單相智能電能表的影響因素及故障分析

寧芙蓉

[摘 要]單相智能電表是智能電能表的重要關(guān)鍵性技術(shù)，分析單相智能電表的影響因素及故障模式，對于提高智能電表可靠性評估、入網(wǎng)選型、提高用電信息系統(tǒng)的運行和管理具有重大意義。單相智能電表在不同的方面可能發(fā)生不同的故障表現(xiàn)，可以從計量、屏幕顯示、通信、警戒四個方面進(jìn)行故障分類，從而提高單相智能電表的可操作性和推廣性。

[關(guān)鍵詞]單相智能電表；影響因素；故障分析

[DOI]10. 13939/j. cnki. zgsc. 2016. 06. 069

我國正在推廣智能電網(wǎng)建設(shè)，這也是適應(yīng)現(xiàn)代低碳環(huán)保綠色建設(shè)的新要求，它有助于推動國家電網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展，這種新型電能計量器具的使用和推廣，可以廣泛融合計量功能和現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信功能，稱為“網(wǎng)絡(luò)電能表”，正在逐步推廣和普及的過程中，會受到內(nèi)部制造質(zhì)量、系統(tǒng)干擾、安裝工藝等因素的影響，在單相智能表的廣泛應(yīng)用中，其運行質(zhì)量會產(chǎn)生一定的故障，造成計量糾紛和客戶投訴。因而，文章要重點剖析單相智能電能表的影響因素及故障，提高其運行質(zhì)量水準(zhǔn)。

1 智能電能表及其可靠性技術(shù)簡述

我國的智能電能表發(fā)展迅速，在電力信息采集、預(yù)付電費、防竊電等功能上具有廣闊的應(yīng)用前景，同時，為了優(yōu)化電能表的資源配置，智能電能表還可以整合計量、信息存儲與處理、網(wǎng)絡(luò)通信、實時監(jiān)控、自動化信息的傳遞等功能，實現(xiàn)具有整合優(yōu)勢的遠(yuǎn)程控制功能。單相智能電能表的重要構(gòu)件主要包括：計量單元、數(shù)據(jù)自動化處理單元、通信單元等，它實質(zhì)上即是一種單片機為主核的計量、通信系統(tǒng)，它在增加了ESAM模塊的安全嵌入模式下可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、處理及安全認(rèn)證等功能。其工作原理是：對電壓和電流進(jìn)行實時的信息采集，然后通過集成智能化的電路對采集的電壓和電流信息進(jìn)行自動化的處理，并利用其通信功能將采集信息轉(zhuǎn)換為脈沖輸出，借助于其主核單片機進(jìn)行控制與處理，最終顯示為用電量值加以輸出和傳遞。

智能電能表的可靠性技術(shù)主要采用FMEA故障模式及影響分析技術(shù)，然而，我國與國際先進(jìn)國家相比，還存在較大的差距，在元器件選擇、軟件完備性測試等環(huán)節(jié)還欠缺可靠性保障。因而，要開展對于智能電能表的可靠性管理水平研究，針對其故障進(jìn)行影響因素分析，以提高電能表制造業(yè)的可持續(xù)、整體發(fā)展。

2 單相智能電能表的故障統(tǒng)計與分類

在對單相智能電能表的應(yīng)用過程中，存在不同的故障類型，對其進(jìn)行統(tǒng)計并分類，可以分成七大類。

2. 1 計量故障

這種故障現(xiàn)象主要表現(xiàn)為“起動不合格”“潛在不合格”“基本誤差超差”；智能表內(nèi)部程序的故障現(xiàn)象表現(xiàn)為“停走”“復(fù)費率表各費率電量之和與總電量不等”“表底自動清零”等。這種故障主要是由于電能表老化、元器件功能下降所導(dǎo)致，其故障率約占故障總數(shù)的2. 82%。

2. 2 儲存器故障

這是基于智能電能表內(nèi)部結(jié)構(gòu)過程中的故障表現(xiàn)，如電池容量不足、芯片損壞等，這大多是由于安裝工藝過程中的缺失所導(dǎo)致的，其故障率約占故障總數(shù)的0. 93%。

2. 3 通信故障

這主要表現(xiàn)在智能電能表的485通信故障以及載波通信故障兩個方面，其故障率分別占故障總數(shù)的0. 73%、0. 36%。

2. 4 顯示故障這主要表現(xiàn)在液晶顯示器出現(xiàn)黑屏、閃屏、顯示亂碼等故障，其故障率約占總故障率的76%。

2. 5 外觀故障這個故障外在表現(xiàn)主要為表殼的損壞，其故障率約占總故障率的0. 88%。

2. 6 控制故障這個故障的表現(xiàn)為載波表自動出現(xiàn)斷電現(xiàn)象以及預(yù)付費控制功能故障。這兩個故障的故障率分別為總故障的9. 53%和5. 11%。

2. 7 錯誤報警這個故障表現(xiàn)是預(yù)付費電能表報錯故障，其故障率約為3. 88%。

在這個故障之中，表現(xiàn)最為明顯的是顯示故障、通信故障和錯誤報警、計量故障，當(dāng)然這也與不同生產(chǎn)廠家、不同型號的智能電能表有關(guān)聯(lián)，下面針對這四個重點故障進(jìn)行剖析。

3 單相智能電能表的重點故障分析

3. 1 顯示故障

智能電能表的內(nèi)部顯示系統(tǒng)也與普通電子表相似，它采用內(nèi)部電源驅(qū)動的液晶狀態(tài)進(jìn)行顯示，通過線性的電源線路將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，具有適應(yīng)性強、紋波電壓小的優(yōu)勢，然而，這種線性電源具有效率低、范圍窄的劣勢，因而在逐漸的推廣應(yīng)用中為新型的開關(guān)電源所替代，新型的開關(guān)電源適應(yīng)性強、具有較高功率、輸入輸出采取完全隔離的方式，但是它也有自身的缺陷，易在運行過程中產(chǎn)生發(fā)熱狀態(tài)，導(dǎo)致電壓輸入輸出不穩(wěn)定，產(chǎn)生黑屏、閃屏等故障，容易到通信干擾，這也使其故障率增大，成為智能電表運行中的主要故障原因。

3. 2 通信故障

單相智能電能表的通信故障主要表現(xiàn)為載波功能出現(xiàn)故障，它產(chǎn)生的原因主要是載波模塊損壞及接觸不良，另外，還有一個影響因素即電源容量的問題，在載波智能電能表進(jìn)行通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，會消耗較大的瞬間功率，可激增3～4倍，在這種通信傳輸?shù)倪^程中可能會受到系統(tǒng)的干擾，而導(dǎo)致變壓器容量不足，造成功能受損、下降或通信失敗。

3. 3 錯誤警示

智能電能表具有自動化的控制功能，它用相應(yīng)的異常代碼表示電能表的故障定義，如下表所示：

在異常故障出現(xiàn)之后，會出現(xiàn)指示燈的警示，而這些異常故障狀態(tài)包括：電壓超限、IC卡認(rèn)證錯誤等，產(chǎn)生故障的原因主要有兩種：其一，智能表內(nèi)的負(fù)荷控制開關(guān)損壞，無法進(jìn)行正確的信息輸入輸出傳送。其二，智能表計量在室內(nèi)檢測時，出現(xiàn)加密錯誤導(dǎo)致自動化系統(tǒng)無法辨識而產(chǎn)生錯誤。

3. 4 計量故障

智能電能表的計量故障主要從三個方面加以表現(xiàn)：

其一，總電量正確，而各時段的分電量之和與總電量不等。這種故障產(chǎn)生的原因主要是時鐘故障，由于不同時段的電量值與時間有關(guān)，而智能表內(nèi)的時鐘電路是自動系統(tǒng)單獨供電的，與時間無關(guān)，因而，如果系統(tǒng)內(nèi)的電池不合格就會導(dǎo)致時鐘電路發(fā)生紊亂，出現(xiàn)異常。

其二，智能表計量電量突變，這個故障的主要原因是智能電能表的脈沖計數(shù)電路的二極管出現(xiàn)異常。

其三，智能電能表停電后底碼清零重新計量。出現(xiàn)這種故障主要是由于單片機斷電保護(hù)容量不足或者是由于中斷處理設(shè)計不當(dāng)而導(dǎo)致的。

綜上所述，單相智能電能表有不同類型的故障，其故障產(chǎn)生的影響因素主要是元器件質(zhì)量、硬件的工藝安裝質(zhì)量、軟件設(shè)計質(zhì)量、系統(tǒng)干擾等，因而，需要嚴(yán)格執(zhí)行智能表質(zhì)量控制制度，有效提升智能電能表的質(zhì)量，降低故障率。

參考文獻(xiàn)：

[1]翟維楓. 仿真電能表綜合檢定系統(tǒng)設(shè)計[D].北京：北方工業(yè)大學(xué)，2011.

[2]計曉怡. 智能電能表常見故障的研究和分析[D].保定：華北電力大學(xué)，2012.

[3]徐程. 適用于高寒地區(qū)的智能電能表的研究與設(shè)計[D].保定：華北電力大學(xué)，2013.