智能電能表故障現象分析

陳 敏

（舟山電力局，浙江 舟山 316021）

隨著電能表更新換代速度越來越快，功能更全面和智能化的同時，電能表的故障也更加多樣化。為了能夠準確判斷故障產生的原因，要針對不同的情況進行具體的分析處理，改進工藝，逐步減少不良品的產生。

1 單相智能電能表工作原理

單相智能電能表主要由計量系統和單片處理系統組成。表計有兩路相互隔離的工作電源，一路為CPU、液晶驅動芯片、計量芯片供電，另一路為RS485供電。計量系統由電阻分壓網絡完成電壓信號取樣，錳銅繼電器完成電流信號取樣，取樣后的電壓、電流信號送入計量芯片，通過乘法器轉換為功率信號并以脈沖信號輸出。單片機系統采樣脈沖信號并同步輸出表計的校表脈沖。零線電流的采樣信號來自零線電流互感器。單片機處理系統對采樣到的脈沖信號進行累加，同時根據設定的時區、時段、費率實現多費率計量，將最終處理的數據送往存儲器保存，并在LED顯示器上顯示。單片機可通過SPI總線讀出計量芯片中的電壓、電流、功率、零線電流等數據并轉化為實時的數據，也可以根據下發的拉/合閘命令對表計進行拉/合閘控制；內部的數據可以用掌機或PC軟件通過RS485和紅外接口進行讀取。電能表原理如圖1所示。

圖1 電能表原理

2 超差類故障分析方法

在室內檢定過程中，超差類故障可分為計量精度超差、多功能口故障和時鐘超差。

2.1 計量精度超差

（1）加電壓和電流，誤差值不顯示，但脈沖燈閃爍：首先判斷表計計量部分是否正常；檢查脈沖線夾是否正確連接；打開電能表，檢查脈沖輸出部分是否有明顯的連焊、虛焊，元器件是否有損壞現象。

（2）加電壓和電流，脈沖燈不閃，誤差不顯示：檢查計量部分是否有虛焊、連焊現象；檢查有無明顯元器件損壞現象；若無上述現象，則考慮電壓、電流采樣有無輸入。

（3）誤差和超差：檢查計量部分電路有無明顯故障。如阻性誤差正常、感性超差，應檢查計量部分片式電容是否有虛焊、連焊、錯焊、開裂；在生產、運輸過程中，如果表計受到劇烈震動，也有可能會導致采樣電阻阻值偏移。在網運行的電能表，由于周圍環境惡劣，運行一段時間后采樣電阻也會出現老化現象，電阻阻值偏移，導致誤差超差。

（4）加電壓電流，其它功能正常，但不計電量：這種情況一般是由于計量芯片CF（校驗脈沖輸出）腳未能把有功功率脈沖信號送往MCU處理造成的。

2.2 多功能口故障

（1）無日計時脈沖：檢查多功能口螺絲是否松動；測試時鐘晶體是否起振；打開表計目測相關電路有無明顯連焊、虛焊現象。觀察表計運行是否正常，然后查看表內時鐘運行情況，如果均無問題，一般認為主要是日計時輸出電路故障，可通過測試電路找到故障點。

（2）日計時誤差超差：日計時脈沖輸出正常但超差時，主要觀察時鐘部分電路有無虛焊、搭錫等現象，32.768 kHz晶體頻率值是否在規定范圍內，負載電容值是否正常；如果是外部時鐘芯片，可直接測量輸出頻率是否超差。

（3）時段投切不合格：首先檢查多功能口硬件電路是否正常；檢查RS485通訊是否正常；若均正常，則重新測試時段投切功能。如果時段投切輸出口和日計時輸出口復用，一般情況下只要日計時有脈沖輸出，時段投切都能合格，有時會發現少量不良品，一般都是與臺體配合的問題，重測即可解決。但也有因內部元器件焊腳脫落引起的故障。

3 電池故障分析

鋰電池電量耗盡時，會造成程序和數據丟失，因此鋰電池的質量對整個智能表的安全運行起著至關重要的作用。

鋰電池的常見故障是電池無電，原因可能是產品本身質量問題，也可能由電路板漏電產生。

電池正常時，用萬用表測兩端電壓應為3.66±0.02 V，若小于3.64 V則為不合格產品。隨著貯存時間的加長和環境溫度的升高，質量較差的電池在高溫長時間貯存后可能因電壓不足而失效，造成數據丟失。電池接頭接觸不良或連接電池的跨接器開路，也會造成斷電后電池因電源無法供入而失效。

4 顯示類故障分析

4.1 死機故障

死機表現為通電后電能表無反應。此時應先檢查電源部分。智能電能表大多采用電源變壓器降壓方式供電，首先要排除變壓器是否有以下故障：

（1）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。

（2）變壓器插頭未與主要線路印刷板連通，或者工作電源的連線斷線，造成電壓不正常，引起相關元件損壞，導致死機故障。

（3）運行中的電能表出現諸如因雷電感應而產生的過電壓，可能使電路元器件損壞、加速老化或干擾電路的工作。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，在變壓器初級串聯1個熱敏電阻。如果熱敏電阻燒壞或壓敏電阻擊穿都會引起顯示器不顯示，更換熱敏電阻或壓敏電阻即可排除故障。

4.2 液晶顯示故障

液晶顯示故障表現為接通/斷開電源時電液晶屏不顯示、通電時液晶屏正常而斷電時液晶屏不顯示、液晶屏缺筆畫、液晶屏淡、液晶屏閃爍。

用萬用表測量電池是否欠壓，檢查MCU相關管腳有無虛焊和連焊，MCU是否有程序，晶振是否起振，如果都正常，可能是液晶顯示屏本身的質量問題。液晶顯示屏中的數字缺筆，一般都是因為虛焊造成，主要檢查芯片和液晶管腳是否有虛焊和搭錫。由于液晶的特殊特性，在表計存放時應避免高溫、高濕，否則會損傷偏光片或蝕斷電極。

4.3 背光故障

背光故障表現為背光不亮、背光長亮、背光顏色差異。此時應檢查背光電路有無虛焊、連焊、錯件，元器件是否損壞。長期過負荷會使LED壽命減短。LED亮度輸出與溫度成反比，所以在使用時應盡量減少電路發熱，并做好散熱處理。

5 通信故障分析

5.1 RS485不通信

（1）通信波特率設置不正確。智能電表出廠后波特率應設置為2 400 bps，而一般電能表是1 200 bps，如波特率設置不正確則無法通信。

（2）檢查表地址是否正確。

（3）檢查輔助端子RS485線是否有接反、表計485接口是否有松動，以及RS485部分元器件是否連焊、虛焊、裝反，插頭是否插緊。485的電壓是否正確，如電壓不正常則可能有器件損壞。

5.2 紅外通信故障

（1）用掌機抄表時，如果有通信符號但抄表失敗，初步判斷紅外接收正常，則主要檢查紅外發射部分，紅外發送/接收電路如圖2所示。檢查紅外發射電路時先查看紅外發射管是否裝反、虛焊或損壞；再查看Q2，R80，R78，R79等元器件是否有虛焊、連焊；查看MCU的18管腳TXHW和其他管腳之間是否虛焊或連焊，MCU的18管腳到R80之間是否斷路。如果檢查都正常，可通過更換紅外發射管來確定其是否損壞。

圖2 紅外發送/接收電路

（2）紅外抄表通電，如果通信時出現通信符號但抄表失敗，或者電能表抄表無反應，說明電能表沒有收到紅外信號，應先著重檢查紅外接收部分電路，更換紅外接收管。要考慮紅外抄收器的軟件是否對應符合，DL/T 645-2007《多功能電能表通信協議》選擇是否正確（2007規約與1997規約不通用）。若通信規約正確，則可用萬用表測量紅外接收管輸入、輸出管腳電壓。如果電壓及線路均正常，再用示波器測量波形，如果波形正常，可能是紅外接收管到MCU的部分線路有問題；如果波形不正常，則可能是紅外接收管損壞。

6 費控類故障分析

6.1 身份認證不合格

身份認證不合格主要是ESAM芯片問題，應檢查其是否插反或插錯，有無折腳。在密鑰下裝時如果中間突然中斷，可能會發生后面的密鑰不能下裝的情況，所以在密鑰下裝時電能表的狀態應相對穩定。

6.2 遠程費控不合格

首先考慮控制電路和繼電器兩方面，若電路部分無明顯故障，可以用另一個好的繼電器來檢測，以確定是繼電器故障還是電路故障，縮小故障范圍。

智能表使用磁保持繼電器，磁保持繼電器常見故障原因有：

（1）超過極限工作溫度。高溫條件下絕緣材料會軟化甚至熔化；低溫條件下材料會龜裂，絕緣抗電性能下降，以致失效。高、低溫交替作用下，造成結構松動，活動部件位置發生變化，導致吸合、釋放失控。

（2）繼電器控制電路元器件連焊、虛焊。

（3）繼電器觸點接觸不良或不接觸。

（4）接觸電阻不穩定，導致運行中的電表溫升逐漸增大，嚴重的會燒毀電能表。

（5）繼電器負載兩端硬連接或安裝受到約束，產生應力。由于繼電器產品比較精密，產生應力后會造成繼電器工作失誤。

（6）生產現場工藝衛生不符合要求，產生金屬垃圾，通過手動開關散熱孔進入繼電器內部，造成繼電器失效。

（7）瞬間大電流燒壞繼電器。

7 結語

從以上故障分析可知，在生產過程中人為因素造成的故障是最多的，例如器件開裂、破損、錯件、漏件等，不合理的生產工藝、元器件的故障其次，其他故障還有包裝、搬運、運輸等過程中導致的損壞；軟/硬件不匹配（主要是設計上的缺陷和不同軟硬件的錯誤搭配產生的）；環境溫度、濕度造成元器件失效導致的故障等。解決措施是除了在表計驗收、樣品測試、全性能實驗和平時的實驗室檢定過程中嚴格把控質量外，還需注意檢定后和待裝的智能表在運輸過程中應采取有效的防震、防雨、防塵、防止長時間陽光直射等措施，經過劇烈震動和撞擊后，應重新對智能表進行檢定。

檢定人員應仔細深入研究各種智能電能表的故障，及時找出故障原因并找到對策，提高智能電能表的穩定性與可靠性。

[1]DL/T 645-2007多功能電能表通訊協議[S].北京：中國電力出版社，2008.

[2]陳向群.電能計量技能考核培訓教材[M].北京：中國電力出版社，2002.

[3]Q/GDW 364-2009單相智能電能表技術規范[S].北京：中國電力出版社，2009.

[4]Q/GDW 354-2009智能電能表功能規范[S].北京：中國電力出版社，2009.