單相智能表計量失準問題分析及防范措施研究

莊建平

確山縣公共檢驗檢測中心 河南確山 463200

本文通過對單相智能表出現(xiàn)的計量失準問題的歸類和分析，結(jié)合表計整體的軟件設計和硬件設計原理，詳細分析計量失準問題出現(xiàn)的可能原因。最后提出減少計量失準問的一些具體措施，通過現(xiàn)場的實際運行情況證明，這些防范和改進措施是非常有效的。

1 單相電能表結(jié)構(gòu)分析

單相智能表主要由電能計量單元、數(shù)據(jù)處理單元、供電系統(tǒng)和輸入輸出系統(tǒng)4部分組成。其中，電能計量單元包括電流采樣網(wǎng)絡、電壓采樣網(wǎng)絡、計量集成電路；數(shù)據(jù)處理單元包括微控制器、數(shù)據(jù)內(nèi)卡、掉電檢測、日歷時鐘、繼電器單元組成；供電系統(tǒng)由電源、電池、穩(wěn)壓電路組成；輸入輸出系統(tǒng)由LCD、校驗表輸出口、按鈕、端子輔助輸入輸出系統(tǒng)。目前我國單相智能表的硬件方案基本類似，首先用電壓/電流采樣電路將電網(wǎng)電壓和負荷電流轉(zhuǎn)換成弱電信號，再使用集成芯片實現(xiàn)電參數(shù)測量和電能計量。

2 單相智能表計量失準問題分析

2.1 智能表檢定存在問題

對于智能電表來說，其主要誤差來源于乘法器、電壓采樣器和電流采樣器。以電流采樣器為例，其主要材料是錳銅合金板，其自身的溫度變化與電阻呈非線性關系，因此環(huán)境溫度也會影響智能表的非線性。電壓采樣器主要分為兩種形式。電壓互感器和分壓器。電壓互感器的誤差原因也比較復雜。例如，頻率、負載和溫度等因素都會影響。文中還提到了分頻器產(chǎn)生誤差的原因。乘法器有兩種類型：數(shù)字乘法器和模擬乘法器。輸入電壓誤差的機理使得模擬乘法器在大規(guī)模集成電路和運算放大器的輔助下得以實現(xiàn)，其本身的誤差與輸入電壓之間存在非線性關系。另一方面，由于輸入頻率較寬，對模擬乘法器的精度影響較小。此外，智能電表在運輸過程中，內(nèi)部精密部件的碰撞和擺動也會引起智能電表的損壞。結(jié)果，調(diào)節(jié)裝置的制動力裝置發(fā)生位移，進而影響調(diào)節(jié)裝置的制動力矩的變化，最終可能出現(xiàn)試驗誤差。最后，智能表的位置不準確，智能表的檢測可能會出錯。

2.2 環(huán)境影響

溫度對單相智能表的影響主要作用于電阻、分流器、計量芯片和電壓基準，濕度主要改變電路板各處分布的雜散電容從而影響誤差，磁場主要作用在電流回路上產(chǎn)生附加感應電勢，溫度變化對電壓回路的影響，是通過改變高壓臂電阻Rh和低壓臂電阻Rl的阻值。濕度變化對智能表計量誤差的影響，主要是由于改變電路板和電子元器件的老化特性，對分布電容也有微小影響。器件加速老化試驗表明，在高濕環(huán)境下，電阻和電壓基準的老化特性會發(fā)生顯著變化。磁場主要是指工頻磁場，通過在電流回路上產(chǎn)生附加感應電勢，從而影響智能表誤差[1]。

2.3 不對稱電壓

首先，智能表當中的附件表現(xiàn)出不一致的現(xiàn)象，即便是在同一個線路、同一個電壓、同一個電流通過的情況下，智能表當中的附件也有可能造成不平衡的局面，這種問題的發(fā)生導致轉(zhuǎn)動滑輪出現(xiàn)了特別大的變化，所以造成了電力計量誤差的情況。其次，智能表當中的附件表現(xiàn)出一樣的情況時，同樣會造成不平衡的局面。當電壓表上的電壓表現(xiàn)出不對稱的時，轉(zhuǎn)動滑輪會發(fā)生較大的變化，尤其是在絕對值方面表現(xiàn)出大不相同的現(xiàn)象。

3 單相智能表計量失準的防范措施

3.1 軟件改進措施

3.1.1 采用可靠的數(shù)據(jù)校驗方式

當采用crc16檢驗時，它用特征值來判斷，例如星期幾、日期和周期執(zhí)行BCD碼判定。

3.1.2 電力數(shù)據(jù)量采用多種備份方式

例如，備份數(shù)據(jù)量分為以下幾部分。在單片機的ram中，有主、輔兩種電量數(shù)據(jù)，EEPROM電量數(shù)據(jù)分為電荷存儲區(qū)的電量數(shù)據(jù)和每節(jié)電池的備用電量數(shù)據(jù)。一旦備份數(shù)據(jù)量也在兩個區(qū)域中備份。在讀取電量時，首先有效地執(zhí)行ram中的度量參數(shù)，如果數(shù)據(jù)不正確，則將數(shù)據(jù)存儲在EEPROM中，如果讀取的數(shù)據(jù)不正確，則可以參考EEPROM中的數(shù)據(jù)備份來避免錯誤。

3.1.3 軟件自檢和糾錯

加載電力時，需要根據(jù)備份數(shù)據(jù)的優(yōu)先級做出決定。標定參數(shù)由多個和多個備份過程代替，測量參數(shù)采用ram和雙備份EEPROM。

3.1.4 測量程序在運行期間監(jiān)控測量芯片的狀態(tài)

嚴格檢查脈沖常數(shù)等嚴格參數(shù)，防止讀/寫參數(shù)異常和/或外界干擾。在脈沖讀數(shù)過程中增加保護措施，防止脈沖計數(shù)讀數(shù)不準確。測量芯片具有異常狀態(tài)處理機制，例如，可能基于諸如閾值的相關條件施加限制值。

3.2 硬件改進措施

（1）布線保持了足夠的電氣間隙，按照強弱電分離的原則保證了PCB的優(yōu)越性。由于所有的片式電容器墊和接地孔都大于安全距離，因此可以保證不因電容器受潮而產(chǎn)生接地電阻降。

（2）提高了接線板布置的合理性，合理采用濾波措施，并盡可能縮短端子引線的長度，采取規(guī)律性措施，避免形成回路，對變壓器和繼電器增加了屏蔽作用，避免了外部的干擾裝置和線路減少了聲輻射和傳導，改善了線路干擾干擾。同時，對于測量部分的電壓和電流采樣信號，應盡可能采用差動牽引線，牽引時應注意模擬部分的接地，以避免數(shù)字信號線的噪聲干擾。

（3）在展開設計中，印刷電路板的布局應考慮外力（熱、應力、人為因素等），在PCB設計中，容量等器件應放置在不受外力影響的位置。

3.3 工藝改進方面

（1）測量芯片、晶圓、光耦有明確的焊接要求，焊接溫度不允許過高，溫度過高，以免損壞芯片及相關零件。所有貼片零件均為回流焊，除按鈕等特殊零件外，所有插入件均為峰焊、超聲波清洗，且全員不參與，因此最大限度地降低了全員帶來的產(chǎn)品質(zhì)量。

（2）所有電表焊接后，涂三道保護漆，防止產(chǎn)品在潮濕環(huán)境中吸收蒸汽而改變性能。

（3）隔板采用專用隔板，防止損壞印刷電路板及部件。在生產(chǎn)過程中，采用半成品專用防靜電旋轉(zhuǎn)盒。

3.4 驗證設備

智能儀表測試需要多功能智能儀表。測試項目和功能較常用的校表有了很大的改進。對于操作人員來說，該裝置的基本原理是很清楚的，在應用過程中，需要借助計算機應用，有效地進行功能控制和自動測試。規(guī)范的操作能有效避免設備在使用過程中的損壞。最后，防止靜電放電。人體本身就是一個巨大的靜電發(fā)生器。靜態(tài)電壓隨外界空氣環(huán)境的變化而變化。此電壓可能會在電路板中造成干擾和擊穿。為了做到這一點，你應該在相對干燥的環(huán)境中工作。人體靜電防止損壞電路板。同樣，為了有效去除人體的靜電，可以有意識地接觸到一些特殊的連接部位。同時，在拆卸工作中，可佩戴相應的絕緣防護材料，有效防止靜電傷害。

3.5 嚴格落實維護工作

首先，一定要將電能計量設備的監(jiān)督與管理工作嚴格落實到每一個細節(jié)當中，盡可能避免在實際運行過程中存在故障問題，科學合理的安裝電能計量設備，嚴格按照相關規(guī)定要求進行科學合理安排，從而最大程度上保障電能計量工作能夠正常穩(wěn)定運行，為了保障電能計量設備能夠高效穩(wěn)定運行，延長使用年限，應當及時更換設備。當電能計量設備一旦出現(xiàn)問題，必須及時解決，從而保障電能計量工作能夠高效穩(wěn)定地運行與開展[2]。

3.6 工藝改進方面

（1）測量芯片、晶圓、光耦有明確的焊接要求，焊接溫度不允許過高，溫度過高，以免損壞芯片及相關零件。所有貼片零件均為回流焊，除按鈕等特殊零件外，所有插入件均為峰焊、超聲波清洗，且全員不參與，因此最大限度地降低了全員帶來的產(chǎn)品質(zhì)量。

（2）所有電表焊接后，涂三道保護漆，防止產(chǎn)品在潮濕環(huán)境中吸收蒸汽而改變性能。

（3）隔板采用專用隔板，防止損壞印刷電路板及部件。在生產(chǎn)過程中，采用半成品專用防靜電旋轉(zhuǎn)盒。

4 單相智能表工作原理

智能電表工作時，電壓、電流經(jīng)傳感器件轉(zhuǎn)換為采樣信號通過濾波處理后送入計量芯片，計量芯片將能量信號轉(zhuǎn)化為脈沖信號送到CPU進行電量脈沖采集，電量累計和各項計算分析處理，其結(jié)果保存在數(shù)據(jù)存貯中；同時CPU完成紅外、485通訊、LCD顯示等功能處理。電表帶有硬時鐘電路，保證時鐘在標稱溫度下時鐘日誤差小于0.5s/d。數(shù)據(jù)安全性上采用冗余設計，數(shù)據(jù)采用多重備份，確保計量數(shù)據(jù)可靠。

5 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)如今的電力計量誤差范圍非常小，幾乎達到了忽略不計的效果[3-4]。但是，電力計量誤差的存在還是意味著計量工作存在一定的不足，即便是影響非常小，但是卻不能忽略這種影響，因此電力企業(yè)應該重視智能表的應用和日常維護，切實提高智能表計量準確性，從而為電力營銷服務提供依據(jù)。