解析電能計量表計及終端運行的可靠性

邢智

摘 ?要：隨著我國智能電網建設的不斷發展，用電信息采集系統在電網中得到了廣泛的使用。文章對電能計量表計以及終端產品常見故障進行了分析、改進及可靠性設計。

關鍵詞：電能計量表計;終端產品;運行可靠性

中圖分類號：TM933.4 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2016）03-0114-01

用電信息采集以及監測系統中的核心設備就是電能計量表計以及終端，該設備有測量瞬時值、計量電能、電能質量監測、需求量的計量和統計、記錄事件并主動上傳、本地通信、遠程通信、下行通信以及控制負荷等一系列功能，所得到的數據信息用于電力用戶以及供電單位之間進行電能計量并結算，方便用電管理。本文對電能計量表計以及終端產品常見故障進行了仔細分析，并提出了一些改進措施及可靠性設計方案。

1 ?電能計量表計及終端常見故障分析

1.1 ?電源故障

失效的情況，如圖1所示，源及主板損壞、燒表，電能計量表計及終端B、C兩相PT出現了燒壞，電源上的電容以及芯片燒炸，從外面采購的開關電源模塊發生了燒壞，限幅二極管以及貼片電感燒毀嚴重，計量電路板全部燒壞，終端電源中的限流電阻其表面被燒黑，但是壓敏電阻卻未損壞。

1.1.1 ?失效原因分析

經過初步的分析認為電壓高、能量大、過壓燒表等都是雷擊造成的。不管是哪個電路發生了燒毀都會出現能量泄放回路，這就會對回路中的所有器件造成不同程度的損傷。對返回的故障表進行分析可知，高壓竄入存在2個回路，分別為表內PT以及電源模塊，計量板和PT全部被損壞，但是電源模塊卻只有部分被損壞，由此可以推斷高壓從表內PT竄入的概率比較大。

PT出現損壞但是PT串聯電阻沒有出現損壞的原因分析：PT受到鐵損和銅損的影響，而銅損又受到電流的影響，發熱量隨著電流的增大而增大，鐵損又被稱為渦流損耗，和磁感應強度以及電源頻率有關。雷電的磁感應強度非常大，所以PT發生燒損不但和電流存在關系，還受鐵損的影響，但是電阻發熱只受到電流的影響，這就是為什么只有PT出現損壞而PT串聯電阻沒有出現損壞的原因。

貼片電感在燒斷的時候造成非常高的過壓，而過壓使得邏輯板上的電容和芯片出現損壞;原因在于終端內PT的初級以及次級線圈比都為1：1，并且線圈匝數非常多，一旦次級突然開路，則會出現非常高的反沖過壓，另外初級輸入電壓又很高，最終使得反沖過壓過高，邏輯板上那些燒壞的芯片和電容可以證明過壓的存在。

1.1.2 ?改進措施

由于雷電過壓造成的破壞是不可避免的，在安裝調試終端的時候，必須做好相應的防雷手段，確保變壓器接地可靠，裝設性能優良的防雷器;另外終端在線和線中間應該裝設壓敏電阻，建議降低終端內PT的變比。

1.2 ?遠程通信故障

通訊模塊出現故障也較常見，如CDMA終端中出現了模塊損壞，部分終端在更換損壞模塊正常運行一段時間之后模塊又被損壞。

1.2.1 ?失效分析

引起模塊損壞最重要的因素在于模塊終端在不停撥號，使得模塊內部在不停地復位。終端在處理過程中，一個撥號周期由很多環節組成：通訊模塊的初始化，交換聯通數據信息，獲得IP地址。這其中的任何一個環節出現失敗，都是使得通訊模塊復位。

1.2.2 ?改進措施

①使用容量更大的路由器，容量應該超過終端數的25%，另外也可以提升驗證服務器的工作效率，強化相關配置使其能夠處理大量終端并且發放認證，提升驗證路由器的工作性能;②現場終端使用dormant形式，如果沒有通訊的時候物理鏈路進行釋放;③對終端通訊處理流程進行優化，盡力確保模塊的安全，在最大限度上延長模塊的使用周期。

2 ?電能計量表計及終端可靠性設計

2.1 ?抵抗雷擊設計

為確保電能計量表計及終端的安全，必須采取一定的防雷保護措施。電源部分可以使用壓敏電阻、限流電阻。抵抗雷擊設計，如圖2所示，可以看出壓敏電阻可以對電源浪涌起到非常好的保護效果;由于浪涌造成的大電流熱敏電阻可以起到一定的保護作用;2路RS485用到的電源和主電源之間完全被隔離，這樣就確保了在主電源回路中產生的浪涌不會對RS485回路造成任何影響。

2.2 ?數據冗余設計

在規劃電能存儲的EEPROM資源的時候必須要留出3倍冗余數據空間，在4個完全不相干的EEPROM區域中寫入電能數據。為了使得數據的安全性得到保障，以提升在錯誤操作下相關數據信息留存的機率，應該盡可能的分散分布冗余數據存儲空間。在使用這些數據信息時，認真檢查各組數據，防止發生程序跑飛時的時候將各組備份數據同時寫入。

2.3 ?抵抗沖擊電流設計

電能計量表計及終端在正常運行的過程經常會出現短路故障，一旦發生斷裂故障在瞬間便會引起幾千安的沖擊電流，現階段在現場已經裝設了斷路器跳閘保護裝置，然后斷路器存在20 ms的時間延遲，就在這20 ms的時間內，沖擊電流就很有可能將表計及終端破壞。為了避免這種情況的出現，首先需要做的就是提升采樣電阻的功率值，另外就是對其采取一定的保護措施，如圖3所示，R113、R101以及R102都是0805封裝，表內CT一次側出現過流的時候不會對其造成影響;表內CT的初級線圈橫截面積非常大，這樣在過大電流的時候可以保護CT不被損壞。

3 ?結 ?語

本文探討了提升電能計量表計及終端可靠性設計的措施，對電能計量表計及終端經常發生的故障進行了分析，然后在此基礎山提出了一些實用性的解決措施。相信在采取上述措施之后產品的可靠性可以得到一定的提升。

參考文獻：

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