淺談智能電能表計量故障原因分析及預控措施

曾昭龍

摘要：現階段隨著電網規模的擴大，電力行業得到前所未有的發展，社會的不斷的發展和進步，科學技術水平有明顯的提高，針對現階段的城市居民用電情況，為了保證居民的安全使用，智能電能表也來越多的應用到現在的居民城市生活當中。本文作者分析了智能電能表計量故障原因及預控措施。

關鍵詞：智能電能計量;故障原因;預控措施

0、引言

2018年以來，國網辰溪縣供電公司在轄區推廣智能電能表安裝全覆蓋數據全采集，覆蓋率達100%，但在使用中有一部分電能表存在故障問題。智能電能表計量故障原因主要分為電池欠壓、時鐘異常、接線頭燒毀、表計停走、外殼破損、顯示故障等類型。

1、智能電能表內部原理結構

當前電子式電能表對用戶用電采樣方式主要有兩種形式。一種是用互感器采樣，另一種為直接采樣。采用互感器采樣即利用電壓互感器和電流互感器分別來采集用戶的電壓信號和電流信號;直接采樣則是用熱穩定性高的電阻分壓網絡來取得電壓信號，而用電阻溫度系數非常小的錳銅片進 行電流直接采樣。采用互感器采樣，在起動電流、線性范圍、功耗和精度等指標皆不如直接采樣，尤其是小電流時更為突出。 例如：額定電流為20A時，直接采樣的啟動電流為20mA，互感器采樣的啟動電流為40 mA。又如：采用專用的錳銅片進行直接電流采樣的全電子電能表誤差可調整到+0.5%，而采用電流互感器采樣，由于激磁電存在，若不采取補償措施，互感器本身誤 差就可能超過5%。利用互感器采樣的的優點是抗干擾性較強，線路簡單，成本低。

2、電能計量裝置故障狀態分析

電能計量裝置主要包括電能表、互感器，以及由它們組成的二次回路。電能表是完成電能計量的核心設備，用于專門計量負荷在某一時間內所消耗的電能，近來隨著電力行業的不斷發展，電力生產與廣大人民群眾利益緊密相連，電能計量裝置異常現象越來受到關注。從事電力行業的人員必須了解并且應該熟練地掌握針對計量裝置故障的異常的處理方法。

2.1電池欠壓

智能電能表電池大多為3.6V鋰亞電池，由于其特殊的化學特性，其年自放電電流小于1%，使用壽命長，正常使用完全滿足智能電能表表計使用周期。但是實際使用中電池欠壓，表計故障，說明電池消耗過快。原因分析：一是電池出廠時有一定概率的次品，輸出電壓不足;二是在使用中電池鈍化，所處環境潮濕等原因，電極表面氧化鈍化，電阻變大，電池輸出電壓下降;三是當外部交流電停電，表計由自身電池提供電能，消耗過大，電池電壓下降至欠壓狀態。

2.2 時鐘異常

智能電能表的實時時鐘（RTC）是保證電能表正確計量的重要因素，尤其是對于多時段計費用戶。但是實際計量故障中的時鐘誤差，說明時鐘發生器存在誤差。 原因分析：一是時鐘電路RTC本身存在晶振、三極管等電子元件“零點漂移”的現象;二是電路板內部電池欠壓，無法滿足時鐘正常工作電壓導致停止工作;三是電能表在地下室亦或通信信號不好的地方，存在時鐘差無法及時與系統對時校正。

2.3 接線頭燒毀

居民智能電能表核定電流5A，最大負載電流為60 A。農村電能表接線頭燒毀，說明導線過熱產生高溫，引發接線端子的變形燒毀。原因分析：一是農村用戶負荷過大，同時段集中使用空調器、熱水器、電飯鍋;二是表計安裝接人線螺絲未完全抵觸銅線，加大了本身電阻阻值;三是農村用戶違規用銅絲替換熔絲，使進線電流超過正常范圍值。

2.4停走故障

根據長時間的對智能電能表檢修和處理工作，發現計量性能故障當中產生的停走現象占故障總數的一半以上，該故障的主要表現形式為電能表不計量，根據不計量產生的不同情況進行分別分析。

2.4.1 不計量

第一種表現形式就是在液晶顯示屏上沒有數據顯示，脈沖無輸出的情況，主要由于內部計量芯片和中央處理器沒有正常的運行，產生故障的主要原因由于電源供電電路無法正常供電。并且根據發生供電故障的不同位置，可以分為三種故障情況，第一種，電機匝間短路、變壓器在運行時被燒壞以及由變電器在繞組過程中出現的斷線情況;第二種，二極管或三極管產生的物理整流現象和穩壓器回路造成元器件損壞現象;第三種，負荷開關在運行時斷開的情況。

2.4.2 不計量，且液晶有顯示，脈沖有輸出

智能電能表主要由兩個功能系統組成：計量系統和CPU處理系統。計量部分由電阻分壓網絡完成電壓信號取樣，錳銅繼電器完成電流信號取樣，取樣后的電壓電流信號送入計量芯片，計量芯片內部通過乘法器轉換為功率信號并以脈沖信號輸出，CPU處理系統采樣脈沖信號并同步輸出電能表的校表脈沖，CPU處理系統對采樣到的脈沖信號進行累加，將最終處理的數據送存儲器保存，并通過LCD顯示器進行顯示。

3、智能電能表計量故障的預控措施

3.1采用科學的方式對電能表進行控制

根據智能電能表的計量情況來看，采用哪一種控制方式是否恰當，決定了其控制的有效性。當前，由于每個地區的形式和技術水平都存在一定的差異，因此，智能電能表的開關設置顯得尤為重要，需要注重控制方式的合理選擇，才能保證其計量可靠性。同時，開關設置具有一定合理姓，不僅能維持智能電能表的正常運行，還能減少計量故障發生的頻率和概率，從而提高計量準確性。

比如，根據智能電能表的使用需求，在家庭中可以將開關置于智能電能表的外部，不僅能夠實現遠程控制，還能保證智能電能表結構的合理性。總的來說，將智能電能表的開關設計成外置開關的優勢主要有兩點：第一，許多智能電能表不必要安裝控制回路，或者在較短的時間內不能使用，在不安裝內置繼電器的情況下，不但能夠降低智能電能表的制造成本，還能夠滿足不同客戶的個性化需求。第二，能夠將智能電能表的計量功能充分的體現出來，使其它輔助功能得到簡化，在提高智能電能表的穩定性，同時，還能有效延長其使用壽命。

3.2保證電能表各軟硬件設計的可靠度

根據相關資料的內容來看，在智能電能表的運行過程中，可能會出現內置繼電器誤動作的問題，也可能因為電壓不穩定、觸點不靈敏等引起不可靠動作。因此，為了避免此種故障出現，需要對繼電器的誤動作和不可靠動作進行預控。在實踐過程中，應該注意各元件和軟硬件設計的合理性、科學性。比如，在設計中應該包含相應的檢測機制，還應對不動作機制有所設計。與此同時，智能電能表在運輸過程中，可能因為一些不可控的因素，如碰撞、雨水天氣等，導致繼電器的觸點不靈敏，最早出現接觸不良的情況。如果是繼電器接觸不良，就會影響智能電能表的計量功能，導致計量的精準度下降。所以，針對這種情況，相關設計人員在智能電能表的檢測和安裝上，應設計上用電不動作機制，就能有效的解決這一問題。

3.3優化電能表計量芯片

計量芯片的關鍵是要參數匹配，針對芯片引起的計量故障，應采取現代化的技術對計量芯片進行優化，以保證其參數的匹配強度。只有計量芯片的參數與智能電能表相匹配了，才能保證電能表的安全。而計量芯片中最重要的就壓敏電阻的配備，可以從以下方面著手：第一，應保證壓敏電阻的峰值電流在8000A以上，還要保證其安全性。此外，還應盡可能的控制壓敏電阻的控制成本，使之保持在合理的范圍內;第二，壓敏電阻的引線設計要合理，壓敏電阻的引線應該與信號線保持一定的距離，并且其應該與信號線保持垂直關系，不能與之平行，只有保持垂直關系才能預防浪涌電流帶來的襲擊。第三，線路板的布線要科學，在對線路板進行布線時，首先是要將計量芯片的功能放在第一位，要充分考慮其在面對電磁輻射時，是否有承受其輻射的能力;其次是要考慮模擬信號的功能，模擬信號的功能是非常關鍵的，只有模擬信號的功能正常，才能保障計量芯片的功能。在智能電能表中，計量芯片承擔的任務是最重的，不僅要將收集到的數據進行轉換，還要將這些信息進行處理。因此，線路板必須要科學的布線，要對敏感區域做隔離處理，這樣才能既保持計量芯片的功能，又能保證其安全性。

3.4參數調整

電能表計量工作的完成，受到許多咎數的控制。這些參數的差異，也會對最終的計量結果產生影響。在實際的計量工作中，我們可以在負荷點以下將電能表可能出現的誤差降低到最小。這其中最為重要的就是由于互感器合成過程中形成的誤差以及次回路減壓形成的誤差，這誤差與二次回路的運行參數有關，通過這個參數的調整，能夠降低電能表的計量誤差。電能表計量一般是通過高精度的B/C模式進行數字轉化，按照這種高精度的計算方式所產生的誤差可以不用考慮，但是如果采用6位的B/C模式進行數字轉化計算，所產生的誤差就會加大，影響最終的計量結果。

4、結束語

近年來，我國電力系統得到不斷完善，電能表的種類也更加多樣化，精準度也更高，這對于我國電力企業的持續發展及為電力用戶提供優質的服務奠定了良好的基礎。當前電力工作者需要加大研究和開發的力度，努力提高電能表計量的精準度，控制誤差的產生，確保電力檢測人員檢測效率的提升，從面加快推動電力企業的健康發展。

參考文獻：

[1] 鄒玲，辛雄.智能電能表校表和誤差分析[J].湖北工業大學學報，2016，（05）：53-56.

[2] 王學偉，溫麗麗，袁瑞銘，周麗霞.智能電能表動態誤差確定型測試激勵信號的討論[J].電測與儀表.2014，（04）： 1-7.