智能電能表電量異常的原因分析及檢測方法研究

鄧高峰，胡 濤，黃 煒，趙震宇

（國網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院，江西 南昌 330096）

0 引言

智能電能表的推廣和應(yīng)用不僅帶來電能計量器具技術(shù)的發(fā)展，而且有效防范了電費拖欠，提高了計量管理工作效率。智能電能表的現(xiàn)場運行環(huán)境也較為復(fù)雜，隨著其功能及數(shù)量的增加，故障也隨之而來。對于電力公司而言，掛網(wǎng)電能表的可靠運行對運營費用與服務(wù)質(zhì)量具有非常重要的意義。

準(zhǔn)確計量是智能電能表的基本要求，而在應(yīng)用過程中，電能計量故障類型繁多，電能量異常包括電量停走、倒走、飛走、走快現(xiàn)象，在電能表上表現(xiàn)為電壓異常、電流異常、功率異常或脈沖異常等。因此有必要對電量異常產(chǎn)生原因進(jìn)行總結(jié)分析，以快速查賬故障原因，提高故障鑒定效率。

1 現(xiàn)場典型故障描述

江西省內(nèi)供電現(xiàn)場某臺區(qū)發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)場運行過程中有幾只M公司的DDZY719-Z型單相費控智能電能表電量計量異常，排查現(xiàn)場情況后，送樣兩只故障樣表（故障表號1:150001955047、表號2:150001954927）到國網(wǎng)江西省電力有限公司計量中心開展試驗分析。故障表在檢定臺上測試（如圖1所示），當(dāng)在220 V/5 A和220 V/60 A進(jìn)行負(fù)載測試時，電能表電壓、電流、功率正常，但脈沖指示燈不閃爍、電量不累加，誤差測試合格。

圖1 故障表在檢定臺上進(jìn)行負(fù)載測試圖

2 故障原因分析及結(jié)論

2.1 電能表脈沖部分設(shè)計原理

計量電路與MCU連接回路如圖2所示，脈沖計量原理：PF脈沖輸出到CF_Pulse，CPU累計一個有效脈沖后，將CS_CF端口（無脈沖時為高電平）輸出低電平，脈沖指示燈點亮，完成一次閃爍過程[1]。

圖2 計量電路與MCU連接回路

2.2 故障點測試分析

2.2.1 計量電路分析

故障電表的計量部分原理圖如圖3所示，其計量方案為：計量芯片采用銳能微科RN8209C，基準(zhǔn)電壓值為2.5 V、通信通道采用SPI方式、MCU與計量芯片使用光耦隔離。

圖3 計量部分原理圖

對電表施加220 V電壓，測量基準(zhǔn)電壓引腳對地電壓為2.49 V。判斷基準(zhǔn)電壓回路正常。

在加負(fù)載時脈沖指示燈不點亮和電量不累加，排查計量芯片是否存在故障，測試電能表計量誤差，通過臺體測試故障電能表誤差合格。

結(jié)論：計量芯片脈沖輸出電路正常。

2.2.2 計量電路與MCU連接回路分析

使用萬用表測量圖2計量電路與MCU連接回路中的電阻（阻值檔）R931、R933、R936、R937阻值，阻值分別為 R931＝1 kΩ、R933=10 kΩ、R936=2 kΩ、R937=10 kΩ，測試結(jié)果與設(shè)計方案一致。

結(jié)論：回路中電阻R931、R933、R936、R937正常。

使用示波器分別測試圖2中測試點TEST2、TEST1和CS_CF端口波形如下，判斷光耦（OP904）、電容是否正常；

圖4 無負(fù)載電流時TEST2點波形

圖5 有負(fù)載電流時TEST2點波形

圖6 無負(fù)載電流時TEST1點波形

圖7 有負(fù)載電流時TEST1點波形

從上圖中無負(fù)載電流時TEST2、TEST1點波形可看出，正常工作時TEST2為低電平時TEST1應(yīng)為低電平，實際測試TEST1為高電平。排除回路中隔離光耦OP904故障后定位故障點位電容（C910），將電容取下后測試TEST1和CS_CF端口波形如下：

圖8 無計量脈沖時TEST1點波形

圖9 有正常計量脈沖時TEST1點波形（脈寬84 ms）

圖10 CS_CF端無計量脈沖時波形（常態(tài)高電平）

圖11 CS_CF端有正常計量脈沖時波形（脈寬84 ms）

2.3 結(jié)論

電容C910在脈沖燈口主要起濾波作用，避免脈沖端口在收到外部干擾信號發(fā)生誤動作；電容C910擊穿損壞（阻抗?fàn)顟B(tài)）使得TEST1與CS_CF端口的狀態(tài)一致，而CS-CF CPU控制脈沖燈端口（常態(tài)為高電平）。所以電容C910擊穿損壞造成TEST1點為高電平，脈沖指示燈無法正常閃爍，CF_Pulse端口無法識別有效脈寬，導(dǎo)致電量無法正常計量。拆除電容后進(jìn)行負(fù)載測試，脈沖指示燈閃爍正常，電量累加正常。

3 電能表電量異常故障的檢測方法

電能量異常包括電量停走、倒走、飛走、走快現(xiàn)象，在電能表上表現(xiàn)為電壓異常、電流異常、功率異常或脈沖異常[2-3]。如果判斷沒有這些異常發(fā)生，可用排除法判斷計量MCU累計錯誤、EEPROM存儲錯誤或者軟件設(shè)計缺陷導(dǎo)致。

同一類型故障在不同的電能表設(shè)計下，有不同的故障點。因此在檢測前需要確定電能表設(shè)計方式和設(shè)計值。（如表1所示）

表1 需要確定電能表設(shè)計方式和設(shè)計值

要在最短時間內(nèi)找到電量異常故障點，總結(jié)故障鑒定經(jīng)驗，按照不同的故障現(xiàn)象，制定《故障類別最佳鑒定路徑》，按照表2內(nèi)的優(yōu)先順序查找故障點。

表2 故障類別最佳鑒定路徑

4 結(jié)語

本文針對現(xiàn)場一起電能表計量異常故障進(jìn)行了測試分析，總結(jié)分析現(xiàn)有的電量異常故障類型，找到了一種快速查找電量異常故障的方法。計量故障的查找、鑒定工作要深入到器件生產(chǎn)、電表裝配、配送、現(xiàn)場運行等環(huán)節(jié)，找到根源才能對癥下藥。常規(guī)檢測項目不能檢測出不同廠家不同批次電能表承受環(huán)境的極限能力，不能檢測出電能表的薄弱環(huán)節(jié)；而且針對電能表故障鑒定沒有統(tǒng)一合理的鑒定方法，不同的故障需要不斷探索、總結(jié)經(jīng)驗。因此探索電能表新的檢測方法和故障表鑒定方法越來越重要。