鄧高峰，胡 濤，黃 煒，趙震宇

（國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院，江西 南昌 330096）

0 引言

智能電能表的推廣和應(yīng)用不僅帶來(lái)電能計(jì)量器具技術(shù)的發(fā)展，而且有效防范了電費(fèi)拖欠，提高了計(jì)量管理工作效率。智能電能表的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境也較為復(fù)雜，隨著其功能及數(shù)量的增加，故障也隨之而來(lái)。對(duì)于電力公司而言，掛網(wǎng)電能表的可靠運(yùn)行對(duì)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用與服務(wù)質(zhì)量具有非常重要的意義。

準(zhǔn)確計(jì)量是智能電能表的基本要求，而在應(yīng)用過(guò)程中，電能計(jì)量故障類型繁多，電能量異常包括電量停走、倒走、飛走、走快現(xiàn)象，在電能表上表現(xiàn)為電壓異常、電流異常、功率異?；蛎}沖異常等。因此有必要對(duì)電量異常產(chǎn)生原因進(jìn)行總結(jié)分析，以快速查賬故障原因，提高故障鑒定效率。

1 現(xiàn)場(chǎng)典型故障描述

江西省內(nèi)供電現(xiàn)場(chǎng)某臺(tái)區(qū)發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中有幾只M公司的DDZY719-Z型單相費(fèi)控智能電能表電量計(jì)量異常，排查現(xiàn)場(chǎng)情況后，送樣兩只故障樣表（故障表號(hào)1:150001955047、表號(hào)2:150001954927）到國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司計(jì)量中心開(kāi)展試驗(yàn)分析。故障表在檢定臺(tái)上測(cè)試（如圖1所示），當(dāng)在220 V/5 A和220 V/60 A進(jìn)行負(fù)載測(cè)試時(shí)，電能表電壓、電流、功率正常，但脈沖指示燈不閃爍、電量不累加，誤差測(cè)試合格。

圖1 故障表在檢定臺(tái)上進(jìn)行負(fù)載測(cè)試圖

2 故障原因分析及結(jié)論

2.1 電能表脈沖部分設(shè)計(jì)原理

計(jì)量電路與MCU連接回路如圖2所示，脈沖計(jì)量原理：PF脈沖輸出到CF_Pulse，CPU累計(jì)一個(gè)有效脈沖后，將CS_CF端口（無(wú)脈沖時(shí)為高電平）輸出低電平，脈沖指示燈點(diǎn)亮，完成一次閃爍過(guò)程[1]。

圖2 計(jì)量電路與MCU連接回路

2.2 故障點(diǎn)測(cè)試分析

2.2.1 計(jì)量電路分析

故障電表的計(jì)量部分原理圖如圖3所示，其計(jì)量方案為：計(jì)量芯片采用銳能微科RN8209C，基準(zhǔn)電壓值為2.5 V、通信通道采用SPI方式、MCU與計(jì)量芯片使用光耦隔離。

圖3 計(jì)量部分原理圖

對(duì)電表施加220 V電壓，測(cè)量基準(zhǔn)電壓引腳對(duì)地電壓為2.49 V。判斷基準(zhǔn)電壓回路正常。

在加負(fù)載時(shí)脈沖指示燈不點(diǎn)亮和電量不累加，排查計(jì)量芯片是否存在故障，測(cè)試電能表計(jì)量誤差，通過(guò)臺(tái)體測(cè)試故障電能表誤差合格。

結(jié)論：計(jì)量芯片脈沖輸出電路正常。

2.2.2 計(jì)量電路與MCU連接回路分析

使用萬(wàn)用表測(cè)量圖2計(jì)量電路與MCU連接回路中的電阻（阻值檔）R931、R933、R936、R937阻值，阻值分別為 R931＝1 kΩ、R933=10 kΩ、R936=2 kΩ、R937=10 kΩ，測(cè)試結(jié)果與設(shè)計(jì)方案一致。

結(jié)論：回路中電阻R931、R933、R936、R937正常。

使用示波器分別測(cè)試圖2中測(cè)試點(diǎn)TEST2、TEST1和CS_CF端口波形如下，判斷光耦（OP904）、電容是否正常；

圖4 無(wú)負(fù)載電流時(shí)TEST2點(diǎn)波形

圖5 有負(fù)載電流時(shí)TEST2點(diǎn)波形

圖6 無(wú)負(fù)載電流時(shí)TEST1點(diǎn)波形

圖7 有負(fù)載電流時(shí)TEST1點(diǎn)波形

從上圖中無(wú)負(fù)載電流時(shí)TEST2、TEST1點(diǎn)波形可看出，正常工作時(shí)TEST2為低電平時(shí)TEST1應(yīng)為低電平，實(shí)際測(cè)試TEST1為高電平。排除回路中隔離光耦OP904故障后定位故障點(diǎn)位電容（C910），將電容取下后測(cè)試TEST1和CS_CF端口波形如下：

圖8 無(wú)計(jì)量脈沖時(shí)TEST1點(diǎn)波形

圖9 有正常計(jì)量脈沖時(shí)TEST1點(diǎn)波形（脈寬84 ms）

圖10 CS_CF端無(wú)計(jì)量脈沖時(shí)波形（常態(tài)高電平）

圖11 CS_CF端有正常計(jì)量脈沖時(shí)波形（脈寬84 ms）

2.3 結(jié)論

電容C910在脈沖燈口主要起濾波作用，避免脈沖端口在收到外部干擾信號(hào)發(fā)生誤動(dòng)作；電容C910擊穿損壞（阻抗?fàn)顟B(tài)）使得TEST1與CS_CF端口的狀態(tài)一致，而CS-CF CPU控制脈沖燈端口（常態(tài)為高電平）。所以電容C910擊穿損壞造成TEST1點(diǎn)為高電平，脈沖指示燈無(wú)法正常閃爍，CF_Pulse端口無(wú)法識(shí)別有效脈寬，導(dǎo)致電量無(wú)法正常計(jì)量。拆除電容后進(jìn)行負(fù)載測(cè)試，脈沖指示燈閃爍正常，電量累加正常。

3 電能表電量異常故障的檢測(cè)方法

電能量異常包括電量停走、倒走、飛走、走快現(xiàn)象，在電能表上表現(xiàn)為電壓異常、電流異常、功率異常或脈沖異常[2-3]。如果判斷沒(méi)有這些異常發(fā)生，可用排除法判斷計(jì)量MCU累計(jì)錯(cuò)誤、EEPROM存儲(chǔ)錯(cuò)誤或者軟件設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致。

同一類型故障在不同的電能表設(shè)計(jì)下，有不同的故障點(diǎn)。因此在檢測(cè)前需要確定電能表設(shè)計(jì)方式和設(shè)計(jì)值。（如表1所示）

表1 需要確定電能表設(shè)計(jì)方式和設(shè)計(jì)值

要在最短時(shí)間內(nèi)找到電量異常故障點(diǎn)，總結(jié)故障鑒定經(jīng)驗(yàn)，按照不同的故障現(xiàn)象，制定《故障類別最佳鑒定路徑》，按照表2內(nèi)的優(yōu)先順序查找故障點(diǎn)。

表2 故障類別最佳鑒定路徑

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)一起電能表計(jì)量異常故障進(jìn)行了測(cè)試分析，總結(jié)分析現(xiàn)有的電量異常故障類型，找到了一種快速查找電量異常故障的方法。計(jì)量故障的查找、鑒定工作要深入到器件生產(chǎn)、電表裝配、配送、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行等環(huán)節(jié)，找到根源才能對(duì)癥下藥。常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目不能檢測(cè)出不同廠家不同批次電能表承受環(huán)境的極限能力，不能檢測(cè)出電能表的薄弱環(huán)節(jié)；而且針對(duì)電能表故障鑒定沒(méi)有統(tǒng)一合理的鑒定方法，不同的故障需要不斷探索、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。因此探索電能表新的檢測(cè)方法和故障表鑒定方法越來(lái)越重要。