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)量儀器組成。

數(shù)字合成正弦信號源產(chǎn)生的電壓和電流是標(biāo)準(zhǔn)正弦信號，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、電流信號經(jīng)電流、電壓反饋采樣互感器采樣，反饋回功放前級的反饋補(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。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，對電路板進(jìn)行放電。啟動(dòng)檢定裝置，再次對檢定裝置進(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，部分軟件廠家對電流的錄入格式有嚴(yán)格規(guī)定，Imax(Ib)的括號必須為半角。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(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)確保基本電流Ib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：對保險(xiǎn)開關(guān)進(jìn)行查驗(yàn)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(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應(yīng)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(jìn)行導(dǎo)通測試，“通”說明繼電器正常，“斷”說明繼電器損壞[8]。檢測結(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

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]。