智能電能表幾種常見故障分析與研究

楊冉冉

摘要：按照堅強智能電網(wǎng)總體要求，2009年起開始廣泛使用智能電能表。智能電能表的穩(wěn)定性和可靠性也隨之受到了廣泛的關(guān)注。本文主要介紹了智能電能表經(jīng)常遇到的一些影響其穩(wěn)定性和可靠性方面的常見故障，并研究其發(fā)生的原因，為故障電能表的鑒別與分析提供了參考。

關(guān)鍵詞：智能電能表；故障；研究

引言

智能電能表具有低功耗、高精度、高可靠性等特點，相較于傳統(tǒng)式的電子式電能表，它可以實時地進行與外界進行雙向通信，使供電企業(yè)信息更加的透明，用戶所得信息更加全面。用戶可直接收取用電信息，進而清楚的掌握自己的用電狀況，用電采集系統(tǒng)可以對用電時段進行合理的掌握，科學(xué)的控制負(fù)荷量。同時，智能電能表作為電力系統(tǒng)生產(chǎn)、傳輸和營銷過程中一種重要的計量器具，它是否能夠準(zhǔn)確的計量，關(guān)系到各行各業(yè)以及人們生活的切身利益。

隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，社會各行各業(yè)對電能的需求越來越大，智能電能表因其具有用電信息存儲、雙向多種費率計量功能、用戶端控制功能、多種數(shù)據(jù)傳輸模式的雙向數(shù)據(jù)通信功能，得到了廣泛地運用。智能電能表作為智能電網(wǎng)中電能計量和結(jié)算的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它運行是否可靠關(guān)系著很多人的切身利益。同時，又有一些不法分子利用各種手段進行竊電，并且隨著科技的不斷進步，竊電手段也不斷升級，更為隱蔽。因此，對智能電能表的故障排查顯得尤為重要。

1智能電能表常見故障介紹

導(dǎo)致智能電能表故障的原因有多種，由于不法分子的竊電行為導(dǎo)致的電量結(jié)算異常、電能表無法工作導(dǎo)致的不計量等等，或是由于電能表內(nèi)元器件質(zhì)量不過關(guān)或生產(chǎn)工藝不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致誤差超差、通訊不成功等故障，這些故障給國家經(jīng)濟帶來了不可估量的損失；檢定檢測中智能電能表由于元器件質(zhì)量或者工藝不過關(guān)導(dǎo)致批次檢測中出現(xiàn)批量的電能表不能通過檢測等，嚴(yán)重影響了智能電能表可靠性和穩(wěn)定性，近幾年因智能電能表質(zhì)量問題導(dǎo)致的退貨多達(dá)70多萬只，智能電能表給智能電網(wǎng)建設(shè)提供了有力支撐的同時，它的一些故障也引起人們的重視。本文從電能表出現(xiàn)問題的幾個基本環(huán)節(jié)出發(fā)，研究電能表的一些常見故障。

2.智能電能表常見故障分析

2.1竊電類故障

電能表電能量異常主要是指電能表的電量與實際相比發(fā)生增加或減少。此類故障一般是人為引起，通過對智能電能表進行某些改造使電能表的計量功能發(fā)生變化，從而達(dá)到少計電量的目的，此類竊電故障具體表現(xiàn)在電能表的誤差偏負(fù)且大幅超差。

2.1.1 改變采樣回路竊電

某供電公司發(fā)現(xiàn)一只三相智能電能表存在計量嚴(yán)重負(fù)超差現(xiàn)象，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)這只電能表是竊電導(dǎo)致。竊電手段較為隱秘，更換了采樣電路中的采樣電阻，電流采樣電路中抗混疊電阻阻值發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電能計量嚴(yán)重負(fù)超差。進行基本誤差試驗時，發(fā)現(xiàn)實際輸入電流和電能表測量值相差很大初步判斷電能表電流采樣電路存在問題。

利用電路仿真軟件仿真進行仿真分析，為了確保仿真模型的準(zhǔn)確性，首先對AD采樣通道直流阻抗進行了實測，為124kΩ。然后在PSPICE軟件中搭建電流采樣電路模型，并分析測量誤差。

2.1.2 分流竊電

某供電公司發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場運行三相電能表存在電流少計、誤差嚴(yán)重超差的情況，有疑似竊電現(xiàn)象。對故障電能表進行誤差檢測，同時按顯表內(nèi)各相電流，發(fā)現(xiàn)故障電能表少計電流。

由上表可以看出電流采樣環(huán)節(jié)存在異常導(dǎo)致電流采樣值失準(zhǔn)，進一步檢查后發(fā)現(xiàn)，故障電能表內(nèi)部電流進線與出線之間被加裝了銅片。由于三相電能表電流采樣回路主要由電流互感器與PCB板上的采樣電阻構(gòu)成。由于二次回路電流較小，不直接測量電流互感器二次電流，而是測量PCB板上二次回路上的壓降。故障電能表接入30A電流時電流互感器二次電流理論值為12mA，接入點兩端電阻的理論值約為6Ω，因此二次回路上的壓將約為72mV。實際測量時故障表二次壓降明顯小于72mV，說明該故障表電流采樣回路存在異常情況。由于銅片安裝在電流互感器穿孔之前，所以，實際電流絕大部分被銅片分流，而不經(jīng)過電流互感器采樣，直接導(dǎo)致電流少計。

2.1.3 移相法竊電

移相法竊電移相法竊電的原理是對電表電壓和電流正常接線進行改動，除此之外，或電容或者是電感引入其中，使電能表出現(xiàn)反轉(zhuǎn)或慢走現(xiàn)象。如三相三線電能表，在電能表Ia與Uab的相角差大于90°時，電能表反轉(zhuǎn)，當(dāng)兩者之間的夾角小于90°時，電能表慢走。因此，不僅要檢測好三相電壓的相序，同時還要檢測某兩個相序之間的夾角，不能滿足其中之一的時候，就說明有竊電行為存在；一旦出現(xiàn)三相電流不存在固定相位，或是相角關(guān)系的時候說明有竊電行為存在。

2.2. 電能表質(zhì)量故障

電能表質(zhì)量方面的故障主要是指電能表經(jīng)常會出現(xiàn)因質(zhì)量問題導(dǎo)致的故障，這些故障可能由于元器件質(zhì)量或者生產(chǎn)工藝不過關(guān)導(dǎo)致在對電能表進行檢定或檢測時會出現(xiàn)某些試驗項目不合格，電能表故障。

2.2.1 元器件故障

電能表的關(guān)鍵元器件有17種之多，包含變壓器、計量芯片、單片機、晶振、485芯片、電阻、電容等等。如果元器件質(zhì)量不滿足要求，那么往往在檢測過程中就會發(fā)現(xiàn)某些試驗項目不合格。

某次的批量檢定過程中發(fā)現(xiàn)部分電能表存在通訊不成功的情況，對通訊不成功的電能表進行抄讀表地址試驗，發(fā)現(xiàn)利用檢定臺體（通訊線無源）抄讀電能表無返回數(shù)據(jù)；而利用串口調(diào)試助手（有電源驅(qū)動）單獨對電能表進行表地址抄讀，發(fā)現(xiàn)電能表有數(shù)據(jù)返回，因此初步判斷故障原因是由于電能表RS485驅(qū)動能力不足導(dǎo)致的。

分析原因為故障電能表485通訊芯片輸出A/B端出現(xiàn)內(nèi)部擊穿的現(xiàn)象，導(dǎo)致耐壓試驗后容易被擊穿。

2.2.2 工藝控制

工藝控制方面的問題一般是指在生產(chǎn)過程中由于某一道或多道工序控制不夠嚴(yán)格導(dǎo)致電能表在使用過程中出現(xiàn)故障。工藝控制方面的故障一般為批量發(fā)生而非零散的個案。

檢定過程中發(fā)現(xiàn)有部分電能表存在基本誤差超差的現(xiàn)象，究其原因，主要是計量芯片得到的電流采樣值有偏移造成的。

目前國內(nèi)主流單相電能表的電流采樣主要是利用錳銅片采樣，這種錳銅片有一定的阻值，有電流流過是會產(chǎn)生相應(yīng)的電壓，此電壓值傳送給計量芯片從而達(dá)到采樣的目的。一旦錳銅片的阻值發(fā)生了變化，電流信號采樣值就會隨之發(fā)生變化，采樣結(jié)果也就不同。

電流采樣線搭在了錳銅片上，相當(dāng)于并聯(lián)了一個電阻，導(dǎo)致錳銅片實際阻值小于理論值，電能表在一個小于理論采樣電阻阻值的情況下調(diào)校完成后，在振動情況下又使上述的狀態(tài)發(fā)生改變。

電能表在出廠前由于工藝控制不到位導(dǎo)致在采樣線一部分和錳銅片發(fā)生并聯(lián)的情況下進行調(diào)校，出廠運輸?shù)日駝迎h(huán)境下并聯(lián)點分開，導(dǎo)致采樣電阻值變大，從而出現(xiàn)前文提到的檢定過程中誤差超差的情況，并且此類超差一般為正超差。

3 結(jié)語

本文通過列舉了現(xiàn)場和檢定過程中常見的幾種故障現(xiàn)象，并對其故障原因進行分析，有助于對現(xiàn)場可能發(fā)生竊電行為的故障電能表進行分析，找出故障原因，從而找到解決此類故障的方法；在智能電能表檢測和檢定環(huán)節(jié)，可以對幾種常見的電能表故障進行快速判斷并準(zhǔn)確定位發(fā)現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)，從源頭減少故障電能表出現(xiàn)的幾率，從而保證智能電能表供貨質(zhì)量，提高智能電能表可靠性和穩(wěn)定性。

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（作者單位：國網(wǎng)江蘇省電力有限公司電力科學(xué)研究院）