单相智能电能表故障模式及影响

杨慧

（国网武汉供电公司客户服务中心 湖北武汉 430051）

单相智能电能表故障模式及影响

杨慧

（国网武汉供电公司客户服务中心 湖北武汉 430051）

单相智能表由测量单元、数据处理单元、通信单元等组成，除完成传统的计量功能外，还兼有数据处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能，智能表在结构上最大的区别是增加了ESAM模块，它是一种嵌入式安全模块，重点完成数据存储及安全认证。本文从智能电能表及其可靠性技术入手，重点对单相智能电能表故障模式及影响进行了分析，并有针对性的提出了一系列改善措施，希望给行业相关人士一定的参考和借鉴。

单相；智能电能表；故障模式；影响

1 引言

智能电能表是智能电网建设的重要组成部分，是国家电网公司为适应低碳环保和可持续发展的要求而推广的一种新型电能计量器具，其能够对传统计量功能及现代数据通信功能进行有效融合，也被称为“网络电能表”。单相智能电表是智能电能表的重要关键性技术，分析单相智能电表的影响因素及故障模式，对于提高智能电表可靠性评估、入网选型、提高用电信息系统的运行和管理具有重大意义。单相智能电表在不同的方面可能发生不同的故障表现，可以从计量、屏幕显示、通信、警戒四个方面进行故障分类，从而提高单相智能电表的可操作性和推广性。随着城乡集抄改造的不断深入，智能化电能表已经逐步取代了机械式和电子式的电能表而成为电能计量的主体。然而，随着智能电能表的普及应用，其作为一种新型设备，在运行的过程中不可避免的会出现因结构内部质量、系统干扰以及安装工艺等情况发生的故障，对智能电能表的可靠性造成严重影响，也极易造成计量纠纷和客户投诉，尤其是单相表，因为基数大，分布广，其故障数量已占全部的90%以上。因此，对单相智能表开展运行质量分析，采取针对措施提高其运行水平，已经非常迫切。

2 智能电能表及其可靠性技术简述

我国的智能电能表发展迅速，在电力信息采集、预付电费、防窃电等功能上具有广阔的应用前景，同时，为了优化电能表的资源配置，智能电能表还可以整合计量、信息存储与处理、网络通信、实时监控、自动化信息的传递等功能，实现具有整合优势的远程控制功能。单相智能电能表的重要构件主要包括：计量单元、数据自动化处理单元、通信单元等，它实质上即是一种单片机为主核的计量、通信系统，它在增加了ESAM模块的安全嵌入模式下可以实现数据存储、处理及安全认证等功能。其工作原理是：对电压和电流进行实时的信息采集，然后通过集成智能化的电路对采集的电压和电流信息进行自动化的处理，并利用其通信功能将采集信息转换为脉冲输出，借助于其主核单片机进行控制与处理，最终显示为用电量值加以输出和传递。

智能电能表的可靠性技术主要采用FMEA故障模式及影响分析技术，然而，我国与国际先进国家相比，还存在较大的差距，在元器件选择、软件完备性测试等环节还欠缺可靠性保障。因而，要开展对于智能电能表的可靠性管理水平研究，针对其故障进行影响因素分析，以提高电能表制造业的可持续、整体发展。

3 单相智能电能表的故障统计与分类

在对单相智能电能表的应用过程中，存在不同的故障类型，对其进行统计并分类，可以分成七大主要的类型：

3.1 计量故障

计量故障现象主要可以表现为“起动不合格”“潜在不合格”“基本误差超差”；智能表内部程序的故障现象表现为“停走”“复费率表各费率电量之和与总电量不等”“表底自动清零”等。这种故障主要是由于电能表出现老化、元器件功能下降所导致，其故障率大约占据故障总数的2.82%。

3.2 储存器故障

储存器故障是基于智能电能表内部结构过程中的主要故障表现，比如电池容量不足、芯片损坏等因素都会造成储存器出现故障，而其中，导致这类故障出现的最主要原因就是安装工艺过程中的缺失或者操作的不规范，其故障率约占故障总数的0.93%。

3.3 通信故障

通信故障主要表现在智能电能表的通信故障以及载波通信故障等两个方面的内容，其故障率分别占故障总数的0.73%、0.36%。

3.4 显示故障

显示故障主要表现在液晶显示器出现黑屏、闪屏、显示乱码等几个方面，其故障率约占总故障率的76%。

3.5 外观故障

表壳损坏是外观故障的主要表现形式，其故障率约占总故障率的0.88%。

3.6 控制故障

这个故障的表现为载波表自动出现断电现象以及预付费控制功能故障。这两个故障的故障率分别为总故障的9.53%和5.11%。

3.7 错误报警

这个故障表现是预付费电能表报错故障，其故障率约为3.88%。在错误故障之中，表现最为明显的是显示故障、通信故障和错误报警、计量故障等四种类型，当然这也与生产厂家的不同、智能电能表型号的不同有着密切的关联，下面针对这四个重点故障进行深入的剖析。

4 单相智能电能表的重点故障分析

4.1 显示故障

智能电能表的内部显示系统也与普通电子表相似，它采用内部电源驱动的液晶状态进行显示，通过线性的电源线路将交流电压转换为直流电压，具有适应性强、纹波电压小的优势，然而，这种线性电源具有效率低、范围窄的劣势，因而在逐渐的推广应用中为新型的开关电源所替代，新型的开关电源适应性强、具有较高功率、输入输出采取完全隔离的方式，但是它也有自身的缺陷，易在运行过程中产生发热状态，导致电压输入输出不稳定，产生黑屏、闪屏等故障，容易受到通信干扰，这也使其故障率增大，成为智能电表运行中的主要故障原因。

4.2 通信故障

单相智能电能表的通信故障主要表现为载波功能出现故障，它产生的原因主要是载波模块损坏及接触不良，另外，还有一个影响因素即电源容量的问题，在载波智能电能表进行通信数据传输的时候，会消耗较大的瞬间功率，可激增3～4倍，在这种通信传输的过程中可能会受到系统的干扰，而导致变压器容量不足，造成功能受损、下降或通信失败。

4.3 错误警示

智能电能表具有自动化的控制功能，它用相应的异常代码表示电能表的故障定义，如表1所示。

表1

在异常故障出现之后，会出现指示灯的警示，而这些异常故障状态包括：电压超限、IC卡认证错误等，产生故障的原因主要有两种：①智能表内的负荷控制开关损坏，无法进行正确的信息输入输出传送。②智能表计量在室内检测时，出现加密错误导致自动化系统无法辨识而产生错误。

4.4 计量故障

智能电能表的计量故障主要从三个方面加以表现：①总电量正确，而各时段的分电量之和与总电量不等。这种故障产生的原因主要是时钟故障，由于不同时段的电量值与时间有关，而智能表内的时钟电路是自动系统单独供电的，与时间无关，因而，如果系统内的电池不合格就会导致时钟电路发生紊乱，出现异常。②智能表计量电量突变，这个故障的主要原因是智能电能表的脉冲计数电路的二极管出现异常。③智能电能表停电后底码清零重新计量。出现这种故障主要是由于单片机断电保护容量不足或者是由于中断处理设计不当而导致的。

5 结语

对智能电能表进行现场故障统计及质量分析的结果证明：单相智能电能表内部的质量（包括元器件质量、硬件的装配质量、软件的设计质量）及系统干扰是造成故障的主要原因，但系统干扰涉及到用电环境的问题，很难在短时间内采用技术手段实现高效处理，而对于内部质量问题，使用部门也难以做到前期准确监控。所以，严格执行国网公司的智能表质量管控制度，对智能表实现“全寿命周期”管理，有效地淘汰落后的厂家及型号，才是提升智能电能表运行质量和降低故障率的有效途径。

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TM933.4

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