郝韓鵬 儀孝光 李濤

摘要：目前，用電信息采集與監(jiān)測(cè)的主要設(shè)備是電能計(jì)量表計(jì)和終端，它的主要功能有電能計(jì)量、瞬時(shí)值測(cè)量、需量計(jì)量與統(tǒng)計(jì)、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、事件記錄與主動(dòng)上報(bào)、遠(yuǎn)程通信、本地通信、下行通信和負(fù)荷控制等，廣泛應(yīng)用于供電企業(yè)與電力用戶之間的電能計(jì)量、電量結(jié)算以及用電管理?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)的電能計(jì)量表計(jì)及終端種類繁多，數(shù)量龐大，運(yùn)行環(huán)境又比較復(fù)雜，而且都是持續(xù)運(yùn)行。隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)和用電管理水平的不斷提高，生產(chǎn)廠家不斷研究和推出性價(jià)比更高、功能更強(qiáng)大的電能表計(jì)和終端。

關(guān)鍵詞：電能計(jì)量表計(jì)；終端運(yùn)行；可靠性

1 我國(guó)對(duì)電能計(jì)量表計(jì)和終端的研究現(xiàn)狀

電能計(jì)量表計(jì)及終端運(yùn)行的可靠性已經(jīng)處于正在研究與優(yōu)化中，電能計(jì)量表計(jì)和終端產(chǎn)品的應(yīng)用也逐漸深入到各領(lǐng)域中。但是由于我國(guó)電能計(jì)量表計(jì)及終端運(yùn)行的可靠性與其他相對(duì)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比較還顯得有些低弱，因此需要盡快提高我國(guó)電能計(jì)量表計(jì)及終端運(yùn)行的可靠性，為供電單位和用戶之間搭建良好的電能信息傳遞平臺(tái)。目前，各生產(chǎn)廠家正在共同為產(chǎn)品使用壽命的延長(zhǎng)以及質(zhì)量保證問(wèn)題進(jìn)行研究與解決，主要研究對(duì)象是對(duì)電能計(jì)量表計(jì)及終端產(chǎn)品中電路設(shè)計(jì)、軟件可靠性、元件器以及其他組成結(jié)構(gòu)的預(yù)計(jì)，最終給出相應(yīng)的理論依據(jù)。

2 電能計(jì)量表計(jì)和終端的典型故障分析

2.1 電能計(jì)量表計(jì)和終端的電源故障

現(xiàn)場(chǎng)電能計(jì)量表計(jì)和終端在計(jì)量設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)中最為常見(jiàn)的一種故障現(xiàn)象是燒表、電源及主板損壞。出現(xiàn)這樣情況的原因通常情況下是由雷擊引起的，變壓器在接地不良以及沒(méi)有接地的情況下，這個(gè)時(shí)候零線的電壓非常高，高壓就會(huì)在一些比較薄弱的點(diǎn)釋放出來(lái)，這也就會(huì)造成線和線之間產(chǎn)生高壓，由于終端電源線以及線之間是沒(méi)有壓敏電阻來(lái)進(jìn)行保護(hù)，高壓在這個(gè)時(shí)候就會(huì)將其終端給破壞。所以，我們?cè)诎惭b以及調(diào)試的終端過(guò)程中，一定要將防雷的措施做好，在變壓的過(guò)程中要可靠接地，還要安裝上防雷器，并且要在終端電源線以及線之間加上壓電阻。

2.2 失效原因分析

凡是電壓高、能量大、過(guò)壓燒表等問(wèn)題出現(xiàn)，基本都是雷擊造成的。不管損壞哪個(gè)電路都會(huì)出現(xiàn)能量泄放回路，其中部件都會(huì)有損傷。對(duì)返回的故障表進(jìn)行分析可知，高壓竄入存在2個(gè)回路，分別為表內(nèi)PT以及電源模塊，計(jì)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(méi)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(qiáng)度以及電源頻率有關(guān)。雷電的磁感應(yīng)強(qiáng)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(méi)有出現(xiàn)損壞的原因。

3 電能計(jì)量表計(jì)和終端的可靠性設(shè)計(jì)研究

3.1 采集設(shè)備

目前市面上電能表數(shù)據(jù)采集裝置的種類、規(guī)格很多，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)境、安裝方式的不同，加之存在各種類型的電磁干擾，在數(shù)據(jù)采集階段，經(jīng)常出現(xiàn)電能表數(shù)據(jù)采集裝置無(wú)法正確采集電能表信息或者采集到的信息不正確、不完整；在數(shù)據(jù)上傳階段，按預(yù)定的通訊方式常常無(wú)法將采集到的數(shù)據(jù)上傳給管理中心等情況，給用戶造成相當(dāng)大的困擾。分中心管轄范圍內(nèi)農(nóng)村以及城鄉(xiāng)結(jié)合部較多，恰恰這些地方現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，極大的影響了電能表的運(yùn)行穩(wěn)定性，因此經(jīng)過(guò)小組討論，抽取了某供電所進(jìn)行實(shí)地測(cè)試設(shè)備，進(jìn)一步推廣至整個(gè)分中心。本項(xiàng)目采集設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況仿真系統(tǒng)的研究和推廣，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電能計(jì)量裝置現(xiàn)場(chǎng)工況、故障情況及極限工作條件下的模擬仿真等功能，并建立數(shù)據(jù)分析模型對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄和分析；對(duì)于已經(jīng)安裝到現(xiàn)場(chǎng)但是沒(méi)有立戶、采集失敗等電能表，可以使用采集設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況仿真系統(tǒng)的中繼抄表功能抄到現(xiàn)場(chǎng)電能表的數(shù)據(jù)，從而有效提高了電能表的采集成功率。為了降低電能表現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中出現(xiàn)的各種故障情況從而有效提高電能表采集成功率。

3.2 抵抗沖擊電流設(shè)計(jì)

電能計(jì)量表計(jì)及終端在正常運(yùn)行的過(guò)程經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)短路故障，一旦發(fā)生斷裂故障在瞬間便會(huì)引起幾千安的沖擊電流，現(xiàn)階段在現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)裝設(shè)了斷路器跳閘保護(hù)裝置，然后斷路器存在20ms的時(shí)間延遲，就在這20ms的時(shí)間內(nèi)，沖擊電流就很有可能將表計(jì)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(duì)其采取一定的保護(hù)措施，R113、R101以及R102都是0805封裝，表內(nèi)CT一次側(cè)出現(xiàn)過(guò)流的時(shí)候不會(huì)對(duì)其造成影響；表內(nèi)CT的初級(jí)線圈橫截面積非常大，這樣在過(guò)大電流的時(shí)候可以保護(hù)CT不被損壞。

3.3 電能計(jì)量表計(jì)和終端的數(shù)據(jù)冗余設(shè)計(jì)

受到干擾時(shí)，電能計(jì)量表計(jì)和終端的微處理器很容易出現(xiàn)跑飛等狀況，以至于整個(gè)系統(tǒng)中的操作都陷入混亂當(dāng)中。如果失控程序執(zhí)行到EEPROM寫入操作代碼區(qū)時(shí)，有可能會(huì)錯(cuò)誤改寫其中的電能數(shù)據(jù)。因此，我們?cè)趯?duì)電能存儲(chǔ)的EEPROM資源進(jìn)行規(guī)劃時(shí)應(yīng)保留至少3倍的冗余數(shù)據(jù)空間，在4個(gè)不同的EEPROM區(qū)域內(nèi)將電能數(shù)據(jù)寫入。為了保證數(shù)據(jù)的安全性和正確性，減少錯(cuò)誤操作的發(fā)生概率，應(yīng)分布冗余數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間，當(dāng)需要使用這些數(shù)據(jù)的時(shí)候，首先對(duì)各組數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)，再選取正確的數(shù)據(jù)進(jìn)行使用，同時(shí)修正錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。

總之，隨著用電信息采集系統(tǒng)在我國(guó)的大力推廣和建設(shè)，運(yùn)行于現(xiàn)場(chǎng)的電能計(jì)量表計(jì)和終端產(chǎn)品的可靠性質(zhì)量問(wèn)題也越來(lái)越被重視。本文介紹了電能計(jì)量表計(jì)和終端可靠性研究在我國(guó)的應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢(shì)，可靠性預(yù)計(jì)方法，分析電能計(jì)量表計(jì)和終端產(chǎn)品的典型故障，總結(jié)出影響產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵因素，并提出了保證產(chǎn)品可靠性的方法，為供電企業(yè)電能計(jì)量表計(jì)和終端產(chǎn)品可靠性研究提供了參考依據(jù)。

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