三相電能表檢定裝置異常狀態分析及解決方案

楊圖強

(三明市計量所，福建三明 365000)

1 引 言

從電能表列入國家強制檢定計量器具目錄之日起，電能表檢定裝置就承擔起準確計量的重要任務，其穩定運行是電能表準確可靠工作的保障[1]。隨著檢定規程的變更、受檢電能表功能種類的增多，檢定裝置不斷地升級換代，但再完美的設計、再先進的設備都無法保證零故障運行。以YC-1893D型三相電能表檢定裝置為例，闡述過載、開路、短路、電流輸出異常狀態的產生及其原因，并提出有效對策。

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字合成正弦信號源、高穩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、過載自動保護電路和標準電能表、分布式誤差計算器、時基頻率儀等標準計量儀器組成。

數字合成正弦信號源產生的電壓和電流是標準正弦信號，分別通過各自的反饋補償調整電路送到電壓功放和電流功放進行功率放大。放大的正弦電壓信號經電壓輸出變壓器升壓后送到被校表和標準電能表。放大的正弦電流信號通過升流變壓器升流后由裝置的電流輸出端子輸出，串接標準表和各被校表電流線圈后回到升流器。輸出電壓、電流信號經電流、電壓反饋采樣互感器采樣，反饋回功放前級的反饋補償調整電路。分布式誤差計及誤差顯示將最終的誤差值計算并顯示。裝置的監視表(或標準表)提供輸出的實時監測。檢定裝置系統框圖如圖1所示。

3 常見異常狀態分析及解決方案

3.1 開機報警

3.1.1軟件未響應

故障現象：檢定裝置與操控電腦通過RS232接口連接并啟動后，應用軟件無法響應，未能按照預先設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目程序、檢定過程中異常退出、通信協議不正確以及軟件兼容性等問題均可引起檢定裝置應用軟件無法響應[3]。

解決方案：更改通信協議，核查并確保軟件中波特率的設定值與檢定裝置一致[4]。重新啟動檢定裝置，并按“復位”鍵對系統進行復位。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”進行修正。

3.1.2電流保護

故障現象：檢定裝置啟動后，出現裝置報警，電流I保護，無法進行后續操作。

故障分析：電壓功放和電流功放輸出產生的自激[5]形成擾動電流，使檢定裝置誤判為異常加載電流，系統自動形成電流保護，以防后續的不當操作。

解決方案：關閉檢定裝置電源，對電路板進行放電。啟動檢定裝置，再次對檢定裝置進行復位。

3.2 過載報警

故障現象：檢定裝置出現過載峰鳴報警，標準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設置錯誤或應用軟件未能正確識別最大電流Imax、基本電流Ib。關注最大電流Imax和基本電流Ib的錄入格式，部分軟件廠家對電流的錄入格式有嚴格規定，Imax(Ib)的括號必須為半角。若將(Ib)設為全角字符，應用軟件無法正確識別最大電流Imax和基本電流Ib，出現過載。

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格一致，并確保錄入格式符合要求。

3.3 開路報警

3.3.1接線端子開裂斷裂

故障現象：檢定裝置任何一檢定點均出現開路峰鳴報警。

故障分析：接線端子開裂造成某一相線電流開路。

解決方案：更換標準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小電流時開路報警

故障現象：檢定裝置大電流負載狀態下可正常加載進行檢定，1.5A及以下小電流加載時出現電流開路報警。

故障分析：檢定裝置小電流時受到外界的擾動，引起小電流的不穩定加載。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：更換相同規格的消震用電阻。更換電阻時還應注意兩個方面。1)該電阻燒壞常伴有高溫，極易烤壞線路板，除更換電阻外應仔細檢查線路板是否完好；2)關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被檢電能表內部開路故障

故障現象：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為0，無法實現持續加載，并產生峰鳴報警。

故障分析：通過電流短接片短接檢定裝置對應相線的方式，核查被檢電能表內部是否存在開路。方法是針對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應相線。加載電流，查看標準電能表是否有電流通過，若標準電能表有電流通過，被檢電能表內部存在開路故障。應注意使用專用電流短接片進行短接檢定裝置實驗。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，但應確保基本電流Ib不超過電流線的最大負荷值，避免電流線過熱或燒壞而造成短路，進而燒壞檢定裝置和標準電能表。

解決方案：在客戶許可的前提下，打開鉛封拆表進行檢測排除故障。重點檢查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，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

故障現象：A、B、C三相電流中的一相或幾相電流開路，停止運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，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 短路報警

3.4.1輔助電源接頭氧化

故障現象：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境中產生氧化，造成絕緣性能下降，形成短路。

解決方案：采用細砂紙打磨氧化部分，使接觸部分絕緣性能良好[7]。

3.4.2保險開關燒壞

故障現象：A、B、C三相均短路。

故障分析：短接保險開關，從主板中引出兩條線，將白熾燈串聯在主板線路中。啟動檢定裝置，手動加載電流。若燈泡正常發光，則證明存在短路，且短路現象因保險開關燒壞而起。若微亮或不亮，則檢定裝置中保險開關未損壞。

解決方案：對保險開關進行查驗并用萬用表檢測，若存在明顯燒壞痕跡或阻值為0，則更換保險開關。

3.4.3風扇燒壞

故障現象：檢定裝置線圈過熱，A、B、C三相均短路。

故障分析：檢定裝置內設有散熱風扇，通常其僅在檢定裝置內部溫度過高時高速工作，其是否完好無法第一時間察覺，但其故障或燒壞將會造成檢定裝置出現短路報警。

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

3.5 電流輸出異常

3.5.1檢定裝置內部A相、B相、C相接線松動

故障現象：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為0，無法實現持續加載，并產生峰鳴報警的現象。

故障分析：檢定裝置內部線路存在開路。

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

3.5.2標準電能表端子燒壞

故障現象：同3.5.1。

故障分析：短接檢定裝置中對應電流為0的相線，加載100A電流，觀察是否報警及標準電能表示值。以C相電流為0為例，短接C相后，標準電能表示值為A相：100.077 9A，B相100.053 1A，C相：0.000 0A，且檢定裝置不報警，則判斷檢定裝置無故障，為標準電能表端子燒壞。

解決方案：檢查標準電能表電流為0的相線接線端子，對其進行維修或更換。

3.5.3繼電器燒壞

故障現象：加載過程前期正常，隨著電流的加大，出現某一相電流值為0，檢定裝置報警。

故障分析：檢定裝置的電流加載范圍可達(0～100)A，檢定裝置通常配備不同規格的繼電器來切換電流檔位，以滿足不同電流負載點的加載，繼電器的功能散喪失將會造成相應電流檔位無法加載。將檢定裝置A、B、C三相全部短接，用手動控制板進行加載電流操作,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%，記錄標準電能表中的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

當加載電流達到50A后，C相無電流，電流值為0?？沙醪脚袛鄼z定裝置中對應100A檔位的繼電器燒壞。

解決方案：將檢定裝置通電，用萬用表對工作中的繼電器進行導通測試，“通”說明繼電器正常，“斷”說明繼電器損壞[8]。檢測結果驗證了本例中的繼電器損壞，將繼電器更換成合格的10A、125VAC規格的繼電器，故障即可消除。

3.5.4標準電能表接線端子松動

故障現象：標準電能表中小電流值異常波動。

故障分析：標準電能表的接線端子松動將會造成接觸不良，進而產生小電流異常跳動現象。按3.5.3的測試方法進行持續加載電流，重點關注存在異常的C相電流短時間內的變化，發現在500%，即25A時，小電流呈異常跳動，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，其電流短時間內的變化應在小數點第三位后正常波動，表2的C相電流在個位數出現異常跳動，可判斷為接線端子存在松動。通過檢查標準電能表后的接線端子，發現標準電能表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象，導致連接松動。

解決方案：將標準電能表和對應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

故障現象：標準電能表無電流通過，檢定裝置無法運行。

故障分析：輔助電源可為檢定裝置的每一相線路進行低壓供電，輔助電源燒壞會引起保險燒壞，致使整個檢定裝置無法運行的故障。

解決方案：更換輔助電源。

3.5.6多組電源變壓器燒壞

故障現象：檢定裝置加載過程中，標準電能表始終無電壓、無電流。

故障分析：多組電源變壓器為檢定裝置進行輔助供電，多組電源變壓器燒壞將無法對檢定裝置內部輔助系統進行供電，造成整個檢定裝置無法正常進行檢定。

解決方案：通過串聯燈泡檢查，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 結束語

本文分析的故障在實際檢定過程中可同時出現一個或數個，基于開機異常、過載、開路、短路、電流輸出故障等異常狀態的三相電能表檢定裝置異常狀態分析系統性地提出了科學實用的解決方案，可幫助計量檢定人員第一時間找準切入點，及時解決故障，保障高效檢定。對于三相電能表檢定裝置生產企業，可借鑒此研究成果，針對易發故障的元器件進行重新設計或優化，最大程度降低檢定裝置運行期間的故障率，可有效提高產品質量[9]。