智能电能表电量异常的原因分析及检测方法研究

邓高峰，胡 涛，黄 炜，赵震宇

（国网江西省电力有限公司电力科学研究院，江西 南昌 330096）

0 引言

智能电能表的推广和应用不仅带来电能计量器具技术的发展，而且有效防范了电费拖欠，提高了计量管理工作效率。智能电能表的现场运行环境也较为复杂，随着其功能及数量的增加，故障也随之而来。对于电力公司而言，挂网电能表的可靠运行对运营费用与服务质量具有非常重要的意义。

准确计量是智能电能表的基本要求，而在应用过程中，电能计量故障类型繁多，电能量异常包括电量停走、倒走、飞走、走快现象，在电能表上表现为电压异常、电流异常、功率异常或脉冲异常等。因此有必要对电量异常产生原因进行总结分析，以快速查账故障原因，提高故障鉴定效率。

1 现场典型故障描述

江西省内供电现场某台区发现，在现场运行过程中有几只M公司的DDZY719-Z型单相费控智能电能表电量计量异常，排查现场情况后，送样两只故障样表（故障表号1:150001955047、表号2:150001954927）到国网江西省电力有限公司计量中心开展试验分析。故障表在检定台上测试（如图1所示），当在220 V/5 A和220 V/60 A进行负载测试时，电能表电压、电流、功率正常，但脉冲指示灯不闪烁、电量不累加，误差测试合格。

图1 故障表在检定台上进行负载测试图

2 故障原因分析及结论

2.1 电能表脉冲部分设计原理

计量电路与MCU连接回路如图2所示，脉冲计量原理：PF脉冲输出到CF_Pulse，CPU累计一个有效脉冲后，将CS_CF端口（无脉冲时为高电平）输出低电平，脉冲指示灯点亮，完成一次闪烁过程[1]。

图2 计量电路与MCU连接回路

2.2 故障点测试分析

2.2.1 计量电路分析

故障电表的计量部分原理图如图3所示，其计量方案为：计量芯片采用锐能微科RN8209C，基准电压值为2.5 V、通信通道采用SPI方式、MCU与计量芯片使用光耦隔离。

图3 计量部分原理图

对电表施加220 V电压，测量基准电压引脚对地电压为2.49 V。判断基准电压回路正常。

在加负载时脉冲指示灯不点亮和电量不累加，排查计量芯片是否存在故障，测试电能表计量误差，通过台体测试故障电能表误差合格。

结论：计量芯片脉冲输出电路正常。

2.2.2 计量电路与MCU连接回路分析

使用万用表测量图2计量电路与MCU连接回路中的电阻（阻值档）R931、R933、R936、R937阻值，阻值分别为 R931＝1 kΩ、R933=10 kΩ、R936=2 kΩ、R937=10 kΩ，测试结果与设计方案一致。

结论：回路中电阻R931、R933、R936、R937正常。

使用示波器分别测试图2中测试点TEST2、TEST1和CS_CF端口波形如下，判断光耦（OP904）、电容是否正常；

图4 无负载电流时TEST2点波形

图5 有负载电流时TEST2点波形

图6 无负载电流时TEST1点波形

图7 有负载电流时TEST1点波形

从上图中无负载电流时TEST2、TEST1点波形可看出，正常工作时TEST2为低电平时TEST1应为低电平，实际测试TEST1为高电平。排除回路中隔离光耦OP904故障后定位故障点位电容（C910），将电容取下后测试TEST1和CS_CF端口波形如下：

图8 无计量脉冲时TEST1点波形

图9 有正常计量脉冲时TEST1点波形（脉宽84 ms）

图10 CS_CF端无计量脉冲时波形（常态高电平）

图11 CS_CF端有正常计量脉冲时波形（脉宽84 ms）

2.3 结论

电容C910在脉冲灯口主要起滤波作用，避免脉冲端口在收到外部干扰信号发生误动作；电容C910击穿损坏（阻抗状态）使得TEST1与CS_CF端口的状态一致，而CS-CF CPU控制脉冲灯端口（常态为高电平）。所以电容C910击穿损坏造成TEST1点为高电平，脉冲指示灯无法正常闪烁，CF_Pulse端口无法识别有效脉宽，导致电量无法正常计量。拆除电容后进行负载测试，脉冲指示灯闪烁正常，电量累加正常。

3 电能表电量异常故障的检测方法

电能量异常包括电量停走、倒走、飞走、走快现象，在电能表上表现为电压异常、电流异常、功率异常或脉冲异常[2-3]。如果判断没有这些异常发生，可用排除法判断计量MCU累计错误、EEPROM存储错误或者软件设计缺陷导致。

同一类型故障在不同的电能表设计下，有不同的故障点。因此在检测前需要确定电能表设计方式和设计值。（如表1所示）

表1 需要确定电能表设计方式和设计值

要在最短时间内找到电量异常故障点，总结故障鉴定经验，按照不同的故障现象，制定《故障类别最佳鉴定路径》，按照表2内的优先顺序查找故障点。

表2 故障类别最佳鉴定路径

4 结语

本文针对现场一起电能表计量异常故障进行了测试分析，总结分析现有的电量异常故障类型，找到了一种快速查找电量异常故障的方法。计量故障的查找、鉴定工作要深入到器件生产、电表装配、配送、现场运行等环节，找到根源才能对症下药。常规检测项目不能检测出不同厂家不同批次电能表承受环境的极限能力，不能检测出电能表的薄弱环节；而且针对电能表故障鉴定没有统一合理的鉴定方法，不同的故障需要不断探索、总结经验。因此探索电能表新的检测方法和故障表鉴定方法越来越重要。