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

1 引言

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。

2 智能電能表及其可靠性技術(shù)簡述

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。

3 單相智能電能表的故障統(tǒng)計與分類

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行深入的剖析。

4 單相智能電能表的重點故障分析

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容量不足或者是由于中斷處理設(shè)計不當(dāng)而導(dǎo)致的。

5 結(jié)語

對智能電能表進行現(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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