV—電流采樣端最大輸入信號值

由公式（1）計(jì)算得出理論最大允許輸入電為66.3 A由于采樣電阻阻值存在±5%的誤差，故該型號智能表的最大允許輸入電流值在62.9～69.6 A范圍內(nèi)。

因此，當(dāng)仿真輸入電流為68 A時，輸入智能表ADC的模擬信號為615.4 mV，超過了最大允許范圍600 mV，所以電表芯片內(nèi)部ADC轉(zhuǎn)換異常，智能表出現(xiàn)了計(jì)量電流小于實(shí)際輸入電流值的現(xiàn)象。

3 結(jié)語

本文通過仿真試驗(yàn)和理論分析，得出結(jié)論：當(dāng)實(shí)際工況大于智能表的額定工況時，在一定范圍內(nèi)，智能表會啟動過流保護(hù)功能自動跳閘；當(dāng)線路電流遠(yuǎn)大于電表的最大工作電流值時，輸入電表計(jì)量芯片模擬前端的輸入信號超出芯片的最大允許范圍致使芯片輸出異常，電表計(jì)量的電流小于實(shí)際電流，出現(xiàn)計(jì)量異常，少計(jì)電量。

通過本文的研究可知如果用戶使用與其實(shí)際用電負(fù)荷不符的智能表，當(dāng)實(shí)際用電負(fù)荷高于智能表正常工作范圍時，會使電表計(jì)量的電量與用戶實(shí)際用電量有很大偏差，嚴(yán)重影響用戶或者供電公司的利益，甚至引起計(jì)量糾紛。如果長期使用還會嚴(yán)重影響負(fù)荷開關(guān)和智能表的使用壽命，造成不必要的損失。所以供電公司新裝電表時應(yīng)選擇與用戶實(shí)際負(fù)荷匹配的規(guī)格，并需加強(qiáng)對用戶負(fù)荷的監(jiān)控，保證用戶使用需求并防止電量漏計(jì)。

本研究有利于保護(hù)用戶和供電公司的利益減少計(jì)量糾紛，有利于延長智能表的使用壽命、減少不必要的輪換、現(xiàn)場檢查和維護(hù)等工作有著重要的社會意義和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]朱中文，周韶園.智能電能表的概念、標(biāo)準(zhǔn)化和檢測方法初探[J].電測與儀表，2011，48（6）∶48-53.

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[6]計(jì)曉怡.智能電能表常見故障的研究和分析[D].北京:華北電力大學(xué)，2012.

[7]Q/GDW 1364-2013單相智能電能表技術(shù)規(guī)范[S].

[8]JJG596-2012電子式交流電能表[S].

[9]CSG550數(shù)據(jù)手冊[M].版本號V0.99，2012.