單相智能電能表故障模式及影響

楊慧

（國網武漢供電公司客戶服務中心 湖北武漢 430051）

單相智能電能表故障模式及影響

楊慧

（國網武漢供電公司客戶服務中心 湖北武漢 430051）

單相智能表由測量單元、數據處理單元、通信單元等組成，除完成傳統(tǒng)的計量功能外，還兼有數據處理、實時監(jiān)測、自動控制、信息交互等功能，智能表在結構上最大的區(qū)別是增加了ESAM模塊，它是一種嵌入式安全模塊，重點完成數據存儲及安全認證。本文從智能電能表及其可靠性技術入手，重點對單相智能電能表故障模式及影響進行了分析，并有針對性的提出了一系列改善措施，希望給行業(yè)相關人士一定的參考和借鑒。

單相；智能電能表；故障模式；影響

1 引言

智能電能表是智能電網建設的重要組成部分，是國家電網公司為適應低碳環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求而推廣的一種新型電能計量器具，其能夠對傳統(tǒng)計量功能及現代數據通信功能進行有效融合，也被稱為“網絡電能表”。單相智能電表是智能電能表的重要關鍵性技術，分析單相智能電表的影響因素及故障模式，對于提高智能電表可靠性評估、入網選型、提高用電信息系統(tǒng)的運行和管理具有重大意義。單相智能電表在不同的方面可能發(fā)生不同的故障表現，可以從計量、屏幕顯示、通信、警戒四個方面進行故障分類，從而提高單相智能電表的可操作性和推廣性。隨著城鄉(xiāng)集抄改造的不斷深入，智能化電能表已經逐步取代了機械式和電子式的電能表而成為電能計量的主體。然而，隨著智能電能表的普及應用，其作為一種新型設備，在運行的過程中不可避免的會出現因結構內部質量、系統(tǒng)干擾以及安裝工藝等情況發(fā)生的故障，對智能電能表的可靠性造成嚴重影響，也極易造成計量糾紛和客戶投訴，尤其是單相表，因為基數大，分布廣，其故障數量已占全部的90%以上。因此，對單相智能表開展運行質量分析，采取針對措施提高其運行水平，已經非常迫切。

2 智能電能表及其可靠性技術簡述

我國的智能電能表發(fā)展迅速，在電力信息采集、預付電費、防竊電等功能上具有廣闊的應用前景，同時，為了優(yōu)化電能表的資源配置，智能電能表還可以整合計量、信息存儲與處理、網絡通信、實時監(jiān)控、自動化信息的傳遞等功能，實現具有整合優(yōu)勢的遠程控制功能。單相智能電能表的重要構件主要包括：計量單元、數據自動化處理單元、通信單元等，它實質上即是一種單片機為主核的計量、通信系統(tǒng)，它在增加了ESAM模塊的安全嵌入模式下可以實現數據存儲、處理及安全認證等功能。其工作原理是：對電壓和電流進行實時的信息采集，然后通過集成智能化的電路對采集的電壓和電流信息進行自動化的處理，并利用其通信功能將采集信息轉換為脈沖輸出，借助于其主核單片機進行控制與處理，最終顯示為用電量值加以輸出和傳遞。

智能電能表的可靠性技術主要采用FMEA故障模式及影響分析技術，然而，我國與國際先進國家相比，還存在較大的差距，在元器件選擇、軟件完備性測試等環(huán)節(jié)還欠缺可靠性保障。因而，要開展對于智能電能表的可靠性管理水平研究，針對其故障進行影響因素分析，以提高電能表制造業(yè)的可持續(xù)、整體發(fā)展。

3 單相智能電能表的故障統(tǒng)計與分類

在對單相智能電能表的應用過程中，存在不同的故障類型，對其進行統(tǒng)計并分類，可以分成七大主要的類型：

3.1 計量故障

計量故障現象主要可以表現為“起動不合格”“潛在不合格”“基本誤差超差”；智能表內部程序的故障現象表現為“停走”“復費率表各費率電量之和與總電量不等”“表底自動清零”等。這種故障主要是由于電能表出現老化、元器件功能下降所導致，其故障率大約占據故障總數的2.82%。

3.2 儲存器故障

儲存器故障是基于智能電能表內部結構過程中的主要故障表現，比如電池容量不足、芯片損壞等因素都會造成儲存器出現故障，而其中，導致這類故障出現的最主要原因就是安裝工藝過程中的缺失或者操作的不規(guī)范，其故障率約占故障總數的0.93%。

3.3 通信故障

通信故障主要表現在智能電能表的通信故障以及載波通信故障等兩個方面的內容，其故障率分別占故障總數的0.73%、0.36%。

3.4 顯示故障

顯示故障主要表現在液晶顯示器出現黑屏、閃屏、顯示亂碼等幾個方面，其故障率約占總故障率的76%。

3.5 外觀故障

表殼損壞是外觀故障的主要表現形式，其故障率約占總故障率的0.88%。

3.6 控制故障

這個故障的表現為載波表自動出現斷電現象以及預付費控制功能故障。這兩個故障的故障率分別為總故障的9.53%和5.11%。

3.7 錯誤報警

這個故障表現是預付費電能表報錯故障，其故障率約為3.88%。在錯誤故障之中，表現最為明顯的是顯示故障、通信故障和錯誤報警、計量故障等四種類型，當然這也與生產廠家的不同、智能電能表型號的不同有著密切的關聯，下面針對這四個重點故障進行深入的剖析。

4 單相智能電能表的重點故障分析

4.1 顯示故障

智能電能表的內部顯示系統(tǒng)也與普通電子表相似，它采用內部電源驅動的液晶狀態(tài)進行顯示，通過線性的電源線路將交流電壓轉換為直流電壓，具有適應性強、紋波電壓小的優(yōu)勢，然而，這種線性電源具有效率低、范圍窄的劣勢，因而在逐漸的推廣應用中為新型的開關電源所替代，新型的開關電源適應性強、具有較高功率、輸入輸出采取完全隔離的方式，但是它也有自身的缺陷，易在運行過程中產生發(fā)熱狀態(tài)，導致電壓輸入輸出不穩(wěn)定，產生黑屏、閃屏等故障，容易受到通信干擾，這也使其故障率增大，成為智能電表運行中的主要故障原因。

4.2 通信故障

單相智能電能表的通信故障主要表現為載波功能出現故障，它產生的原因主要是載波模塊損壞及接觸不良，另外，還有一個影響因素即電源容量的問題，在載波智能電能表進行通信數據傳輸的時候，會消耗較大的瞬間功率，可激增3～4倍，在這種通信傳輸的過程中可能會受到系統(tǒng)的干擾，而導致變壓器容量不足，造成功能受損、下降或通信失敗。

4.3 錯誤警示

智能電能表具有自動化的控制功能，它用相應的異常代碼表示電能表的故障定義，如表1所示。

表1

在異常故障出現之后，會出現指示燈的警示，而這些異常故障狀態(tài)包括：電壓超限、IC卡認證錯誤等，產生故障的原因主要有兩種：①智能表內的負荷控制開關損壞，無法進行正確的信息輸入輸出傳送。②智能表計量在室內檢測時，出現加密錯誤導致自動化系統(tǒng)無法辨識而產生錯誤。

4.4 計量故障

智能電能表的計量故障主要從三個方面加以表現：①總電量正確，而各時段的分電量之和與總電量不等。這種故障產生的原因主要是時鐘故障，由于不同時段的電量值與時間有關，而智能表內的時鐘電路是自動系統(tǒng)單獨供電的，與時間無關，因而，如果系統(tǒng)內的電池不合格就會導致時鐘電路發(fā)生紊亂，出現異常。②智能表計量電量突變，這個故障的主要原因是智能電能表的脈沖計數電路的二極管出現異常。③智能電能表停電后底碼清零重新計量。出現這種故障主要是由于單片機斷電保護容量不足或者是由于中斷處理設計不當而導致的。

5 結語

對智能電能表進行現場故障統(tǒng)計及質量分析的結果證明：單相智能電能表內部的質量（包括元器件質量、硬件的裝配質量、軟件的設計質量）及系統(tǒng)干擾是造成故障的主要原因，但系統(tǒng)干擾涉及到用電環(huán)境的問題，很難在短時間內采用技術手段實現高效處理，而對于內部質量問題，使用部門也難以做到前期準確監(jiān)控。所以，嚴格執(zhí)行國網公司的智能表質量管控制度，對智能表實現“全壽命周期”管理，有效地淘汰落后的廠家及型號，才是提升智能電能表運行質量和降低故障率的有效途徑。

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TM933.4

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