解析电能计量表计及终端运行的可靠性

郝韩鹏 仪孝光 李涛

摘要：目前，用电信息采集与监测的主要设备是电能计量表计和终端，它的主要功能有电能计量、瞬时值测量、需量计量与统计、电能质量监测、事件记录与主动上报、远程通信、本地通信、下行通信和负荷控制等，广泛应用于供电企业与电力用户之间的电能计量、电量结算以及用电管理。现阶段国内的电能计量表计及终端种类繁多，数量庞大，运行环境又比较复杂，而且都是持续运行。随着电子技术、信息技术和用电管理水平的不断提高，生产厂家不断研究和推出性价比更高、功能更强大的电能表计和终端。

关键词：电能计量表计；终端运行；可靠性

1 我国对电能计量表计和终端的研究现状

电能计量表计及终端运行的可靠性已经处于正在研究与优化中，电能计量表计和终端产品的应用也逐渐深入到各领域中。但是由于我国电能计量表计及终端运行的可靠性与其他相对发达的国家相比较还显得有些低弱，因此需要尽快提高我国电能计量表计及终端运行的可靠性，为供电单位和用户之间搭建良好的电能信息传递平台。目前，各生产厂家正在共同为产品使用寿命的延长以及质量保证问题进行研究与解决，主要研究对象是对电能计量表计及终端产品中电路设计、软件可靠性、元件器以及其他组成结构的预计，最终给出相应的理论依据。

2 电能计量表计和终端的典型故障分析

2.1 电能计量表计和终端的电源故障

现场电能计量表计和终端在计量设备故障统计中最为常见的一种故障现象是烧表、电源及主板损坏。出现这样情况的原因通常情况下是由雷击引起的，变压器在接地不良以及沒有接地的情况下，这个时候零线的电压非常高，高压就会在一些比较薄弱的点释放出来，这也就会造成线和线之间产生高压，由于终端电源线以及线之间是没有压敏电阻来进行保护，高压在这个时候就会将其终端给破坏。所以，我们在安装以及调试的终端过程中，一定要将防雷的措施做好，在变压的过程中要可靠接地，还要安装上防雷器，并且要在终端电源线以及线之间加上压电阻。

2.2 失效原因分析

凡是电压高、能量大、过压烧表等问题出现，基本都是雷击造成的。不管损坏哪个电路都会出现能量泄放回路，其中部件都会有损伤。对返回的故障表进行分析可知，高压窜入存在2个回路，分别为表内PT以及电源模块，计量板和PT全部被损坏，但是电源模块却只有部分被损坏，由此可以推断高压从表内PT窜入的概率比较大。PT出现损坏但是PT串联电阻没有出现损坏的原因分析：PT受到铁损和铜损的影响，而铜损又受到电流的影响，发热量随着电流的增大而增大，铁损又被称为涡流损耗，和磁感应强度以及电源频率有关。雷电的磁感应强度非常大，所以PT发生烧损不但和电流存在关系，还受铁损的影响，但是电阻发热只受到电流的影响，这就是为什么只有PT出现损坏而PT串联电阻没有出现损坏的原因。

3 电能计量表计和终端的可靠性设计研究

3.1 采集设备

目前市面上电能表数据采集装置的种类、规格很多，因为现场安装环境、安装方式的不同，加之存在各种类型的电磁干扰，在数据采集阶段，经常出现电能表數据采集装置无法正确采集电能表信息或者采集到的信息不正确、不完整；在数据上传阶段，按预定的通讯方式常常无法将采集到的数据上传给管理中心等情况，给用户造成相当大的困扰。分中心管辖范围内农村以及城乡结合部较多，恰恰这些地方现场环境复杂，极大的影响了电能表的运行稳定性，因此经过小组讨论，抽取了某供电所进行实地测试设备，进一步推广至整个分中心。本项目采集设备现场运行工况仿真系统的研究和推广，可以实现对电能计量装置现场工况、故障情况及极限工作条件下的模拟仿真等功能，并建立数据分析模型对数据信息进行记录和分析；对于已经安装到现场但是没有立户、采集失败等电能表，可以使用采集设备现场运行工况仿真系统的中继抄表功能抄到现场电能表的数据，从而有效提高了电能表的采集成功率。为了降低电能表现场运行中出现的各种故障情况从而有效提高电能表采集成功率。

3.2 抵抗冲击电流设计

电能计量表计及终端在正常运行的过程经常会出现短路故障，一旦发生断裂故障在瞬间便会引起几千安的冲击电流，现阶段在现场已经装设了断路器跳闸保护装置，然后断路器存在20ms的时间延迟，就在这20ms的时间内，冲击电流就很有可能将表计及终端破坏。为了避免这种情况的出现，首先需要做的就是提升采样电阻的功率值，另外就是对其采取一定的保护措施，R113、R101以及R102都是0805封装，表内CT一次侧出现过流的时候不会对其造成影响；表内CT的初级线圈横截面积非常大，这样在过大电流的时候可以保护CT不被损坏。

3.3 电能计量表计和终端的数据冗余设计

受到干扰时，电能计量表计和终端的微处理器很容易出现跑飞等状况，以至于整个系统中的操作都陷入混乱当中。如果失控程序执行到EEPROM写入操作代码区时，有可能会错误改写其中的电能数据。因此，我们在对电能存储的EEPROM资源进行规划时应保留至少3倍的冗余数据空间，在4个不同的EEPROM区域内将电能数据写入。为了保证数据的安全性和正确性，减少错误操作的发生概率，应分布冗余数据的存储空间，当需要使用这些数据的时候，首先对各组数据进行对比检测，再选取正确的数据进行使用，同时修正错误的数据。

总之，随着用电信息采集系统在我国的大力推广和建设，运行于现场的电能计量表计和终端产品的可靠性质量问题也越来越被重视。本文介绍了电能计量表计和终端可靠性研究在我国的应用现状及趋势，可靠性预计方法，分析电能计量表计和终端产品的典型故障，总结出影响产品可靠性的关键因素，并提出了保证产品可靠性的方法，为供电企业电能计量表计和终端产品可靠性研究提供了参考依据。

参考文献：

[1]吴飞.我国对电能计量表计和终端的研究现状[J].中国科技财富，2012，（14）：25.

[2]计晓怡.智能电能表常见故障的研究和分析[D].北京：华北电力大学，2012.