楊冉冉

摘要：按照?qǐng)?jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)總體要求，2009年起開(kāi)始廣泛使用智能電能表。智能電能表的穩(wěn)定性和可靠性也隨之受到了廣泛的關(guān)注。本文主要介紹了智能電能表經(jīng)常遇到的一些影響其穩(wěn)定性和可靠性方面的常見(jiàn)故障，并研究其發(fā)生的原因，為故障電能表的鑒別與分析提供了參考。

關(guān)鍵詞：智能電能表；故障；研究

引言

智能電能表具有低功耗、高精度、高可靠性等特點(diǎn)，相較于傳統(tǒng)式的電子式電能表，它可以實(shí)時(shí)地進(jìn)行與外界進(jìn)行雙向通信，使供電企業(yè)信息更加的透明，用戶所得信息更加全面。用戶可直接收取用電信息，進(jìn)而清楚的掌握自己的用電狀況，用電采集系統(tǒng)可以對(duì)用電時(shí)段進(jìn)行合理的掌握，科學(xué)的控制負(fù)荷量。同時(shí)，智能電能表作為電力系統(tǒng)生產(chǎn)、傳輸和營(yíng)銷(xiāo)過(guò)程中一種重要的計(jì)量器具，它是否能夠準(zhǔn)確的計(jì)量，關(guān)系到各行各業(yè)以及人們生活的切身利益。

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，社會(huì)各行各業(yè)對(duì)電能的需求越來(lái)越大，智能電能表因其具有用電信息存儲(chǔ)、雙向多種費(fèi)率計(jì)量功能、用戶端控制功能、多種數(shù)據(jù)傳輸模式的雙向數(shù)據(jù)通信功能，得到了廣泛地運(yùn)用。智能電能表作為智能電網(wǎng)中電能計(jì)量和結(jié)算的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它運(yùn)行是否可靠關(guān)系著很多人的切身利益。同時(shí)，又有一些不法分子利用各種手段進(jìn)行竊電，并且隨著科技的不斷進(jìn)步，竊電手段也不斷升級(jí)，更為隱蔽。因此，對(duì)智能電能表的故障排查顯得尤為重要。

1智能電能表常見(jiàn)故障介紹

導(dǎo)致智能電能表故障的原因有多種，由于不法分子的竊電行為導(dǎo)致的電量結(jié)算異常、電能表無(wú)法工作導(dǎo)致的不計(jì)量等等，或是由于電能表內(nèi)元器件質(zhì)量不過(guò)關(guān)或生產(chǎn)工藝不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致誤差超差、通訊不成功等故障，這些故障給國(guó)家經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了不可估量的損失；檢定檢測(cè)中智能電能表由于元器件質(zhì)量或者工藝不過(guò)關(guān)導(dǎo)致批次檢測(cè)中出現(xiàn)批量的電能表不能通過(guò)檢測(cè)等，嚴(yán)重影響了智能電能表可靠性和穩(wěn)定性，近幾年因智能電能表質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致的退貨多達(dá)70多萬(wàn)只，智能電能表給智能電網(wǎng)建設(shè)提供了有力支撐的同時(shí)，它的一些故障也引起人們的重視。本文從電能表出現(xiàn)問(wèn)題的幾個(gè)基本環(huán)節(jié)出發(fā)，研究電能表的一些常見(jiàn)故障。

2.智能電能表常見(jiàn)故障分析

2.1竊電類(lèi)故障

電能表電能量異常主要是指電能表的電量與實(shí)際相比發(fā)生增加或減少。此類(lèi)故障一般是人為引起，通過(guò)對(duì)智能電能表進(jìn)行某些改造使電能表的計(jì)量功能發(fā)生變化，從而達(dá)到少計(jì)電量的目的，此類(lèi)竊電故障具體表現(xiàn)在電能表的誤差偏負(fù)且大幅超差。

2.1.1 改變采樣回路竊電

某供電公司發(fā)現(xiàn)一只三相智能電能表存在計(jì)量嚴(yán)重負(fù)超差現(xiàn)象，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)這只電能表是竊電導(dǎo)致。竊電手段較為隱秘，更換了采樣電路中的采樣電阻，電流采樣電路中抗混疊電阻阻值發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電能計(jì)量嚴(yán)重負(fù)超差。進(jìn)行基本誤差試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)實(shí)際輸入電流和電能表測(cè)量值相差很大初步判斷電能表電流采樣電路存在問(wèn)題。

利用電路仿真軟件仿真進(jìn)行仿真分析，為了確保仿真模型的準(zhǔn)確性，首先對(duì)AD采樣通道直流阻抗進(jìn)行了實(shí)測(cè)，為124kΩ。然后在PSPICE軟件中搭建電流采樣電路模型，并分析測(cè)量誤差。

2.1.2 分流竊電

某供電公司發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行三相電能表存在電流少計(jì)、誤差嚴(yán)重超差的情況，有疑似竊電現(xiàn)象。對(duì)故障電能表進(jìn)行誤差檢測(cè)，同時(shí)按顯表內(nèi)各相電流，發(fā)現(xiàn)故障電能表少計(jì)電流。

由上表可以看出電流采樣環(huán)節(jié)存在異常導(dǎo)致電流采樣值失準(zhǔn)，進(jìn)一步檢查后發(fā)現(xiàn)，故障電能表內(nèi)部電流進(jìn)線與出線之間被加裝了銅片。由于三相電能表電流采樣回路主要由電流互感器與PCB板上的采樣電阻構(gòu)成。由于二次回路電流較小，不直接測(cè)量電流互感器二次電流，而是測(cè)量PCB板上二次回路上的壓降。故障電能表接入30A電流時(shí)電流互感器二次電流理論值為12mA，接入點(diǎn)兩端電阻的理論值約為6Ω，因此二次回路上的壓將約為72mV。實(shí)際測(cè)量時(shí)故障表二次壓降明顯小于72mV，說(shuō)明該故障表電流采樣回路存在異常情況。由于銅片安裝在電流互感器穿孔之前，所以，實(shí)際電流絕大部分被銅片分流，而不經(jīng)過(guò)電流互感器采樣，直接導(dǎo)致電流少計(jì)。

2.1.3 移相法竊電

移相法竊電移相法竊電的原理是對(duì)電表電壓和電流正常接線進(jìn)行改動(dòng)，除此之外，或電容或者是電感引入其中，使電能表出現(xiàn)反轉(zhuǎn)或慢走現(xiàn)象。如三相三線電能表，在電能表Ia與Uab的相角差大于90°時(shí)，電能表反轉(zhuǎn)，當(dāng)兩者之間的夾角小于90°時(shí)，電能表慢走。因此，不僅要檢測(cè)好三相電壓的相序，同時(shí)還要檢測(cè)某兩個(gè)相序之間的夾角，不能滿足其中之一的時(shí)候，就說(shuō)明有竊電行為存在；一旦出現(xiàn)三相電流不存在固定相位，或是相角關(guān)系的時(shí)候說(shuō)明有竊電行為存在。

2.2. 電能表質(zhì)量故障

電能表質(zhì)量方面的故障主要是指電能表經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)因質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致的故障，這些故障可能由于元器件質(zhì)量或者生產(chǎn)工藝不過(guò)關(guān)導(dǎo)致在對(duì)電能表進(jìn)行檢定或檢測(cè)時(shí)會(huì)出現(xiàn)某些試驗(yàn)項(xiàng)目不合格，電能表故障。

2.2.1 元器件故障

電能表的關(guān)鍵元器件有17種之多，包含變壓器、計(jì)量芯片、單片機(jī)、晶振、485芯片、電阻、電容等等。如果元器件質(zhì)量不滿足要求，那么往往在檢測(cè)過(guò)程中就會(huì)發(fā)現(xiàn)某些試驗(yàn)項(xiàng)目不合格。

某次的批量檢定過(guò)程中發(fā)現(xiàn)部分電能表存在通訊不成功的情況，對(duì)通訊不成功的電能表進(jìn)行抄讀表地址試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)利用檢定臺(tái)體（通訊線無(wú)源）抄讀電能表無(wú)返回?cái)?shù)據(jù)；而利用串口調(diào)試助手（有電源驅(qū)動(dòng)）單獨(dú)對(duì)電能表進(jìn)行表地址抄讀，發(fā)現(xiàn)電能表有數(shù)據(jù)返回，因此初步判斷故障原因是由于電能表RS485驅(qū)動(dòng)能力不足導(dǎo)致的。

分析原因?yàn)楣收想娔鼙?85通訊芯片輸出A/B端出現(xiàn)內(nèi)部擊穿的現(xiàn)象，導(dǎo)致耐壓試驗(yàn)后容易被擊穿。

2.2.2 工藝控制

工藝控制方面的問(wèn)題一般是指在生產(chǎn)過(guò)程中由于某一道或多道工序控制不夠嚴(yán)格導(dǎo)致電能表在使用過(guò)程中出現(xiàn)故障。工藝控制方面的故障一般為批量發(fā)生而非零散的個(gè)案。

檢定過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有部分電能表存在基本誤差超差的現(xiàn)象，究其原因，主要是計(jì)量芯片得到的電流采樣值有偏移造成的。

目前國(guó)內(nèi)主流單相電能表的電流采樣主要是利用錳銅片采樣，這種錳銅片有一定的阻值，有電流流過(guò)是會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電壓，此電壓值傳送給計(jì)量芯片從而達(dá)到采樣的目的。一旦錳銅片的阻值發(fā)生了變化，電流信號(hào)采樣值就會(huì)隨之發(fā)生變化，采樣結(jié)果也就不同。

電流采樣線搭在了錳銅片上，相當(dāng)于并聯(lián)了一個(gè)電阻，導(dǎo)致錳銅片實(shí)際阻值小于理論值，電能表在一個(gè)小于理論采樣電阻阻值的情況下調(diào)校完成后，在振動(dòng)情況下又使上述的狀態(tài)發(fā)生改變。

電能表在出廠前由于工藝控制不到位導(dǎo)致在采樣線一部分和錳銅片發(fā)生并聯(lián)的情況下進(jìn)行調(diào)校，出廠運(yùn)輸?shù)日駝?dòng)環(huán)境下并聯(lián)點(diǎn)分開(kāi)，導(dǎo)致采樣電阻值變大，從而出現(xiàn)前文提到的檢定過(guò)程中誤差超差的情況，并且此類(lèi)超差一般為正超差。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)列舉了現(xiàn)場(chǎng)和檢定過(guò)程中常見(jiàn)的幾種故障現(xiàn)象，并對(duì)其故障原因進(jìn)行分析，有助于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可能發(fā)生竊電行為的故障電能表進(jìn)行分析，找出故障原因，從而找到解決此類(lèi)故障的方法；在智能電能表檢測(cè)和檢定環(huán)節(jié)，可以對(duì)幾種常見(jiàn)的電能表故障進(jìn)行快速判斷并準(zhǔn)確定位發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的環(huán)節(jié)，從源頭減少故障電能表出現(xiàn)的幾率，從而保證智能電能表供貨質(zhì)量，提高智能電能表可靠性和穩(wěn)定性。

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（作者單位：國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司電力科學(xué)研究院）