趙 燕，黃 穎，趙震宇，祝 婧，黃 煒，夏 鵬

0 引言

智能電能表是具有電能量計(jì)量、數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制、信息交互等功能的電能表[1-6]。智能電表在江西從2010年投入運(yùn)行以來，其預(yù)付費(fèi)、集抄等功能給用戶及供電公司帶來了極大的便利。而隨著智能表在江西的運(yùn)行數(shù)量的增加，出現(xiàn)的問題也逐漸增多。近來，江西省某供電公司發(fā)現(xiàn)某廠家5（40）A的單相智能表在工作電流大于68 A時(shí)，電表屏顯電流隨測(cè)試電流增大而減小。電量少計(jì)問題一直困擾著供電部門，為此，針對(duì)該單相表在超負(fù)荷工況下的計(jì)量性能進(jìn)行了研究。

1 正常工況下計(jì)量性能分析

現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)計(jì)量異常的電表為2級(jí)DDZY102型單相智能電能表，規(guī)格為:電壓220 V，電流5（40）A，為了找到智能表的在超負(fù)荷工況下計(jì)量異常的原因，首先確認(rèn)該電表在正常工況下的計(jì)量性能，根據(jù)國家電網(wǎng)公司企標(biāo)單相智能電能表技術(shù)規(guī)范[7]的相關(guān)規(guī)定，2級(jí)單相智能表的檢定誤差限按1級(jí)單相智能表誤差限的60%執(zhí)行，即異常表的檢定誤差應(yīng)在表1的誤差限范圍內(nèi)。超負(fù)荷工況下的異常智能表在檢定規(guī)程[8]要求的負(fù)載電流下的檢定誤差數(shù)據(jù)如表2所示（Ib=5 A，Imax=40 A），由檢定數(shù)據(jù)可知，所謂的“異?！敝悄鼙碓谡５墓r下計(jì)量準(zhǔn)確，不存在異常。

表1 2級(jí)單相表的誤差限

表2 異常表的檢定誤差

2 計(jì)量異常原因分析

為了分析智能電表在超負(fù)荷工況下的計(jì)量異常的原因，我們需要模擬現(xiàn)場(chǎng)工況，復(fù)現(xiàn)計(jì)量異常現(xiàn)象。因電表的最大工作電流為40 A，所以我們?cè)陔妷?20 V，電流大于40 A的環(huán)境下進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表3可見，當(dāng)仿真輸入電流在40～47A之間時(shí)，智能表能夠正常工作，計(jì)量無異常；當(dāng)仿真輸入電流在48～68 A時(shí)，智能表能夠正常工作2 min，隨后跳閘；當(dāng)輸入仿真電流在69～79 A之間時(shí)，智能表計(jì)量的電流小于實(shí)際輸入的仿真電流，出現(xiàn)少計(jì)電量的異常；當(dāng)仿真輸入電流大于80 A時(shí)，計(jì)量的電流值小于輸入電流值的50%以上，如圖1所示，少計(jì)電量情況十分嚴(yán)重，且電表不會(huì)跳閘，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，電表將長時(shí)間的異常運(yùn)行，給供電公司帶來較嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

圖1 電表計(jì)量電流隨仿真電流變化曲線

2.1.1 跳閘原因分析

由上述分析可知，在線路電流為48～68 A時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)工況下，智能表在運(yùn)行2 min以后會(huì)自動(dòng)跳閘，給居民的生活帶來不便。

按照智能表的設(shè)計(jì)要求，其有過流保護(hù)功能，當(dāng)輸入電流大于1.2Imax（48 A）運(yùn)行2 min后，智能表啟動(dòng)過流保護(hù)功能自動(dòng)跳閘，以保護(hù)內(nèi)部電路，延長其使用壽命。

2.1.2 智能表計(jì)量電流小于實(shí)際電流原因分析

由上述分析可知，將線路電流大于69 A及以上時(shí)，智能表會(huì)出現(xiàn)計(jì)量異常。當(dāng)線路電流大于80 A后，智能表計(jì)量到的電流值甚至低于1.2Imax，智能表過流保護(hù)不會(huì)動(dòng)作，電表持續(xù)運(yùn)行，不斷少計(jì)電量。

該智能表的計(jì)量芯片為美國TI公司的CSG550。CSG550是一種高精度的單相電能專用計(jì)量芯片，它的模擬輸入端支持差分信號(hào)輸入，電流輸入端可以連接電流互感器或者分流器實(shí)現(xiàn)電流的測(cè)量，而電壓輸入端可以連接電阻分壓之后的信號(hào)或者電壓互感器實(shí)現(xiàn)電壓的測(cè)量，兩個(gè)電流通道可以同時(shí)測(cè)量火線和零線電流，實(shí)現(xiàn)防竊電的檢測(cè)。CSG550片內(nèi)集成了3路16位的ADC，帶有可編程增益放大器，ADC前端的典型接線如圖2所示。

圖2 CSG550片內(nèi)ADC前端的典型電路

芯片前端電流通道模擬輸入信號(hào)電平和等效電路如圖3、4所示。

圖3 模擬輸入信號(hào)電平曲線

當(dāng)模擬輸入值小于600 mV時(shí)電表的計(jì)量芯片正常工作[9]，模擬輸入信號(hào)超過允許范圍時(shí)，信號(hào)經(jīng)過芯片內(nèi)部ADC轉(zhuǎn)換后的輸出的數(shù)字信號(hào)不能得到有效保證，計(jì)量會(huì)出現(xiàn)異常。

芯片正常計(jì)量所允許的最大輸入電流的計(jì)算公式如下：

式中，400μΩ—電流采樣電阻阻值

16—芯片內(nèi)部電流通道PGA放大倍數(shù)

600 mV—電流采樣端最大輸入信號(hào)值

由公式（1）計(jì)算得出理論最大允許輸入電為66.3 A由于采樣電阻阻值存在±5%的誤差，故該型號(hào)智能表的最大允許輸入電流值在62.9～69.6 A范圍內(nèi)。

因此，當(dāng)仿真輸入電流為68 A時(shí)，輸入智能表ADC的模擬信號(hào)為615.4 mV，超過了最大允許范圍600 mV，所以電表芯片內(nèi)部ADC轉(zhuǎn)換異常，智能表出現(xiàn)了計(jì)量電流小于實(shí)際輸入電流值的現(xiàn)象。

3 結(jié)語

本文通過仿真試驗(yàn)和理論分析，得出結(jié)論：當(dāng)實(shí)際工況大于智能表的額定工況時(shí)，在一定范圍內(nèi)，智能表會(huì)啟動(dòng)過流保護(hù)功能自動(dòng)跳閘；當(dāng)線路電流遠(yuǎn)大于電表的最大工作電流值時(shí)，輸入電表計(jì)量芯片模擬前端的輸入信號(hào)超出芯片的最大允許范圍致使芯片輸出異常，電表計(jì)量的電流小于實(shí)際電流，出現(xiàn)計(jì)量異常，少計(jì)電量。

通過本文的研究可知如果用戶使用與其實(shí)際用電負(fù)荷不符的智能表，當(dāng)實(shí)際用電負(fù)荷高于智能表正常工作范圍時(shí)，會(huì)使電表計(jì)量的電量與用戶實(shí)際用電量有很大偏差，嚴(yán)重影響用戶或者供電公司的利益，甚至引起計(jì)量糾紛。如果長期使用還會(huì)嚴(yán)重影響負(fù)荷開關(guān)和智能表的使用壽命，造成不必要的損失。所以供電公司新裝電表時(shí)應(yīng)選擇與用戶實(shí)際負(fù)荷匹配的規(guī)格，并需加強(qiáng)對(duì)用戶負(fù)荷的監(jiān)控，保證用戶使用需求并防止電量漏計(jì)。

本研究有利于保護(hù)用戶和供電公司的利益減少計(jì)量糾紛，有利于延長智能表的使用壽命、減少不必要的輪換、現(xiàn)場(chǎng)檢查和維護(hù)等工作有著重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]朱中文，周韶園.智能電能表的概念、標(biāo)準(zhǔn)化和檢測(cè)方法初探[J].電測(cè)與儀表，2011，48（6）∶48-53.

[2]袁金燦，馬進(jìn)，王思彤，周麗霞，周暉.智能電能表可靠預(yù)計(jì)性技術(shù)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2013，33（7）∶161-166.

[3]劉崇偉，李韻.智能電能表防竊電技術(shù)研究[J].電氣應(yīng)用，2014，（1）∶82-85.

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[6]計(jì)曉怡.智能電能表常見故障的研究和分析[D].北京:華北電力大學(xué)，2012.

[7]Q/GDW 1364-2013單相智能電能表技術(shù)規(guī)范[S].

[8]JJG596-2012電子式交流電能表[S].

[9]CSG550數(shù)據(jù)手冊(cè)[M].版本號(hào)V0.99，2012.