淺析電子式電能表的校驗及故障處理

吳 靜

摘要 近些年隨著電力企業的發展,電能計量表計要承擔的功能也越來越多, 微電子技術和單片機應用技術的發展和普及,為電能表多功能、高精度的實現創造了有利條件,正是在這種背景和條件下,電子式電能表,尤其是電子式多功能電能表得以出現并得到了飛速發展。本文分析了電子式多功能電能表的校驗方法,出現的問題和提出解決方法。

關鍵詞 電子多功能;校驗;出現故障;解決方法

中圖分類號 TM933 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708(2009)10-0090-03

0 引言

多功能電能與傳統的感應式電能表相比,具有測量精度高、過載能強、功率消耗低、性能穩定可靠、體積小、重量輕、作簡便、易于實現管理功能的擴展、一表多用等特點。新型電子式電能表的應用,使供電企業的電能計量管理水平和技術水平都有了很大提高。但由于電子式電能表與感應式電能表的區別較大,也存在一定的弱點,在實際的檢定和運行中還存在許多新的問題,因此,只有及時發現和處理電能表在校驗和運用中的問題,才能確保其安全、準確、可靠地運行,但是多功能電能表在現場使用時也會出現故障。

1 多功能電能表的校驗

1.1 電子式電能表的校驗方法

多功能電能表的校驗方法依據JJG596-1999《電子式電能表》檢定規程,檢驗中還應參照DL/T614-1997《多功能電能表》、GB/T15284-2002《多費率電能表特殊要求》、DL/T645-1997《多功能電能表通訊規約》等規程。規程中多功能電能表的校驗方法已經很詳細,現對規程中有不同技術要求和校驗方法的檢定項目進行比較分析。

1.1.1 校核計度器示數

對多功能電能表除了校核計度器總示數外,還要對表中設有的分時計費時段進行校核,以確定分時段的計量是否準確。JJG596-1999《電子式電能表》規定各費率時段計數器與總計數器的改變量應滿足|ΔW-ΔW0|×10α≤2;DL/T614-1997《多功能電能表》規定0.01%E0±1×10-(α+1);GB/T15284-2002《多費率電能表特殊要求》規定|ΔWD0-ΔWD1|1×10-β,α和β均為總計度器小數位數。

1.1.2 確定電能測量基本誤差

目前,大多采用標準電能表法,利用高頻脈沖預置法。

基本誤差r=m0-m/m×100(1)

其中m0=CH0/CLKIKU(2)

上兩式中:r0為標準表或檢定裝置的已定系統誤差,不需更正時r0=0;m為實測高頻脈沖數;m0為算定(或預置)的高頻脈沖數;CH0為標準表的高頻脈沖常數;CL為被檢表的低頻脈沖常數;KI、KU分別為電流互感器、電壓互感器的變比。

1.1.3 確定需量示值誤差

用標準功率表確定需量誤差時,在測試期間負載功率穩定度應不低于0.05%,標準表的準確度級別應不低于0.1級。

需量示值誤差rP=P-P0/P0×100 (3)

式中:P為被檢表需量示值;P0為加在需量表上的實際功率。JJG596-1999規定:多功能安裝式電能表,需量示值誤差以相對誤差表示。在參比電壓、參比頻率和功率因數為1時,當I=0.1Ib~Imax,其需量誤差(%)應不大于規定的準確度等級值。DL/T614-1997規定:多功能電能表在參比電壓、參比頻率、參比溫度和功率因數為1條件下,在0.05Ib~Imax范圍內,需量示值的相對誤差應不大于±(0.5+0.05Pm/Pn)%,其中Pm為在參比電壓下,cosφ=1及I=Imax時的計算功率;Pn為實測功率。

1.1.4 對日計時準確度的要求

DL/T614-1997規定:在參比溫度下,晶振時間開關的日計時準確度應不大于0.5s/d(當電池投入36h后,計時準確度優于1.5s/d),隨溫度的改變量應小于0.1s/(℃·d)。

GB/T15284-2002規定:在參比溫度下,晶控時間開關計時準確度應優于0.5s/d,靠工作儲備開動12h后,計時準確度優于1.0s/d,計時準確度隨溫度的改變量每24h應小于0.15s/℃。

由此看出,現階段有關多功能電能表檢驗規程較多,對照多個規程可以發現在試驗方法和檢驗規則上是不相同的,在利用不同的方法檢驗時,就會得出不同的試驗結果和結論。多功能表在校驗時應參考不同的標準,使其均能合格以提高檢驗的科學性合理性,確保電能表的準確可靠。

2 多功能電能表的出現故障及解決措施

2.1 電源電路故障

2.1.1 顯示器不顯示

1)當電源電路經變壓器降壓方式供電時,可能存在的故障有:

(1)由于三相電能表是單相變壓器供電,因而外部電路PT一次側熔絲或低壓熔絲熔斷,而且斷相的為電子電路的工作電源相時,造成顯示器不顯示。針對以上問題處理方法為恢復外部電路正常供電。

(2)因變壓器繞組出現斷線或匝間短路或變壓器燒壞,造成顯示器不顯示。針對以上問題處理方法為更換同規格的變壓器。

(3)變壓器連線與主要線路印刷板連通不好或斷線。針對以上問題處理方法為將連線焊接好。

2)當電源電路經阻容降壓方式供電時,電容擊穿可造成顯示器不顯示針對以上問題處理方法為更換電容。

3)當電源電路通過開關電源的降壓方式供電時,穩壓管損壞,可造成顯示器不顯示。針對以上問題處理方法為更換穩壓管。

4)在電子電路中,如果出現諸如因雷電感應而產生的過電壓,可能使電路損壞或老化,干擾電路的工作,造成工作錯亂或失效。為解決這個問題,通常在電源電路中采用壓敏電阻來抑制浪涌電壓。壓敏電阻是一種電阻值對電壓“敏感”的元件,它的電阻值隨電壓的增加而急劇下降。一旦加在壓敏電阻上的浪涌電流超過其所能吸收的能量、壓敏電阻將擊穿短路,為防止短路引起外部電網的故障,一般與壓敏電阻串聯一保險絲。在這種情況下,如果熔絲斷或壓敏電阻擊穿都會引起顯示器不顯示。針對以上問題處理方法為更換熔絲或更換相應的壓敏電阻。

2.1.2 數據或程序丟失

多功能電能表在斷電時主要由備用電源來維持時鐘及一些存放在RAM的程序及數據。備用電源系統由鋰電池和儲能電容組成,有的僅有鋰電池或儲能電容。如果全電子多功能電能表的大量數據及程序存儲于其中,斷電時可無需消耗備用電源,后備電源僅提供給時鐘電路,因而消耗后備電源的容量很小,但若將全電子多功能電能表的數據存儲于RAM中,則需要有電源維持才能保存數據,長時間斷電很快就會耗盡電池容量,從而造成數據和程序丟失。由備用電源引起數據,程序丟失的常見故障有:

1)電池電量耗盡,造成程序、數據丟失,針對此問題的處理方法為更換電池,將電能表重新編程設置(應特別注意:經試驗室調試的全電子多功能電能表應及時安裝于現場,避免長期斷電,耗盡備用電源);

2)儲能電容漏電,以致停電時將數據、程序丟失,針對此問題的處理方法為:更換電容;

3)電池接頭接觸不良,或連接電池的跨接器或焊點開路,造成斷電后備用電源無法供入,將表內程序、數據丟失,針對此問題的處理方法為重新連接電池;

4)電池連接線短路放電,耗盡電池,使程序、數據丟失,針對此問題的處理方法為消除短路,更換電池。

2.2 單片機的故障

單片機是全電子多功能電能表的數據處理單元的核心部分,如果單片機的抗電磁干擾性能較差,則會引起系統功能失常或系統突然鎖死,不能正常運行程序,或受干擾后程序發生錯誤,使系統跳出正常軌道,或出現測量數據錯誤,或造成控制誤動作等。上述原因引起的故障現象有:

1)顯示停滯或亂跳,數據和程序亂套,處于死機狀態。針對以上問題的處理方法為將工作電源、備用電源全部斷開,過段時間后再重新編程棄置,有時能恢復正常工作,若不能則可以判斷單片機壞,應更換主芯片。為了避免出現上述死機狀態,通常在單片機中設置電路,當CPU的程序進入局部死機或程序停留在某一指令不再向下進行時,產生一個信號去復位或清零CPU,使CPU重新回到初始化。

2)在正常停送電過程中,由于開關的閉合總會有些抖動,這會使脈沖的開始和尾部出現一些毛刺造成脈沖多計量,在需量周期內計算的需量值偏高,針對此問題的處理方法為一般通過軟件編程,在供電恢復后,使需量數據記錄的恢復延遲一段時間,需量測量延遲的時間可任意設定。

為了提高多功能電能表的單片機抗電磁干擾能力,通常采用以下幾中方法:恰當的接地方式、電源線及元器件合理地布置、屏蔽方式,光電隔離、濾波以及通過軟件抗干擾。

2.3 顯示器的故障顯示器

常用的有LED數碼管顯示器和LCD液晶顯示器兩種,主要的故障現象有:數碼管顯示器的數碼管缺筆畫,造成主要原因為相關引腳虛焊。針對此問題的處理方法為重新焊接。針對數碼管本身缺段,處理方法為更換顯示器。液晶顯示器缺少筆畫或不顯示,造成的原因主要為液晶顯示器壞。針對此問題的處理方法為更換顯示器。液晶顯示器導電橡膠接觸不良,針對此問題的處理方法為更換導電橡膠。

2.4 電能計量單元的故障

全電子多功能電能表的測量單元,主要有熱電轉換型、高精度A/D變換器型、霍爾乘法器型,時分割乘法器型等幾種類型。電能測量單元的常見故障是沒有脈沖計數或少許脈沖,針對此問題的處理方法為更換芯片。

2.5 實時時鐘電路的故障

實時時鐘電路常見的故障現象有:

1)時鐘不準,日歷不對,造成的原因有:

(1)全電子多功能電能表的實時時鐘若為電網頻率時,由于電網頻率波動大而影響時鐘的精度,針對此問題的處理方法為校準時鐘。

(2)實時時鐘頻率源為晶振時,如晶振失效或配對電容失效,造成時鐘不準,針對此問題的處理方法為更換晶振或重配電容,然后校準時鐘。

(3)實時時鐘為軟時鐘時,因單片機故障而使時鐘遭破壞,這種故障在單片機故障排除后,將自動消除。

(4)萬年歷編程設置錯誤,造成非閏年多1d,針對此問題的處理方法為重新編程設置。

2)時鐘壞,造成停電后數據丟失,針對此問題的處理方法為更換時鐘。

2.6 通信接口的故障

全電子多功能電能表的通信接口有紅外光學接口、RS232和R485串行通信接口以及脈沖輸出接口等幾種形式,各種形式存在的故障分析如下:

1)紅外光學接口的連接方式有直接紅外光的磁吸式和調制紅外光的遠程搖控式,常見的故障現象有:

(1)當通過紅外光學接口進行編程和抄表時,發生編程失效或抄讀不到數據,其主要原因有:

①光電轉換器的電源容量不足,針對此問題的處理方法為更換電池;

②磁吸式讀數頭的位置偏差較大,針對此問題的處理方法為調整讀數頭的位置;

③光學接口有灰塵,影響紅外光的接收,針對此問題的處理方法為清洗灰塵。

(2)紅外線遠距離抄表和編程異常,主要原因是:①超出規定距離范圍,針對此問題的處理方法為在距離范圍內抄表和編程;②紅外線發射器或接受器故障,針對此問題的處理方法為修理紅外線發射器或接受器。

2)RS232和RS485接口為標準串行通信接口,如果其通信不正常,主要是串口芯片故障,針對此問題的處理方法為更換串口芯片。

3)當脈沖輸出接口沒有脈沖輸出時,主要是輸出電路的光電耦合器故障,針對此問題的處理方法為更換光電耦合器。

2.7 編程和操作問題

全電子多功能電能表與一般感應式電能表在使用操作上最大不同之處在于多功能電能表必須通過編程后才能使用。因此,編程或操作不當會造成一定的故障,常見的故障現象有:

1)編程時,將電能表常數預置錯誤,造成計量錯誤,針對此問題的處理方法為重新編程預置正確參數,并計算退補電量。

2)數據處理單元長時間處于測試狀態。數據處理單元的測試功能一般供試驗用,在現場時只能做短時的測試,因為在測試狀態中,不累計于計費數據中,因此,造成數據處理單元的顯示值比實際值偏低,針對此問題的處理方法為將數據處理單元由測試狀態恢復到正常工作狀態,重新編程修改顯示值。

3)按下需量復位按鈕復位時,由于導電橡膠按下后未能恢復原位,處于常復位狀態造成顯示器的需量值始終為零,針對此問題的處理方法為修理調整復位按鈕。

3 結論

上述故障是現場運行中總結出來的,從中我們可以看到,在選用全電子多功能電能表時不但要選用質量好的,在安裝到現場后,抄表時還要核查實際電量,以便及時發現故障,工作人員也要掌握全電子多功能電能表的運行情況和故障現象,不斷地探索研究排除故障的新方法、新工藝,促進電能計量技術的進一步發展。