單相智能表大電流計量異常原因分析

趙 燕，黃 穎，趙震宇，祝 婧，黃 煒，夏 鵬

0 引言

智能電能表是具有電能量計量、數據處理、實時監測、自動控制、信息交互等功能的電能表[1-6]。智能電表在江西從2010年投入運行以來，其預付費、集抄等功能給用戶及供電公司帶來了極大的便利。而隨著智能表在江西的運行數量的增加，出現的問題也逐漸增多。近來，江西省某供電公司發現某廠家5（40）A的單相智能表在工作電流大于68 A時，電表屏顯電流隨測試電流增大而減小。電量少計問題一直困擾著供電部門，為此，針對該單相表在超負荷工況下的計量性能進行了研究。

1 正常工況下計量性能分析

現場出現計量異常的電表為2級DDZY102型單相智能電能表，規格為:電壓220 V，電流5（40）A，為了找到智能表的在超負荷工況下計量異常的原因，首先確認該電表在正常工況下的計量性能，根據國家電網公司企標單相智能電能表技術規范[7]的相關規定，2級單相智能表的檢定誤差限按1級單相智能表誤差限的60%執行，即異常表的檢定誤差應在表1的誤差限范圍內。超負荷工況下的異常智能表在檢定規程[8]要求的負載電流下的檢定誤差數據如表2所示（Ib=5 A，Imax=40 A），由檢定數據可知，所謂的“異常”智能表在正常的工況下計量準確，不存在異常。

表1 2級單相表的誤差限

表2 異常表的檢定誤差

2 計量異常原因分析

為了分析智能電表在超負荷工況下的計量異常的原因，我們需要模擬現場工況，復現計量異常現象。因電表的最大工作電流為40 A，所以我們在電壓220 V，電流大于40 A的環境下進行仿真實驗，實驗結果如表3所示。

表3 仿真實驗結果

由表3可見，當仿真輸入電流在40～47A之間時，智能表能夠正常工作，計量無異常；當仿真輸入電流在48～68 A時，智能表能夠正常工作2 min，隨后跳閘；當輸入仿真電流在69～79 A之間時，智能表計量的電流小于實際輸入的仿真電流，出現少計電量的異常；當仿真輸入電流大于80 A時，計量的電流值小于輸入電流值的50%以上，如圖1所示，少計電量情況十分嚴重，且電表不會跳閘，如不及時發現，電表將長時間的異常運行，給供電公司帶來較嚴重的經濟損失。

圖1 電表計量電流隨仿真電流變化曲線

2.1.1 跳閘原因分析

由上述分析可知，在線路電流為48～68 A時的現場工況下，智能表在運行2 min以后會自動跳閘，給居民的生活帶來不便。

按照智能表的設計要求，其有過流保護功能，當輸入電流大于1.2Imax（48 A）運行2 min后，智能表啟動過流保護功能自動跳閘，以保護內部電路，延長其使用壽命。

2.1.2 智能表計量電流小于實際電流原因分析

由上述分析可知，將線路電流大于69 A及以上時，智能表會出現計量異常。當線路電流大于80 A后，智能表計量到的電流值甚至低于1.2Imax，智能表過流保護不會動作，電表持續運行，不斷少計電量。

該智能表的計量芯片為美國TI公司的CSG550。CSG550是一種高精度的單相電能專用計量芯片，它的模擬輸入端支持差分信號輸入，電流輸入端可以連接電流互感器或者分流器實現電流的測量，而電壓輸入端可以連接電阻分壓之后的信號或者電壓互感器實現電壓的測量，兩個電流通道可以同時測量火線和零線電流，實現防竊電的檢測。CSG550片內集成了3路16位的ADC，帶有可編程增益放大器，ADC前端的典型接線如圖2所示。

圖2 CSG550片內ADC前端的典型電路

芯片前端電流通道模擬輸入信號電平和等效電路如圖3、4所示。

圖3 模擬輸入信號電平曲線

當模擬輸入值小于600 mV時電表的計量芯片正常工作[9]，模擬輸入信號超過允許范圍時，信號經過芯片內部ADC轉換后的輸出的數字信號不能得到有效保證，計量會出現異常。

芯片正常計量所允許的最大輸入電流的計算公式如下：

式中，400μΩ—電流采樣電阻阻值

16—芯片內部電流通道PGA放大倍數

600 mV—電流采樣端最大輸入信號值

由公式（1）計算得出理論最大允許輸入電為66.3 A由于采樣電阻阻值存在±5%的誤差，故該型號智能表的最大允許輸入電流值在62.9～69.6 A范圍內。

因此，當仿真輸入電流為68 A時，輸入智能表ADC的模擬信號為615.4 mV，超過了最大允許范圍600 mV，所以電表芯片內部ADC轉換異常，智能表出現了計量電流小于實際輸入電流值的現象。

3 結語

本文通過仿真試驗和理論分析，得出結論：當實際工況大于智能表的額定工況時，在一定范圍內，智能表會啟動過流保護功能自動跳閘；當線路電流遠大于電表的最大工作電流值時，輸入電表計量芯片模擬前端的輸入信號超出芯片的最大允許范圍致使芯片輸出異常，電表計量的電流小于實際電流，出現計量異常，少計電量。

通過本文的研究可知如果用戶使用與其實際用電負荷不符的智能表，當實際用電負荷高于智能表正常工作范圍時，會使電表計量的電量與用戶實際用電量有很大偏差，嚴重影響用戶或者供電公司的利益，甚至引起計量糾紛。如果長期使用還會嚴重影響負荷開關和智能表的使用壽命，造成不必要的損失。所以供電公司新裝電表時應選擇與用戶實際負荷匹配的規格，并需加強對用戶負荷的監控，保證用戶使用需求并防止電量漏計。

本研究有利于保護用戶和供電公司的利益減少計量糾紛，有利于延長智能表的使用壽命、減少不必要的輪換、現場檢查和維護等工作有著重要的社會意義和經濟效益。

[1]朱中文，周韶園.智能電能表的概念、標準化和檢測方法初探[J].電測與儀表，2011，48（6）∶48-53.

[2]袁金燦，馬進，王思彤，周麗霞，周暉.智能電能表可靠預計性技術[J].電力自動化設備，2013，33（7）∶161-166.

[3]劉崇偉，李韻.智能電能表防竊電技術研究[J].電氣應用，2014，（1）∶82-85.

[4]王文靜.智能電能表的現場運行管理策略研究[J].電測與儀表，2014，52（11）∶23-27.

[5]蔡周峰.智能電能表的研究與設計[D].南京:南京理工大學，2013.

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

[7]Q/GDW 1364-2013單相智能電能表技術規范[S].

[8]JJG596-2012電子式交流電能表[S].

[9]CSG550數據手冊[M].版本號V0.99，2012.