楊慧
(國網(wǎng)武漢供電公司客戶服務(wù)中心 湖北武漢 430051)
單相智能電能表故障模式及影響
楊慧
(國網(wǎng)武漢供電公司客戶服務(wù)中心 湖北武漢 430051)
單相智能表由測量單元、數(shù)據(jù)處理單元、通信單元等組成,除完成傳統(tǒng)的計量功能外,還兼有數(shù)據(jù)處理、實時監(jiān)測、自動控制、信息交互等功能,智能表在結(jié)構(gòu)上最大的區(qū)別是增加了ESAM模塊,它是一種嵌入式安全模塊,重點完成數(shù)據(jù)存儲及安全認(rèn)證。本文從智能電能表及其可靠性技術(shù)入手,重點對單相智能電能表故障模式及影響進(jìn)行了分析,并有針對性的提出了一系列改善措施,希望給行業(yè)相關(guān)人士一定的參考和借鑒。
單相;智能電能表;故障模式;影響
智能電能表是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分,是國家電網(wǎng)公司為適應(yīng)低碳環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求而推廣的一種新型電能計量器具,其能夠?qū)鹘y(tǒng)計量功能及現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信功能進(jìn)行有效融合,也被稱為“網(wǎng)絡(luò)電能表”。單相智能電表是智能電能表的重要關(guān)鍵性技術(shù),分析單相智能電表的影響因素及故障模式,對于提高智能電表可靠性評估、入網(wǎng)選型、提高用電信息系統(tǒng)的運行和管理具有重大意義。單相智能電表在不同的方面可能發(fā)生不同的故障表現(xiàn),可以從計量、屏幕顯示、通信、警戒四個方面進(jìn)行故障分類,從而提高單相智能電表的可操作性和推廣性。隨著城鄉(xiāng)集抄改造的不斷深入,智能化電能表已經(jīng)逐步取代了機械式和電子式的電能表而成為電能計量的主體。然而,隨著智能電能表的普及應(yīng)用,其作為一種新型設(shè)備,在運行的過程中不可避免的會出現(xiàn)因結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)量、系統(tǒng)干擾以及安裝工藝等情況發(fā)生的故障,對智能電能表的可靠性造成嚴(yán)重影響,也極易造成計量糾紛和客戶投訴,尤其是單相表,因為基數(shù)大,分布廣,其故障數(shù)量已占全部的90%以上。因此,對單相智能表開展運行質(zhì)量分析,采取針對措施提高其運行水平,已經(jīng)非常迫切。
我國的智能電能表發(fā)展迅速,在電力信息采集、預(yù)付電費、防竊電等功能上具有廣闊的應(yīng)用前景,同時,為了優(yōu)化電能表的資源配置,智能電能表還可以整合計量、信息存儲與處理、網(wǎng)絡(luò)通信、實時監(jiān)控、自動化信息的傳遞等功能,實現(xiàn)具有整合優(yōu)勢的遠(yuǎn)程控制功能。單相智能電能表的重要構(gòu)件主要包括:計量單元、數(shù)據(jù)自動化處理單元、通信單元等,它實質(zhì)上即是一種單片機為主核的計量、通信系統(tǒng),它在增加了ESAM模塊的安全嵌入模式下可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、處理及安全認(rèn)證等功能。其工作原理是:對電壓和電流進(jìn)行實時的信息采集,然后通過集成智能化的電路對采集的電壓和電流信息進(jìn)行自動化的處理,并利用其通信功能將采集信息轉(zhuǎn)換為脈沖輸出,借助于其主核單片機進(jìn)行控制與處理,最終顯示為用電量值加以輸出和傳遞。
智能電能表的可靠性技術(shù)主要采用FMEA故障模式及影響分析技術(shù),然而,我國與國際先進(jìn)國家相比,還存在較大的差距,在元器件選擇、軟件完備性測試等環(huán)節(jié)還欠缺可靠性保障。因而,要開展對于智能電能表的可靠性管理水平研究,針對其故障進(jìn)行影響因素分析,以提高電能表制造業(yè)的可持續(xù)、整體發(fā)展。
在對單相智能電能表的應(yīng)用過程中,存在不同的故障類型,對其進(jìn)行統(tǒng)計并分類,可以分成七大主要的類型:
3.1 計量故障
計量故障現(xiàn)象主要可以表現(xiàn)為“起動不合格”“潛在不合格”“基本誤差超差”;智能表內(nèi)部程序的故障現(xiàn)象表現(xiàn)為“停走”“復(fù)費率表各費率電量之和與總電量不等”“表底自動清零”等。這種故障主要是由于電能表出現(xiàn)老化、元器件功能下降所導(dǎo)致,其故障率大約占據(jù)故障總數(shù)的2.82%。
3.2 儲存器故障
儲存器故障是基于智能電能表內(nèi)部結(jié)構(gòu)過程中的主要故障表現(xiàn),比如電池容量不足、芯片損壞等因素都會造成儲存器出現(xiàn)故障,而其中,導(dǎo)致這類故障出現(xiàn)的最主要原因就是安裝工藝過程中的缺失或者操作的不規(guī)范,其故障率約占故障總數(shù)的0.93%。
3.3 通信故障
通信故障主要表現(xiàn)在智能電能表的通信故障以及載波通信故障等兩個方面的內(nèi)容,其故障率分別占故障總數(shù)的0.73%、0.36%。
3.4 顯示故障
顯示故障主要表現(xiàn)在液晶顯示器出現(xiàn)黑屏、閃屏、顯示亂碼等幾個方面,其故障率約占總故障率的76%。
3.5 外觀故障
表殼損壞是外觀故障的主要表現(xiàn)形式,其故障率約占總故障率的0.88%。
3.6 控制故障
這個故障的表現(xiàn)為載波表自動出現(xiàn)斷電現(xiàn)象以及預(yù)付費控制功能故障。這兩個故障的故障率分別為總故障的9.53%和5.11%。
3.7 錯誤報警
這個故障表現(xiàn)是預(yù)付費電能表報錯故障,其故障率約為3.88%。在錯誤故障之中,表現(xiàn)最為明顯的是顯示故障、通信故障和錯誤報警、計量故障等四種類型,當(dāng)然這也與生產(chǎn)廠家的不同、智能電能表型號的不同有著密切的關(guān)聯(lián),下面針對這四個重點故障進(jìn)行深入的剖析。
4.1 顯示故障
智能電能表的內(nèi)部顯示系統(tǒng)也與普通電子表相似,它采用內(nèi)部電源驅(qū)動的液晶狀態(tài)進(jìn)行顯示,通過線性的電源線路將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓,具有適應(yīng)性強、紋波電壓小的優(yōu)勢,然而,這種線性電源具有效率低、范圍窄的劣勢,因而在逐漸的推廣應(yīng)用中為新型的開關(guān)電源所替代,新型的開關(guān)電源適應(yīng)性強、具有較高功率、輸入輸出采取完全隔離的方式,但是它也有自身的缺陷,易在運行過程中產(chǎn)生發(fā)熱狀態(tài),導(dǎo)致電壓輸入輸出不穩(wěn)定,產(chǎn)生黑屏、閃屏等故障,容易受到通信干擾,這也使其故障率增大,成為智能電表運行中的主要故障原因。
4.2 通信故障
單相智能電能表的通信故障主要表現(xiàn)為載波功能出現(xiàn)故障,它產(chǎn)生的原因主要是載波模塊損壞及接觸不良,另外,還有一個影響因素即電源容量的問題,在載波智能電能表進(jìn)行通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候,會消耗較大的瞬間功率,可激增3~4倍,在這種通信傳輸?shù)倪^程中可能會受到系統(tǒng)的干擾,而導(dǎo)致變壓器容量不足,造成功能受損、下降或通信失敗。
4.3 錯誤警示
智能電能表具有自動化的控制功能,它用相應(yīng)的異常代碼表示電能表的故障定義,如表1所示。
表1
在異常故障出現(xiàn)之后,會出現(xiàn)指示燈的警示,而這些異常故障狀態(tài)包括:電壓超限、IC卡認(rèn)證錯誤等,產(chǎn)生故障的原因主要有兩種:①智能表內(nèi)的負(fù)荷控制開關(guān)損壞,無法進(jìn)行正確的信息輸入輸出傳送。②智能表計量在室內(nèi)檢測時,出現(xiàn)加密錯誤導(dǎo)致自動化系統(tǒng)無法辨識而產(chǎn)生錯誤。
4.4 計量故障
智能電能表的計量故障主要從三個方面加以表現(xiàn):①總電量正確,而各時段的分電量之和與總電量不等。這種故障產(chǎn)生的原因主要是時鐘故障,由于不同時段的電量值與時間有關(guān),而智能表內(nèi)的時鐘電路是自動系統(tǒng)單獨供電的,與時間無關(guān),因而,如果系統(tǒng)內(nèi)的電池不合格就會導(dǎo)致時鐘電路發(fā)生紊亂,出現(xiàn)異常。②智能表計量電量突變,這個故障的主要原因是智能電能表的脈沖計數(shù)電路的二極管出現(xiàn)異常。③智能電能表停電后底碼清零重新計量。出現(xiàn)這種故障主要是由于單片機斷電保護(hù)容量不足或者是由于中斷處理設(shè)計不當(dāng)而導(dǎo)致的。
對智能電能表進(jìn)行現(xiàn)場故障統(tǒng)計及質(zhì)量分析的結(jié)果證明:單相智能電能表內(nèi)部的質(zhì)量(包括元器件質(zhì)量、硬件的裝配質(zhì)量、軟件的設(shè)計質(zhì)量)及系統(tǒng)干擾是造成故障的主要原因,但系統(tǒng)干擾涉及到用電環(huán)境的問題,很難在短時間內(nèi)采用技術(shù)手段實現(xiàn)高效處理,而對于內(nèi)部質(zhì)量問題,使用部門也難以做到前期準(zhǔn)確監(jiān)控。所以,嚴(yán)格執(zhí)行國網(wǎng)公司的智能表質(zhì)量管控制度,對智能表實現(xiàn)“全壽命周期”管理,有效地淘汰落后的廠家及型號,才是提升智能電能表運行質(zhì)量和降低故障率的有效途徑。
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TM933.4
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1004-7344(2016)13-0101-02
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