智能電能表電量異常原因與檢測方法探究

鞏晶晶，李鑫

（山西省計量科學研究院，山西 太原 030032）

相對于傳統電表，智能電表的部件組成更加精密，因此實際運行產生的故障類型也比較復雜，尤其是對于智能電能表的電量計量故障而言，主要通過脈沖、功率、電流等參數表現。為準確地查找出電量異常原因，有必要對智能電能表電量異常原因與檢測方法進行討論分析，這對于推動我國智能電能表的應用發展具有重要意義。

1 智能電能表電量異常原因

智能電能表出現電量異常問題一般由多種原因導致，主要分為以下三種。

1．1 由電壓異常所引起

這種異常具體可表現為以下幾方面：一是電壓引線出現故障異常問題，有可能是因為引線存在虛焊問題，連接不佳，或引線直接斷開，導致電量出現異常。二是采樣電壓出現異常問題，可能是因為分壓電阻出現故障損壞，無法正常工作。也有可能是濾波電容出現了擊穿，采樣回路直接接地，導致最終電量出現異常。三是基準電壓出現異常問題，主要是由于濾波電容擊穿所引起。四是智能電能表信號通道出現異常問題，可能是因為引腳存在虛焊問題，或在引腳端，存在有異物最終引發短路問題。五是由計量芯片或 MCU 出現故障問題。上述芯片出現故障，將會導致電能表起功率顯示出現異常問題，最終導致電量計算錯誤。其中對于基準電壓異常而言，還有可能致使電流顯示出現異常問題。

1．2 因電流異常所致

這種異常主要表現為以下幾方面：一是電流引線出現故障異常問題，可能是因為錳銅分流片兩端引線存在虛焊問題。或者引線斷開，無法正常發揮功能。二是采樣電流出現異常問題，可能是因為分壓電阻存在虛焊問題，或者電阻直接損壞，導致電能表電量計量出錯。三是限流電阻存在虛焊問題，導致連接不佳，或者直接斷裂，斷開了連接。其中對于電流采樣回路而言，若電阻出現斷裂問題，會對濾波電容放電過程造成間接的影響，比如，會對電流采樣信號造成一定的干擾，最終引發電流間歇性異常。

1．3 脈沖異常所致

這種異常重點在于異常現象的判斷，在判斷時，需要著重考慮以下兩點：一是誤差是否在正常范圍內；二是異常屬于何種類型，是光電脈沖異常還是電子脈沖異常。

2 智能電能表電量異常檢測方法

2．1 電量異常故障分析

在對某供電所臺區智能電能表檢查時，發現型號為DDZY719-Z型單相費控智能電能表存在電量計量異常狀況，經過全面的排查分析后，最終獲得兩只故障樣表，并送往專業機構進行試驗故障原因分析。在故障試驗分析過程中發現，當負載測試選擇為220V/5A和220V/60A時，雖然智能電表的電壓、電流、功率均顯示正常，但脈沖指示燈卻沒有出現閃爍現象，電量也固定不變，沒有進行累加，誤差測試合格。

2．2 電量異常檢測原因分析

在進行電量異常分析過程中，首先分析的是智能電能表的計量電路。該電量計量方案內容具體如下：電量計量芯片采用銳能微科RN8209C，其中基準電壓值為2.5V，電量計量通信通道采用了SPI方式，其中計量芯片在應用上，與MCU 進行光耦隔離。

在具體測試過程中，先對電表施加220V電壓，然后對基準電壓引腳進行測量，最終得出該引腳的對地電壓為2.49V。由此可說明，基準電壓回路沒有出現故障問題。然后，對計量芯片進行了故障排查，并對智能電能表計量誤差進行了測試，臺體測試故障電能表誤差表現合格，由此可得出結論，本次電能計量異常故障原因不是由計量芯片脈沖輸出電路所引起。

然 后， 對MCU與計量電路的連接回路進行了分析。通過利用萬能表（是一種多用途電子測量儀器，一般包含安培計、電壓表、歐姆計等功能），來對電路與MCU連接回路中的電阻進行了阻值測量，從最終測量結果來看，其與設計方案相比沒有出現異常，從而可得出結論：MCU與計量電路的連接回路正常。然后借助示波器，來對分測試點 TEST2、TEST1和 CS_CF端口進行測試，根據測試結果顯示的波形，對光耦（OP904）、電容是否存在異常問題進行判斷。從最終波形顯示結果中我們能夠了解到，在智能電能表正常工作時，TEST2表現為低電平時，TEST1正常情況下也會表現為低電平，但從對TEST1測試結果來看，其表現出了異常的高電平。然后將回路中隔離光耦故障排除后，最終將后故障點定位在電容（C910）上，隨后將電容取下，并對TEST1和CS_CF端口進行了測試，發現波形回歸正常。

從中我們可得出如下結論：在脈沖燈口中，電容C910主要的功能便是過濾波形，從而有效防止脈沖端口受到外部干擾信號影響，而出現誤動作；當電容C910被擊穿損壞后，由于TEST1與CS_CF端口狀態一致，再加上正常狀態下的CS-CF CPU控制脈沖燈端口表現為高電平），在電容C910無法正常工作后，導致TEST1點受CS-CF CPU控制脈沖影響，也表現為高電平，指示燈難以正常閃爍，在CF_Pulse端口處。無法對脈寬進行有效的識別，最終造成智能電能表無法發揮出正常的電力計量功能。

2．3 智能電能表異常故障檢測方法

實際上，智能電能表在電量異常表現有很多方面，比如會出現電量反向計量，電量增量異常升高，智能電表停止電量計量等。若上述異常現象沒有發生，但依然無法實現智能電能表的正常計量。則有可能與智能電表相關軟件設計存在缺陷有關。總體而言，智能電能表異常原因及表現均比較復雜，并且在同一個故障點，還有可能是不同故障原因所引起，因此，需要以不同故障現象組合為依據，總結出針對性故障檢測方法。但由于不同智能電能表在設計上存在一定的差異性，導致相同的故障問題，發生在不同的位置。因此在實際進行故障檢測分析時，首先，要對智能電能表電表軟硬件設計方式加以明確。一是針對基準電壓值，需要查計量芯片的說明書，或者由廠家直接提供；二是針對采樣輸入范圍，需要查閱計量芯片的說明書。三是針對電壓的采樣，需要確定采樣方式是借助分壓電阻還是電壓互感器進行采樣；四是針對電流采樣，需要明確采用的是錳銅分流方式還是電流互感器；五是針對通信通道類型，需要確定是何種比較常見的UART、SCI等。六是針對脈沖輸出來源，需要確定是來源于計量芯片還是來源于MCU。針對電能計算來源，需要確定是來源MCU的脈沖數計算還是MCU+計量芯片傳輸電能值。

表1 智能電能表電量異常故障檢測最優路徑

在完成設計方式及故障組合確定后，需要結合不同故障現象，實現可疑故障點的優先檢測。具體如表1所示。在表一中，1表示異常，0表示正常。

3 結語

綜上所述，在實際進行智能電能表電量異常檢測時，需要對相應故障現象進行全面的分析，了解具體的電量異常原因，并以此為依據，選擇針對性的電量異常檢測方法，及時找出問題根源所在，更有助于實現問題解決，提升智能電能表的故障檢修效率。