淺談智能電能表計(jì)量故障原因分析及預(yù)控措施

曾昭龍

摘要：現(xiàn)階段隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，電力行業(yè)得到前所未有的發(fā)展，社會(huì)的不斷的發(fā)展和進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)水平有明顯的提高，針對(duì)現(xiàn)階段的城市居民用電情況，為了保證居民的安全使用，智能電能表也來(lái)越多的應(yīng)用到現(xiàn)在的居民城市生活當(dāng)中。本文作者分析了智能電能表計(jì)量故障原因及預(yù)控措施。

關(guān)鍵詞：智能電能計(jì)量;故障原因;預(yù)控措施

0、引言

2018年以來(lái)，國(guó)網(wǎng)辰溪縣供電公司在轄區(qū)推廣智能電能表安裝全覆蓋數(shù)據(jù)全采集，覆蓋率達(dá)100%，但在使用中有一部分電能表存在故障問(wèn)題。智能電能表計(jì)量故障原因主要分為電池欠壓、時(shí)鐘異常、接線頭燒毀、表計(jì)停走、外殼破損、顯示故障等類型。

1、智能電能表內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)

當(dāng)前電子式電能表對(duì)用戶用電采樣方式主要有兩種形式。一種是用互感器采樣，另一種為直接采樣。采用互感器采樣即利用電壓互感器和電流互感器分別來(lái)采集用戶的電壓信號(hào)和電流信號(hào);直接采樣則是用熱穩(wěn)定性高的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)來(lái)取得電壓信號(hào)，而用電阻溫度系數(shù)非常小的錳銅片進(jìn) 行電流直接采樣。采用互感器采樣，在起動(dòng)電流、線性范圍、功耗和精度等指標(biāo)皆不如直接采樣，尤其是小電流時(shí)更為突出。 例如：額定電流為20A時(shí)，直接采樣的啟動(dòng)電流為20mA，互感器采樣的啟動(dòng)電流為40 mA。又如：采用專用的錳銅片進(jìn)行直接電流采樣的全電子電能表誤差可調(diào)整到+0.5%，而采用電流互感器采樣，由于激磁電存在，若不采取補(bǔ)償措施，互感器本身誤 差就可能超過(guò)5%。利用互感器采樣的的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性較強(qiáng)，線路簡(jiǎn)單，成本低。

2、電能計(jì)量裝置故障狀態(tài)分析

電能計(jì)量裝置主要包括電能表、互感器，以及由它們組成的二次回路。電能表是完成電能計(jì)量的核心設(shè)備，用于專門計(jì)量負(fù)荷在某一時(shí)間內(nèi)所消耗的電能，近來(lái)隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，電力生產(chǎn)與廣大人民群眾利益緊密相連，電能計(jì)量裝置異常現(xiàn)象越來(lái)受到關(guān)注。從事電力行業(yè)的人員必須了解并且應(yīng)該熟練地掌握針對(duì)計(jì)量裝置故障的異常的處理方法。

2.1電池欠壓

智能電能表電池大多為3.6V鋰亞電池，由于其特殊的化學(xué)特性，其年自放電電流小于1%，使用壽命長(zhǎng)，正常使用完全滿足智能電能表表計(jì)使用周期。但是實(shí)際使用中電池欠壓，表計(jì)故障，說(shuō)明電池消耗過(guò)快。原因分析：一是電池出廠時(shí)有一定概率的次品，輸出電壓不足;二是在使用中電池鈍化，所處環(huán)境潮濕等原因，電極表面氧化鈍化，電阻變大，電池輸出電壓下降;三是當(dāng)外部交流電停電，表計(jì)由自身電池提供電能，消耗過(guò)大，電池電壓下降至欠壓狀態(tài)。

2.2 時(shí)鐘異常

智能電能表的實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）是保證電能表正確計(jì)量的重要因素，尤其是對(duì)于多時(shí)段計(jì)費(fèi)用戶。但是實(shí)際計(jì)量故障中的時(shí)鐘誤差，說(shuō)明時(shí)鐘發(fā)生器存在誤差。 原因分析：一是時(shí)鐘電路RTC本身存在晶振、三極管等電子元件“零點(diǎn)漂移”的現(xiàn)象;二是電路板內(nèi)部電池欠壓，無(wú)法滿足時(shí)鐘正常工作電壓導(dǎo)致停止工作;三是電能表在地下室亦或通信信號(hào)不好的地方，存在時(shí)鐘差無(wú)法及時(shí)與系統(tǒng)對(duì)時(shí)校正。

2.3 接線頭燒毀

居民智能電能表核定電流5A，最大負(fù)載電流為60 A。農(nóng)村電能表接線頭燒毀，說(shuō)明導(dǎo)線過(guò)熱產(chǎn)生高溫，引發(fā)接線端子的變形燒毀。原因分析：一是農(nóng)村用戶負(fù)荷過(guò)大，同時(shí)段集中使用空調(diào)器、熱水器、電飯鍋;二是表計(jì)安裝接人線螺絲未完全抵觸銅線，加大了本身電阻阻值;三是農(nóng)村用戶違規(guī)用銅絲替換熔絲，使進(jìn)線電流超過(guò)正常范圍值。

2.4停走故障

根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間的對(duì)智能電能表檢修和處理工作，發(fā)現(xiàn)計(jì)量性能故障當(dāng)中產(chǎn)生的停走現(xiàn)象占故障總數(shù)的一半以上，該故障的主要表現(xiàn)形式為電能表不計(jì)量，根據(jù)不計(jì)量產(chǎn)生的不同情況進(jìn)行分別分析。

2.4.1 不計(jì)量

第一種表現(xiàn)形式就是在液晶顯示屏上沒(méi)有數(shù)據(jù)顯示，脈沖無(wú)輸出的情況，主要由于內(nèi)部計(jì)量芯片和中央處理器沒(méi)有正常的運(yùn)行，產(chǎn)生故障的主要原因由于電源供電電路無(wú)法正常供電。并且根據(jù)發(fā)生供電故障的不同位置，可以分為三種故障情況，第一種，電機(jī)匝間短路、變壓器在運(yùn)行時(shí)被燒壞以及由變電器在繞組過(guò)程中出現(xiàn)的斷線情況;第二種，二極管或三極管產(chǎn)生的物理整流現(xiàn)象和穩(wěn)壓器回路造成元器件損壞現(xiàn)象;第三種，負(fù)荷開(kāi)關(guān)在運(yùn)行時(shí)斷開(kāi)的情況。

2.4.2 不計(jì)量，且液晶有顯示，脈沖有輸出

智能電能表主要由兩個(gè)功能系統(tǒng)組成：計(jì)量系統(tǒng)和CPU處理系統(tǒng)。計(jì)量部分由電阻分壓網(wǎng)絡(luò)完成電壓信號(hào)取樣，錳銅繼電器完成電流信號(hào)取樣，取樣后的電壓電流信號(hào)送入計(jì)量芯片，計(jì)量芯片內(nèi)部通過(guò)乘法器轉(zhuǎn)換為功率信號(hào)并以脈沖信號(hào)輸出，CPU處理系統(tǒng)采樣脈沖信號(hào)并同步輸出電能表的校表脈沖，CPU處理系統(tǒng)對(duì)采樣到的脈沖信號(hào)進(jìn)行累加，將最終處理的數(shù)據(jù)送存儲(chǔ)器保存，并通過(guò)LCD顯示器進(jìn)行顯示。

3、智能電能表計(jì)量故障的預(yù)控措施

3.1采用科學(xué)的方式對(duì)電能表進(jìn)行控制

根據(jù)智能電能表的計(jì)量情況來(lái)看，采用哪一種控制方式是否恰當(dāng)，決定了其控制的有效性。當(dāng)前，由于每個(gè)地區(qū)的形式和技術(shù)水平都存在一定的差異，因此，智能電能表的開(kāi)關(guān)設(shè)置顯得尤為重要，需要注重控制方式的合理選擇，才能保證其計(jì)量可靠性。同時(shí)，開(kāi)關(guān)設(shè)置具有一定合理姓，不僅能維持智能電能表的正常運(yùn)行，還能減少計(jì)量故障發(fā)生的頻率和概率，從而提高計(jì)量準(zhǔn)確性。

比如，根據(jù)智能電能表的使用需求，在家庭中可以將開(kāi)關(guān)置于智能電能表的外部，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制，還能保證智能電能表結(jié)構(gòu)的合理性。總的來(lái)說(shuō)，將智能電能表的開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)成外置開(kāi)關(guān)的優(yōu)勢(shì)主要有兩點(diǎn)：第一，許多智能電能表不必要安裝控制回路，或者在較短的時(shí)間內(nèi)不能使用，在不安裝內(nèi)置繼電器的情況下，不但能夠降低智能電能表的制造成本，還能夠滿足不同客戶的個(gè)性化需求。第二，能夠?qū)⒅悄茈娔鼙淼挠?jì)量功能充分的體現(xiàn)出來(lái)，使其它輔助功能得到簡(jiǎn)化，在提高智能電能表的穩(wěn)定性，同時(shí)，還能有效延長(zhǎng)其使用壽命。

3.2保證電能表各軟硬件設(shè)計(jì)的可靠度

根據(jù)相關(guān)資料的內(nèi)容來(lái)看，在智能電能表的運(yùn)行過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)內(nèi)置繼電器誤動(dòng)作的問(wèn)題，也可能因?yàn)殡妷翰环€(wěn)定、觸點(diǎn)不靈敏等引起不可靠動(dòng)作。因此，為了避免此種故障出現(xiàn)，需要對(duì)繼電器的誤動(dòng)作和不可靠動(dòng)作進(jìn)行預(yù)控。在實(shí)踐過(guò)程中，應(yīng)該注意各元件和軟硬件設(shè)計(jì)的合理性、科學(xué)性。比如，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該包含相應(yīng)的檢測(cè)機(jī)制，還應(yīng)對(duì)不動(dòng)作機(jī)制有所設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，智能電能表在運(yùn)輸過(guò)程中，可能因?yàn)橐恍┎豢煽氐囊蛩?，如碰撞、雨水天氣等，?dǎo)致繼電器的觸點(diǎn)不靈敏，最早出現(xiàn)接觸不良的情況。如果是繼電器接觸不良，就會(huì)影響智能電能表的計(jì)量功能，導(dǎo)致計(jì)量的精準(zhǔn)度下降。所以，針對(duì)這種情況，相關(guān)設(shè)計(jì)人員在智能電能表的檢測(cè)和安裝上，應(yīng)設(shè)計(jì)上用電不動(dòng)作機(jī)制，就能有效的解決這一問(wèn)題。

3.3優(yōu)化電能表計(jì)量芯片

計(jì)量芯片的關(guān)鍵是要參數(shù)匹配，針對(duì)芯片引起的計(jì)量故障，應(yīng)采取現(xiàn)代化的技術(shù)對(duì)計(jì)量芯片進(jìn)行優(yōu)化，以保證其參數(shù)的匹配強(qiáng)度。只有計(jì)量芯片的參數(shù)與智能電能表相匹配了，才能保證電能表的安全。而計(jì)量芯片中最重要的就壓敏電阻的配備，可以從以下方面著手：第一，應(yīng)保證壓敏電阻的峰值電流在8000A以上，還要保證其安全性。此外，還應(yīng)盡可能的控制壓敏電阻的控制成本，使之保持在合理的范圍內(nèi);第二，壓敏電阻的引線設(shè)計(jì)要合理，壓敏電阻的引線應(yīng)該與信號(hào)線保持一定的距離，并且其應(yīng)該與信號(hào)線保持垂直關(guān)系，不能與之平行，只有保持垂直關(guān)系才能預(yù)防浪涌電流帶來(lái)的襲擊。第三，線路板的布線要科學(xué)，在對(duì)線路板進(jìn)行布線時(shí)，首先是要將計(jì)量芯片的功能放在第一位，要充分考慮其在面對(duì)電磁輻射時(shí)，是否有承受其輻射的能力;其次是要考慮模擬信號(hào)的功能，模擬信號(hào)的功能是非常關(guān)鍵的，只有模擬信號(hào)的功能正常，才能保障計(jì)量芯片的功能。在智能電能表中，計(jì)量芯片承擔(dān)的任務(wù)是最重的，不僅要將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，還要將這些信息進(jìn)行處理。因此，線路板必須要科學(xué)的布線，要對(duì)敏感區(qū)域做隔離處理，這樣才能既保持計(jì)量芯片的功能，又能保證其安全性。

3.4參數(shù)調(diào)整

電能表計(jì)量工作的完成，受到許多咎數(shù)的控制。這些參數(shù)的差異，也會(huì)對(duì)最終的計(jì)量結(jié)果產(chǎn)生影響。在實(shí)際的計(jì)量工作中，我們可以在負(fù)荷點(diǎn)以下將電能表可能出現(xiàn)的誤差降低到最小。這其中最為重要的就是由于互感器合成過(guò)程中形成的誤差以及次回路減壓形成的誤差，這誤差與二次回路的運(yùn)行參數(shù)有關(guān)，通過(guò)這個(gè)參數(shù)的調(diào)整，能夠降低電能表的計(jì)量誤差。電能表計(jì)量一般是通過(guò)高精度的B/C模式進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)化，按照這種高精度的計(jì)算方式所產(chǎn)生的誤差可以不用考慮，但是如果采用6位的B/C模式進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)化計(jì)算，所產(chǎn)生的誤差就會(huì)加大，影響最終的計(jì)量結(jié)果。

4、結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)電力系統(tǒng)得到不斷完善，電能表的種類也更加多樣化，精準(zhǔn)度也更高，這對(duì)于我國(guó)電力企業(yè)的持續(xù)發(fā)展及為電力用戶提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)奠定了良好的基礎(chǔ)。當(dāng)前電力工作者需要加大研究和開(kāi)發(fā)的力度，努力提高電能表計(jì)量的精準(zhǔn)度，控制誤差的產(chǎn)生，確保電力檢測(cè)人員檢測(cè)效率的提升，從面加快推動(dòng)電力企業(yè)的健康發(fā)展。

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