三相電能表檢定裝置異常狀態(tài)分析及解決方案

楊圖強(qiáng)

(三明市計(jì)量所，福建三明 365000)

1 引 言

從電能表列入國(guó)家強(qiáng)制檢定計(jì)量器具目錄之日起，電能表檢定裝置就承擔(dān)起準(zhǔn)確計(jì)量的重要任務(wù)，其穩(wěn)定運(yùn)行是電能表準(zhǔn)確可靠工作的保障[1]。隨著檢定規(guī)程的變更、受檢電能表功能種類的增多，檢定裝置不斷地升級(jí)換代，但再完美的設(shè)計(jì)、再先進(jìn)的設(shè)備都無法保證零故障運(yùn)行。以YC-1893D型三相電能表檢定裝置為例，闡述過載、開路、短路、電流輸出異常狀態(tài)的產(chǎn)生及其原因，并提出有效對(duì)策。

2 三相電能表檢定裝置原理

三相電能表檢定裝置由一體化的數(shù)字合成正弦信號(hào)源、高穩(wěn)定度的智能功率放大器、電流、電壓輸出變換電路、功放電源和工作電源電路、過載自動(dòng)保護(hù)電路和標(biāo)準(zhǔn)電能表、分布式誤差計(jì)算器、時(shí)基頻率儀等標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量?jī)x器組成。

數(shù)字合成正弦信號(hào)源產(chǎn)生的電壓和電流是標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)，分別通過各自的反饋補(bǔ)償調(diào)整電路送到電壓功放和電流功放進(jìn)行功率放大。放大的正弦電壓信號(hào)經(jīng)電壓輸出變壓器升壓后送到被校表和標(biāo)準(zhǔn)電能表。放大的正弦電流信號(hào)通過升流變壓器升流后由裝置的電流輸出端子輸出，串接標(biāo)準(zhǔn)表和各被校表電流線圈后回到升流器。輸出電壓、電流信號(hào)經(jīng)電流、電壓反饋采樣互感器采樣，反饋回功放前級(jí)的反饋補(bǔ)償調(diào)整電路。分布式誤差計(jì)及誤差顯示將最終的誤差值計(jì)算并顯示。裝置的監(jiān)視表(或標(biāo)準(zhǔn)表)提供輸出的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。檢定裝置系統(tǒng)框圖如圖1所示。

3 常見異常狀態(tài)分析及解決方案

3.1 開機(jī)報(bào)警

3.1.1軟件未響應(yīng)

故障現(xiàn)象：檢定裝置與操控電腦通過RS232接口連接并啟動(dòng)后，應(yīng)用軟件無法響應(yīng)，未能按照預(yù)先設(shè)置的檢定方案開展檢定工作[2]。

故障分析：檢定裝置存在上次檢定的殘余項(xiàng)目程序、檢定過程中異常退出、通信協(xié)議不正確以及軟件兼容性等問題均可引起檢定裝置應(yīng)用軟件無法響應(yīng)[3]。

解決方案：更改通信協(xié)議，核查并確保軟件中波特率的設(shè)定值與檢定裝置一致[4]。重新啟動(dòng)檢定裝置，并按“復(fù)位”鍵對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。若故障仍未排除，則可判定為軟件兼容性問題，選擇“Windows98/Windows ME兼容模式”進(jìn)行修正。

3.1.2電流保護(hù)

故障現(xiàn)象：檢定裝置啟動(dòng)后，出現(xiàn)裝置報(bào)警，電流I保護(hù)，無法進(jìn)行后續(xù)操作。

故障分析：電壓功放和電流功放輸出產(chǎn)生的自激[5]形成擾動(dòng)電流，使檢定裝置誤判為異常加載電流，系統(tǒng)自動(dòng)形成電流保護(hù)，以防后續(xù)的不當(dāng)操作。

解決方案：關(guān)閉檢定裝置電源，對(duì)電路板進(jìn)行放電。啟動(dòng)檢定裝置，再次對(duì)檢定裝置進(jìn)行復(fù)位。

3.2 過載報(bào)警

故障現(xiàn)象：檢定裝置出現(xiàn)過載峰鳴報(bào)警，標(biāo)準(zhǔn)電能表上僅顯示電壓值，無電流值。

故障分析：最大電流Imax、基本電流Ib設(shè)置錯(cuò)誤或應(yīng)用軟件未能正確識(shí)別最大電流Imax、基本電流Ib。關(guān)注最大電流Imax和基本電流Ib的錄入格式，部分軟件廠家對(duì)電流的錄入格式有嚴(yán)格規(guī)定，Imax(Ib)的括號(hào)必須為半角。若將(Ib)設(shè)為全角字符，應(yīng)用軟件無法正確識(shí)別最大電流Imax和基本電流Ib，出現(xiàn)過載。

解決方案：核查檢定方案的最大電流Imax和基本電流Ib是否與被檢電能表規(guī)格一致，并確保錄入格式符合要求。

3.3 開路報(bào)警

3.3.1接線端子開裂斷裂

故障現(xiàn)象：檢定裝置任何一檢定點(diǎn)均出現(xiàn)開路峰鳴報(bào)警。

故障分析：接線端子開裂造成某一相線電流開路。

解決方案：更換標(biāo)準(zhǔn)電能表后方的開裂接線端子，確保充分有效地緊密接觸。

3.3.2小電流時(shí)開路報(bào)警

故障現(xiàn)象：檢定裝置大電流負(fù)載狀態(tài)下可正常加載進(jìn)行檢定，1.5A及以下小電流加載時(shí)出現(xiàn)電流開路報(bào)警。

故障分析：檢定裝置小電流時(shí)受到外界的擾動(dòng)，引起小電流的不穩(wěn)定加載。為避免此干擾，廠家通常在電路中安裝消震用電阻。消震用的電阻燒壞，造成小電流開路。

解決方案：更換相同規(guī)格的消震用電阻。更換電阻時(shí)還應(yīng)注意兩個(gè)方面。1)該電阻燒壞常伴有高溫，極易烤壞線路板，除更換電阻外應(yīng)仔細(xì)檢查線路板是否完好；2)關(guān)注更換后電阻的散熱問題，若新安裝的電阻在原線路板上無較大散熱空間，最佳方式是將其外接，確保足夠的散熱空間，可有效避免因散熱不佳造成的電阻頻繁燒壞。

3.3.3被檢電能表內(nèi)部開路故障

故障現(xiàn)象：檢定裝置電流加載過程中，A、B、C三相電流中的一相或幾相電流突變?yōu)?，無法實(shí)現(xiàn)持續(xù)加載，并產(chǎn)生峰鳴報(bào)警。

故障分析：通過電流短接片短接檢定裝置對(duì)應(yīng)相線的方式，核查被檢電能表內(nèi)部是否存在開路。方法是針對(duì)A、B、C三相中無電流的其中一相或幾相，用電流短接片短接檢定裝置的對(duì)應(yīng)相線。加載電流，查看標(biāo)準(zhǔn)電能表是否有電流通過，若標(biāo)準(zhǔn)電能表有電流通過，被檢電能表內(nèi)部存在開路故障。應(yīng)注意使用專用電流短接片進(jìn)行短接檢定裝置實(shí)驗(yàn)。專用電流短接片最高可承受100A的電流，可最大程度保證大電流加載時(shí)的安全性。若無專用電流短接片，可采用25A或5A的電流線，但應(yīng)確?；倦娏鱅b不超過電流線的最大負(fù)荷值，避免電流線過熱或燒壞而造成短路，進(jìn)而燒壞檢定裝置和標(biāo)準(zhǔn)電能表。

解決方案：在客戶許可的前提下，打開鉛封拆表進(jìn)行檢測(cè)排除故障。重點(diǎn)檢查A相、B相、C相線路中的U形回路是否存在斷裂開路，三元件是否存在開路、老化、皸裂、松動(dòng)，變壓器繞組是否斷線，電容是否被擊穿，以及接線端子與接線柱是否開路等[6]。

3.3.4表棒故障

故障現(xiàn)象：A、B、C三相電流中的一相或幾相電流開路，停止運(yùn)行后表棒無法正常彈起。

故障分析：未夾緊表棒使被檢電能表與表棒無法充分有效接觸，大電流加載時(shí)，表棒過熱，使滑塊高溫熔化，將表棒卡住。

解決方案：更換因高溫熔化的滑塊，確保電能表與表棒的充分有效接觸。

3.4 短路報(bào)警

3.4.1輔助電源接頭氧化

故障現(xiàn)象：A、B、C三相中的某一相或兩相短路。

故障分析：檢定裝置輔助電源的接頭在高濕度的環(huán)境中產(chǎn)生氧化，造成絕緣性能下降，形成短路。

解決方案：采用細(xì)砂紙打磨氧化部分，使接觸部分絕緣性能良好[7]。

3.4.2保險(xiǎn)開關(guān)燒壞

故障現(xiàn)象：A、B、C三相均短路。

故障分析：短接保險(xiǎn)開關(guān)，從主板中引出兩條線，將白熾燈串聯(lián)在主板線路中。啟動(dòng)檢定裝置，手動(dòng)加載電流。若燈泡正常發(fā)光，則證明存在短路，且短路現(xiàn)象因保險(xiǎn)開關(guān)燒壞而起。若微亮或不亮，則檢定裝置中保險(xiǎn)開關(guān)未損壞。

解決方案：對(duì)保險(xiǎn)開關(guān)進(jìn)行查驗(yàn)并用萬(wàn)用表檢測(cè)，若存在明顯燒壞痕跡或阻值為0，則更換保險(xiǎn)開關(guān)。

3.4.3風(fēng)扇燒壞

故障現(xiàn)象：檢定裝置線圈過熱，A、B、C三相均短路。

故障分析：檢定裝置內(nèi)設(shè)有散熱風(fēng)扇，通常其僅在檢定裝置內(nèi)部溫度過高時(shí)高速工作，其是否完好無法第一時(shí)間察覺，但其故障或燒壞將會(huì)造成檢定裝置出現(xiàn)短路報(bào)警。

解決方案：將輔助電源的L線(火線)脫離，按照3.4.2方法串聯(lián)白熾燈進(jìn)行測(cè)試，若燈泡正常發(fā)光，則說明散熱風(fēng)扇已燒壞，立即更換。若微亮或不亮，則風(fēng)扇可正常工作。

3.5 電流輸出異常

3.5.1檢定裝置內(nèi)部A相、B相、C相接線松動(dòng)

故障現(xiàn)象：檢定裝置電流加載過程中，A、B、C三相電流中的一相或幾相電流突變?yōu)?，無法實(shí)現(xiàn)持續(xù)加載，并產(chǎn)生峰鳴報(bào)警的現(xiàn)象。

故障分析：檢定裝置內(nèi)部線路存在開路。

解決方案：打開檢定裝置后蓋板，檢查檢定裝置內(nèi)部A相、B相、C相每一相的接線情況，旋緊可能松動(dòng)的接口旋鈕，關(guān)注每條內(nèi)部線路是否存在開裂、老化，及時(shí)更換受損線路。

3.5.2標(biāo)準(zhǔn)電能表端子燒壞

故障現(xiàn)象：同3.5.1。

故障分析：短接檢定裝置中對(duì)應(yīng)電流為0的相線，加載100A電流，觀察是否報(bào)警及標(biāo)準(zhǔn)電能表示值。以C相電流為0為例，短接C相后，標(biāo)準(zhǔn)電能表示值為A相：100.077 9A，B相100.053 1A，C相：0.000 0A，且檢定裝置不報(bào)警，則判斷檢定裝置無故障，為標(biāo)準(zhǔn)電能表端子燒壞。

解決方案：檢查標(biāo)準(zhǔn)電能表電流為0的相線接線端子，對(duì)其進(jìn)行維修或更換。

3.5.3繼電器燒壞

故障現(xiàn)象：加載過程前期正常，隨著電流的加大，出現(xiàn)某一相電流值為0，檢定裝置報(bào)警。

故障分析：檢定裝置的電流加載范圍可達(dá)(0～100)A，檢定裝置通常配備不同規(guī)格的繼電器來切換電流檔位，以滿足不同電流負(fù)載點(diǎn)的加載，繼電器的功能散喪失將會(huì)造成相應(yīng)電流檔位無法加載。將檢定裝置A、B、C三相全部短接，用手動(dòng)控制板進(jìn)行加載電流操作,選擇220V，5.000A(額定電流)，P3-3(三相四線電子式)。其次按I鍵，輸入電流百分比，100代表100%額定電流，電流百分比從100%逐漸升到2000%，記錄標(biāo)準(zhǔn)電能表中的A、B、C三相電流值，電流值見表1。

表1 不同額定電流下的A，B，C三相電流值

當(dāng)加載電流達(dá)到50A后，C相無電流，電流值為0。可初步判斷檢定裝置中對(duì)應(yīng)100A檔位的繼電器燒壞。

解決方案：將檢定裝置通電，用萬(wàn)用表對(duì)工作中的繼電器進(jìn)行導(dǎo)通測(cè)試，“通”說明繼電器正常，“斷”說明繼電器損壞[8]。檢測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了本例中的繼電器損壞，將繼電器更換成合格的10A、125VAC規(guī)格的繼電器，故障即可消除。

3.5.4標(biāo)準(zhǔn)電能表接線端子松動(dòng)

故障現(xiàn)象：標(biāo)準(zhǔn)電能表中小電流值異常波動(dòng)。

故障分析：標(biāo)準(zhǔn)電能表的接線端子松動(dòng)將會(huì)造成接觸不良，進(jìn)而產(chǎn)生小電流異常跳動(dòng)現(xiàn)象。按3.5.3的測(cè)試方法進(jìn)行持續(xù)加載電流，重點(diǎn)關(guān)注存在異常的C相電流短時(shí)間內(nèi)的變化，發(fā)現(xiàn)在500%，即25A時(shí)，小電流呈異常跳動(dòng)，電流值見表2。

表2 額定電流(25A)下的A，B，C三相電流值

功能正常的檢定裝置，其電流短時(shí)間內(nèi)的變化應(yīng)在小數(shù)點(diǎn)第三位后正常波動(dòng)，表2的C相電流在個(gè)位數(shù)出現(xiàn)異常跳動(dòng)，可判斷為接線端子存在松動(dòng)。通過檢查標(biāo)準(zhǔn)電能表后的接線端子，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電能表C相接口、C相接線端子存在因大電流過熱造成橡膠融化變形現(xiàn)象，導(dǎo)致連接松動(dòng)。

解決方案：將標(biāo)準(zhǔn)電能表和對(duì)應(yīng)接線端子原有燒壞的部分打磨平整，令其緊密接觸，或直接成套更換接口與接線端子。

3.5.5輔助電源燒壞

故障現(xiàn)象：標(biāo)準(zhǔn)電能表無電流通過，檢定裝置無法運(yùn)行。

故障分析：輔助電源可為檢定裝置的每一相線路進(jìn)行低壓供電，輔助電源燒壞會(huì)引起保險(xiǎn)燒壞，致使整個(gè)檢定裝置無法運(yùn)行的故障。

解決方案：更換輔助電源。

3.5.6多組電源變壓器燒壞

故障現(xiàn)象：檢定裝置加載過程中，標(biāo)準(zhǔn)電能表始終無電壓、無電流。

故障分析：多組電源變壓器為檢定裝置進(jìn)行輔助供電，多組電源變壓器燒壞將無法對(duì)檢定裝置內(nèi)部輔助系統(tǒng)進(jìn)行供電，造成整個(gè)檢定裝置無法正常進(jìn)行檢定。

解決方案：通過串聯(lián)燈泡檢查，白熾燈燈泡微亮或不亮，說明多組電源變壓器正常。若高亮度發(fā)光，則證明多組電源變壓器燒壞，更換多組電源變壓器即可解決。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文分析的故障在實(shí)際檢定過程中可同時(shí)出現(xiàn)一個(gè)或數(shù)個(gè)，基于開機(jī)異常、過載、開路、短路、電流輸出故障等異常狀態(tài)的三相電能表檢定裝置異常狀態(tài)分析系統(tǒng)性地提出了科學(xué)實(shí)用的解決方案，可幫助計(jì)量檢定人員第一時(shí)間找準(zhǔn)切入點(diǎn)，及時(shí)解決故障，保障高效檢定。對(duì)于三相電能表檢定裝置生產(chǎn)企業(yè)，可借鑒此研究成果，針對(duì)易發(fā)故障的元器件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或優(yōu)化，最大程度降低檢定裝置運(yùn)行期間的故障率，可有效提高產(chǎn)品質(zhì)量[9]。