單相智能電能表故障模式及影響

楊慧

（國(guó)網(wǎng)武漢供電公司客戶服務(wù)中心 湖北武漢 430051）

單相智能電能表故障模式及影響

楊慧

（國(guó)網(wǎng)武漢供電公司客戶服務(wù)中心 湖北武漢 430051）

單相智能表由測(cè)量單元、數(shù)據(jù)處理單元、通信單元等組成，除完成傳統(tǒng)的計(jì)量功能外，還兼有數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制、信息交互等功能，智能表在結(jié)構(gòu)上最大的區(qū)別是增加了ESAM模塊，它是一種嵌入式安全模塊，重點(diǎn)完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及安全認(rèn)證。本文從智能電能表及其可靠性技術(shù)入手，重點(diǎn)對(duì)單相智能電能表故障模式及影響進(jìn)行了分析，并有針對(duì)性的提出了一系列改善措施，希望給行業(yè)相關(guān)人士一定的參考和借鑒。

單相；智能電能表；故障模式；影響

1 引言

智能電能表是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分，是國(guó)家電網(wǎng)公司為適應(yīng)低碳環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求而推廣的一種新型電能計(jì)量器具，其能夠?qū)鹘y(tǒng)計(jì)量功能及現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信功能進(jìn)行有效融合，也被稱為“網(wǎng)絡(luò)電能表”。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(duì)于提高智能電表可靠性評(píng)估、入網(wǎng)選型、提高用電信息系統(tǒng)的運(yùn)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(jì)量、屏幕顯示、通信、警戒四個(gè)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。隨著城鄉(xiāng)集抄改造的不斷深入，智能化電能表已經(jīng)逐步取代了機(jī)械式和電子式的電能表而成為電能計(jì)量的主體。然而，隨著智能電能表的普及應(yīng)用，其作為一種新型設(shè)備，在運(yùn)行的過程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)因結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)量、系統(tǒng)干擾以及安裝工藝等情況發(fā)生的故障，對(duì)智能電能表的可靠性造成嚴(yán)重影響，也極易造成計(jì)量糾紛和客戶投訴，尤其是單相表，因?yàn)榛鶖?shù)大，分布廣，其故障數(shù)量已占全部的90%以上。因此，對(duì)單相智能表開展運(yùn)行質(zhì)量分析，采取針對(duì)措施提高其運(yùn)行水平，已經(jīng)非常迫切。

2 智能電能表及其可靠性技術(shù)簡(jiǎn)述

我國(guó)的智能電能表發(fā)展迅速，在電力信息采集、預(yù)付電費(fèi)、防竊電等功能上具有廣闊的應(yīng)用前景，同時(shí)，為了優(yōu)化電能表的資源配置，智能電能表還可以整合計(jì)量、信息存儲(chǔ)與處理、網(wǎng)絡(luò)通信、實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)化信息的傳遞等功能，實(shí)現(xiàn)具有整合優(yōu)勢(shì)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(jì)量單元、數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理單元、通信單元等，它實(shí)質(zhì)上即是一種單片機(jī)為主核的計(jì)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理及安全認(rèn)證等功能。其工作原理是：對(duì)電壓和電流進(jìn)行實(shí)時(shí)的信息采集，然后通過集成智能化的電路對(duì)采集的電壓和電流信息進(jìn)行自動(dòng)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(jī)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(guó)與國(guó)際先進(jìn)國(guó)家相比，還存在較大的差距，在元器件選擇、軟件完備性測(cè)試等環(huán)節(jié)還欠缺可靠性保障。因而，要開展對(duì)于智能電能表的可靠性管理水平研究，針對(duì)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。

3 單相智能電能表的故障統(tǒng)計(jì)與分類

在對(duì)單相智能電能表的應(yīng)用過程中，存在不同的故障類型，對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并分類，可以分成七大主要的類型：

3.1 計(jì)量故障

計(jì)量故障現(xiàn)象主要可以表現(xiàn)為“起動(dòng)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(fèi)率表各費(fèi)率電量之和與總電量不等”“表底自動(dòng)清零”等。這種故障主要是由于電能表出現(xiàn)老化、元器件功能下降所導(dǎo)致，其故障率大約占據(jù)故障總數(shù)的2.82%。

3.2 儲(chǔ)存器故障

儲(chǔ)存器故障是基于智能電能表內(nèi)部結(jié)構(gòu)過程中的主要故障表現(xiàn)，比如電池容量不足、芯片損壞等因素都會(huì)造成儲(chǔ)存器出現(xiàn)故障，而其中，導(dǎo)致這類故障出現(xiàn)的最主要原因就是安裝工藝過程中的缺失或者操作的不規(guī)范，其故障率約占故障總數(shù)的0.93%。

3.3 通信故障

通信故障主要表現(xiàn)在智能電能表的通信故障以及載波通信故障等兩個(gè)方面的內(nèi)容，其故障率分別占故障總數(shù)的0.73%、0.36%。

3.4 顯示故障

顯示故障主要表現(xiàn)在液晶顯示器出現(xiàn)黑屏、閃屏、顯示亂碼等幾個(gè)方面，其故障率約占總故障率的76%。

3.5 外觀故障

表殼損壞是外觀故障的主要表現(xiàn)形式，其故障率約占總故障率的0.88%。

3.6 控制故障

這個(gè)故障的表現(xiàn)為載波表自動(dòng)出現(xiàn)斷電現(xiàn)象以及預(yù)付費(fèi)控制功能故障。這兩個(gè)故障的故障率分別為總故障的9.53%和5.11%。

3.7 錯(cuò)誤報(bào)警

這個(gè)故障表現(xiàn)是預(yù)付費(fèi)電能表報(bào)錯(cuò)故障，其故障率約為3.88%。在錯(cuò)誤故障之中，表現(xiàn)最為明顯的是顯示故障、通信故障和錯(cuò)誤報(bào)警、計(jì)量故障等四種類型，當(dāng)然這也與生產(chǎn)廠家的不同、智能電能表型號(hào)的不同有著密切的關(guān)聯(lián)，下面針對(duì)這四個(gè)重點(diǎn)故障進(jìn)行深入的剖析。

4 單相智能電能表的重點(diǎn)故障分析

4.1 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(dòng)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(qiáng)、紋波電壓小的優(yōu)勢(shì)，然而，這種線性電源具有效率低、范圍窄的劣勢(shì)，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(qiáng)、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(yùn)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，容易受到通信干擾，這也使其故障率增大，成為智能電表運(yùn)行中的主要故障原因。

4.2 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(gè)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(shí)候，會(huì)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(huì)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。

4.3 錯(cuò)誤警示

智能電能表具有自動(dòng)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，如表1所示。

表1

在異常故障出現(xiàn)之后，會(huì)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(cuò)誤等，產(chǎn)生故障的原因主要有兩種：①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。②智能表計(jì)量在室內(nèi)檢測(cè)時(shí)，出現(xiàn)加密錯(cuò)誤導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)無法辨識(shí)而產(chǎn)生錯(cuò)誤。

4.4 計(jì)量故障

智能電能表的計(jì)量故障主要從三個(gè)方面加以表現(xiàn)：①總電量正確，而各時(shí)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(shí)鐘故障，由于不同時(shí)段的電量值與時(shí)間有關(guān)，而智能表內(nèi)的時(shí)鐘電路是自動(dòng)系統(tǒng)單獨(dú)供電的，與時(shí)間無關(guān)，因而，如果系統(tǒng)內(nèi)的電池不合格就會(huì)導(dǎo)致時(shí)鐘電路發(fā)生紊亂，出現(xiàn)異常。②智能表計(jì)量電量突變，這個(gè)故障的主要原因是智能電能表的脈沖計(jì)數(shù)電路的二極管出現(xiàn)異常。③智能電能表停電后底碼清零重新計(jì)量。出現(xiàn)這種故障主要是由于單片機(jī)斷電保護(hù)容量不足或者是由于中斷處理設(shè)計(jì)不當(dāng)而導(dǎo)致的。

5 結(jié)語

對(duì)智能電能表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)故障統(tǒng)計(jì)及質(zhì)量分析的結(jié)果證明：?jiǎn)蜗嘀悄茈娔鼙韮?nèi)部的質(zhì)量（包括元器件質(zhì)量、硬件的裝配質(zhì)量、軟件的設(shè)計(jì)質(zhì)量）及系統(tǒng)干擾是造成故障的主要原因，但系統(tǒng)干擾涉及到用電環(huán)境的問題，很難在短時(shí)間內(nèi)采用技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)高效處理，而對(duì)于內(nèi)部質(zhì)量問題，使用部門也難以做到前期準(zhǔn)確監(jiān)控。所以，嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)網(wǎng)公司的智能表質(zhì)量管控制度，對(duì)智能表實(shí)現(xiàn)“全壽命周期”管理，有效地淘汰落后的廠家及型號(hào)，才是提升智能電能表運(yùn)行質(zhì)量和降低故障率的有效途徑。

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