邢智

摘 ?要：隨著我國智能電網(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。文章對電能計量表計以及終端產(chǎn)品常見故障進行了分析、改進及可靠性設(shè)計。

關(guān)鍵詞：電能計量表計;終端產(chǎn)品;運行可靠性

中圖分類號：TM933.4 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2016）03-0114-01

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

1 ?電能計量表計及終端常見故障分析

1.1 ?電源故障

失效的情況，如圖1所示，源及主板損壞、燒表，電能計量表計及終端B、C兩相PT出現(xiàn)了燒壞，電源上的電容以及芯片燒炸，從外面采購的開關(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重，計量電路板全部燒壞，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)過初步的分析認為電壓高、能量大、過壓燒表等都是雷擊造成的。不管是哪個電路發(fā)生了燒毀都會出現(xiàn)能量泄放回路，這就會對回路中的所有器件造成不同程度的損傷。對返回的故障表進行分析可知，高壓竄入存在2個回路，分別為表內(nèi)PT以及電源模塊，計量板和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，鐵損又被稱為渦流損耗，和磁感應(yīng)強度以及電源頻率有關(guān)。雷電的磁感應(yīng)強度非常大，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)電阻沒有出現(xiàn)損壞的原因。

貼片電感在燒斷的時候造成非常高的過壓，而過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的初級以及次級線圈比都為1：1，并且線圈匝數(shù)非常多，一旦次級突然開路，則會出現(xiàn)非常高的反沖過壓，另外初級輸入電壓又很高，最終使得反沖過壓過高，邏輯板上那些燒壞的芯片和電容可以證明過壓的存在。

1.1.2 ?改進措施

由于雷電過壓造成的破壞是不可避免的，在安裝調(diào)試終端的時候，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;另外終端在線和線中間應(yīng)該裝設(shè)壓敏電阻，建議降低終端內(nèi)PT的變比。

1.2 ?遠程通信故障

通訊模塊出現(xiàn)故障也較常見，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行一段時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，使得模塊內(nèi)部在不停地復位。終端在處理過程中，一個撥號周期由很多環(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。這其中的任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)失敗，都是使得通訊模塊復位。

1.2.2 ?改進措施

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

2 ?電能計量表計及終端可靠性設(shè)計

2.1 ?抵抗雷擊設(shè)計

為確保電能計量表計及終端的安全，必須采取一定的防雷保護措施。電源部分可以使用壓敏電阻、限流電阻。抵抗雷擊設(shè)計，如圖2所示，可以看出壓敏電阻可以對電源浪涌起到非常好的保護效果;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)生的浪涌不會對RS485回路造成任何影響。

2.2 ?數(shù)據(jù)冗余設(shè)計

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

2.3 ?抵抗沖擊電流設(shè)計

電能計量表計及終端在正常運行的過程經(jīng)常會出現(xiàn)短路故障，一旦發(fā)生斷裂故障在瞬間便會引起幾千安的沖擊電流，現(xiàn)階段在現(xiàn)場已經(jīng)裝設(shè)了斷路器跳閘保護裝置，然后斷路器存在20 ms的時間延遲，就在這20 ms的時間內(nèi)，沖擊電流就很有可能將表計及終端破壞。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，另外就是對其采取一定的保護措施，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)過流的時候不會對其造成影響;表內(nèi)CT的初級線圈橫截面積非常大，這樣在過大電流的時候可以保護CT不被損壞。

3 ?結(jié) ?語

本文探討了提升電能計量表計及終端可靠性設(shè)計的措施，對電能計量表計及終端經(jīng)常發(fā)生的故障進行了分析，然后在此基礎(chǔ)山提出了一些實用性的解決措施。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：

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