解析電能計量表計及終端運行的可靠性

郝韓鵬 儀孝光 李濤

摘要：目前，用電信息采集與監測的主要設備是電能計量表計和終端，它的主要功能有電能計量、瞬時值測量、需量計量與統計、電能質量監測、事件記錄與主動上報、遠程通信、本地通信、下行通信和負荷控制等，廣泛應用于供電企業與電力用戶之間的電能計量、電量結算以及用電管理。現階段國內的電能計量表計及終端種類繁多，數量龐大，運行環境又比較復雜，而且都是持續運行。隨著電子技術、信息技術和用電管理水平的不斷提高，生產廠家不斷研究和推出性價比更高、功能更強大的電能表計和終端。

關鍵詞：電能計量表計；終端運行；可靠性

1 我國對電能計量表計和終端的研究現狀

電能計量表計及終端運行的可靠性已經處于正在研究與優化中，電能計量表計和終端產品的應用也逐漸深入到各領域中。但是由于我國電能計量表計及終端運行的可靠性與其他相對發達的國家相比較還顯得有些低弱，因此需要盡快提高我國電能計量表計及終端運行的可靠性，為供電單位和用戶之間搭建良好的電能信息傳遞平臺。目前，各生產廠家正在共同為產品使用壽命的延長以及質量保證問題進行研究與解決，主要研究對象是對電能計量表計及終端產品中電路設計、軟件可靠性、元件器以及其他組成結構的預計，最終給出相應的理論依據。

2 電能計量表計和終端的典型故障分析

2.1 電能計量表計和終端的電源故障

現場電能計量表計和終端在計量設備故障統計中最為常見的一種故障現象是燒表、電源及主板損壞。出現這樣情況的原因通常情況下是由雷擊引起的，變壓器在接地不良以及沒有接地的情況下，這個時候零線的電壓非常高，高壓就會在一些比較薄弱的點釋放出來，這也就會造成線和線之間產生高壓，由于終端電源線以及線之間是沒有壓敏電阻來進行保護，高壓在這個時候就會將其終端給破壞。所以，我們在安裝以及調試的終端過程中，一定要將防雷的措施做好，在變壓的過程中要可靠接地，還要安裝上防雷器，并且要在終端電源線以及線之間加上壓電阻。

2.2 失效原因分析

凡是電壓高、能量大、過壓燒表等問題出現，基本都是雷擊造成的。不管損壞哪個電路都會出現能量泄放回路，其中部件都會有損傷。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。

3 電能計量表計和終端的可靠性設計研究

3.1 采集設備

目前市面上電能表數據采集裝置的種類、規格很多，因為現場安裝環境、安裝方式的不同，加之存在各種類型的電磁干擾，在數據采集階段，經常出現電能表數據采集裝置無法正確采集電能表信息或者采集到的信息不正確、不完整；在數據上傳階段，按預定的通訊方式常常無法將采集到的數據上傳給管理中心等情況，給用戶造成相當大的困擾。分中心管轄范圍內農村以及城鄉結合部較多，恰恰這些地方現場環境復雜，極大的影響了電能表的運行穩定性，因此經過小組討論，抽取了某供電所進行實地測試設備，進一步推廣至整個分中心。本項目采集設備現場運行工況仿真系統的研究和推廣，可以實現對電能計量裝置現場工況、故障情況及極限工作條件下的模擬仿真等功能，并建立數據分析模型對數據信息進行記錄和分析；對于已經安裝到現場但是沒有立戶、采集失敗等電能表，可以使用采集設備現場運行工況仿真系統的中繼抄表功能抄到現場電能表的數據，從而有效提高了電能表的采集成功率。為了降低電能表現場運行中出現的各種故障情況從而有效提高電能表采集成功率。

3.2 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20ms的時間延遲，就在這20ms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，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。

3.3 電能計量表計和終端的數據冗余設計

受到干擾時，電能計量表計和終端的微處理器很容易出現跑飛等狀況，以至于整個系統中的操作都陷入混亂當中。如果失控程序執行到EEPROM寫入操作代碼區時，有可能會錯誤改寫其中的電能數據。因此，我們在對電能存儲的EEPROM資源進行規劃時應保留至少3倍的冗余數據空間，在4個不同的EEPROM區域內將電能數據寫入。為了保證數據的安全性和正確性，減少錯誤操作的發生概率，應分布冗余數據的存儲空間，當需要使用這些數據的時候，首先對各組數據進行對比檢測，再選取正確的數據進行使用，同時修正錯誤的數據。

總之，隨著用電信息采集系統在我國的大力推廣和建設，運行于現場的電能計量表計和終端產品的可靠性質量問題也越來越被重視。本文介紹了電能計量表計和終端可靠性研究在我國的應用現狀及趨勢，可靠性預計方法，分析電能計量表計和終端產品的典型故障，總結出影響產品可靠性的關鍵因素，并提出了保證產品可靠性的方法，為供電企業電能計量表計和終端產品可靠性研究提供了參考依據。

參考文獻：

[1]吳飛.我國對電能計量表計和終端的研究現狀[J].中國科技財富，2012，（14）：25.

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