智能电能表电量异常原因与检测方法探究

2020-03-30巩晶晶李鑫

中国设备工程 2020年2期

巩晶晶，李鑫

（山西省计量科学研究院，山西太原 030032）

相对于传统电表，智能电表的部件组成更加精密，因此实际运行产生的故障类型也比较复杂，尤其是对于智能电能表的电量计量故障而言，主要通过脉冲、功率、电流等参数表现。为准确地查找出电量异常原因，有必要对智能电能表电量异常原因与检测方法进行讨论分析，这对于推动我国智能电能表的应用发展具有重要意义。

1 智能电能表电量异常原因

智能电能表出现电量异常问题一般由多种原因导致，主要分为以下三种。

1．1 由电压异常所引起

这种异常具体可表现为以下几方面：一是电压引线出现故障异常问题，有可能是因为引线存在虚焊问题，连接不佳，或引线直接断开，导致电量出现异常。二是采样电压出现异常问题，可能是因为分压电阻出现故障损坏，无法正常工作。也有可能是滤波电容出现了击穿，采样回路直接接地，导致最终电量出现异常。三是基准电压出现异常问题，主要是由于滤波电容击穿所引起。四是智能电能表信号通道出现异常问题，可能是因为引脚存在虚焊问题，或在引脚端，存在有异物最终引发短路问题。五是由计量芯片或 MCU 出现故障问题。上述芯片出现故障，将会导致电能表起功率显示出现异常问题，最终导致电量计算错误。其中对于基准电压异常而言，还有可能致使电流显示出现异常问题。

1．2 因电流异常所致

这种异常主要表现为以下几方面：一是电流引线出现故障异常问题，可能是因为锰铜分流片两端引线存在虚焊问题。或者引线断开，无法正常发挥功能。二是采样电流出现异常问题，可能是因为分压电阻存在虚焊问题，或者电阻直接损坏，导致电能表电量计量出错。三是限流电阻存在虚焊问题，导致连接不佳，或者直接断裂，断开了连接。其中对于电流采样回路而言，若电阻出现断裂问题，会对滤波电容放电过程造成间接的影响，比如，会对电流采样信号造成一定的干扰，最终引发电流间歇性异常。

1．3 脉冲异常所致

这种异常重点在于异常现象的判断，在判断时，需要着重考虑以下两点：一是误差是否在正常范围内；二是异常属于何种类型，是光电脉冲异常还是电子脉冲异常。

2 智能电能表电量异常检测方法

2．1 电量异常故障分析

在对某供电所台区智能电能表检查时，发现型号为DDZY719-Z型单相费控智能电能表存在电量计量异常状况，经过全面的排查分析后，最终获得两只故障样表，并送往专业机构进行试验故障原因分析。在故障试验分析过程中发现，当负载测试选择为220V/5A和220V/60A时，虽然智能电表的电压、电流、功率均显示正常，但脉冲指示灯却没有出现闪烁现象，电量也固定不变，没有进行累加，误差测试合格。

2．2 电量异常检测原因分析

在进行电量异常分析过程中，首先分析的是智能电能表的计量电路。该电量计量方案内容具体如下：电量计量芯片采用锐能微科RN8209C，其中基准电压值为2.5V，电量计量通信通道采用了SPI方式，其中计量芯片在应用上，与MCU 进行光耦隔离。

在具体测试过程中，先对电表施加220V电压，然后对基准电压引脚进行测量，最终得出该引脚的对地电压为2.49V。由此可说明，基准电压回路没有出现故障问题。然后，对计量芯片进行了故障排查，并对智能电能表计量误差进行了测试，台体测试故障电能表误差表现合格，由此可得出结论，本次电能计量异常故障原因不是由计量芯片脉冲输出电路所引起。

然后，对MCU与计量电路的连接回路进行了分析。通过利用万能表（是一种多用途电子测量仪器，一般包含安培计、电压表、欧姆计等功能），来对电路与MCU连接回路中的电阻进行了阻值测量，从最终测量结果来看，其与设计方案相比没有出现异常，从而可得出结论：MCU与计量电路的连接回路正常。然后借助示波器，来对分测试点 TEST2、TEST1和 CS_CF端口进行测试，根据测试结果显示的波形，对光耦（OP904）、电容是否存在异常问题进行判断。从最终波形显示结果中我们能够了解到，在智能电能表正常工作时，TEST2表现为低电平时，TEST1正常情况下也会表现为低电平，但从对TEST1测试结果来看，其表现出了异常的高电平。然后将回路中隔离光耦故障排除后，最终将后故障点定位在电容（C910）上，随后将电容取下，并对TEST1和CS_CF端口进行了测试，发现波形回归正常。

从中我们可得出如下结论：在脉冲灯口中，电容C910主要的功能便是过滤波形，从而有效防止脉冲端口受到外部干扰信号影响，而出现误动作；当电容C910被击穿损坏后，由于TEST1与CS_CF端口状态一致，再加上正常状态下的CS-CF CPU控制脉冲灯端口表现为高电平），在电容C910无法正常工作后，导致TEST1点受CS-CF CPU控制脉冲影响，也表现为高电平，指示灯难以正常闪烁，在CF_Pulse端口处。无法对脉宽进行有效的识别，最终造成智能电能表无法发挥出正常的电力计量功能。

2．3 智能电能表异常故障检测方法

实际上，智能电能表在电量异常表现有很多方面，比如会出现电量反向计量，电量增量异常升高，智能电表停止电量计量等。若上述异常现象没有发生，但依然无法实现智能电能表的正常计量。则有可能与智能电表相关软件设计存在缺陷有关。总体而言，智能电能表异常原因及表现均比较复杂，并且在同一个故障点，还有可能是不同故障原因所引起，因此，需要以不同故障现象组合为依据，总结出针对性故障检测方法。但由于不同智能电能表在设计上存在一定的差异性，导致相同的故障问题，发生在不同的位置。因此在实际进行故障检测分析时，首先，要对智能电能表电表软硬件设计方式加以明确。一是针对基准电压值，需要查计量芯片的说明书，或者由厂家直接提供；二是针对采样输入范围，需要查阅计量芯片的说明书。三是针对电压的采样，需要确定采样方式是借助分压电阻还是电压互感器进行采样；四是针对电流采样，需要明确采用的是锰铜分流方式还是电流互感器；五是针对通信通道类型，需要确定是何种比较常见的UART、SCI等。六是针对脉冲输出来源，需要确定是来源于计量芯片还是来源于MCU。针对电能计算来源，需要确定是来源MCU的脉冲数计算还是MCU+计量芯片传输电能值。