运行中智能电能表实验室故障鉴定与分析

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摘要：提高电能表实验室用户申校和故障表电能表故障的分析能力，保证电能计量的准确可靠，是做好电力企业的优质服务的前提之一。本文从开展电能表实验室检定故障分析必要性入手，解析电能表工作原理，介绍工作中应用到的故障判断鉴定方法以及相关检定项目，智能电能表设备的故障代码定义。通过统计历史故障数据，对工作中可能遇到的各类故障现象进行原因分析，从而更利于查找影响电能表质量的关键因素，及时消除质量隐患。

关键词：电能表；智能电能表；故障分析；检定

中图分类号：F407文献标识码： A

Abstract: Improving the fault analysis ability in laboratory about electric energy meters which come from customer application or fault can guarantee the electric energy metering accurate and reliable, and it is one of the prerequisite of our company quality service. Beginning with the necessity of energy meter laboratory verification failure analysis, this article introduces the principle of electric energy meter working, and provides the fault identification method in the work of judgment and the related test items. Through the statistical analysis of historical fault identification data, this article analyzes the reasons of all kinds of fault phenomena may be encountered in work, thus more conducive to the key factors affecting the quality of search of electric energy meter, to eliminate the quality problems.

Key words: electric energy meter; smart electricity meter; fault analysis; verification

中图分类号：TH715文献标识码：A

前言：

在智能电能表运用之前，电能表从感应式电能表到静止式电能表（也叫电子式电能表），随着电子技术的发展电能表功能要求越来越多，我国电能表的型式、规格、功能呈现出无序的状态。2009年9月，国家电网公司并开始在国家电网公司系统内实施智能电能表系列标准，2009年12月，国家电网公司完成了智能电能表产品的首次集中招标，统一、规范了电能表，基本结束了我国电能表型式、规格、功能无序的发展局面[1]。

1电能表实验室检定故障分析的必要性

由电能表、采集器、集中器、采集系统主站、营销其他系统、营业厅等构成远程费控电能表信息交互系统，智能电能表做为信息交换的最底层设备，其可靠性显得尤为重要。在故障鉴定过程中，遇到的电能表种类繁多，包括智能电能表、普通电子式电能表、复费率电子式电能表、多功能电子式电能表、机电式电能表各类单相、三相表计等。其中智能电能表为最新型表计，应用范围广，功能较其他类表计齐全，比较有代表性。故本文主要以智能电能表为例作为分析对象。

2 智能电能表的工作原理简介

智能电能表是由测量单元、数据处理单元、通信单元等组成，具有电能量计量、信息存储及处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能的电能表[2]。

智能电能表虽然是近几年才出现的新概念，但其计量器具的属性没有改变，其物理构造，计量原理仍是以电子式电能表为基础，只是在技术上做了延续和发展。因此，智能电能表的工作原理和电子电能表类似，并具备了ESAM、费控模块、IC卡接口模块（本地费控）、远程通信接口模块，是对多功能电能表功能补充，主要增加了费控，零线计量，双向计量、通讯方式（无线、载波）、冻结功能，完善了安全认证与通讯规约。

图1智能电能表原理框图

3常规检定项目及检定方法

国家计量检定规程JJG 596-2012《电子式交流电能表》[3]中规定的检定项目包括：外观检查、交流电压试验、潜动试验、起动试验、基本误差、仪表常数试验、时钟日计时误差。其中交流电压试验为首次检定项目，故本文不作考虑。

直观检查：标志与铭牌检查、封印检查、表壳检查、液晶检查、指示灯检查、基本功能检查等应符合JJG 596-2012《电子式交流电能表》6.4.1的要求。

潜动试验：试验时，电路线路不加电路，电压线路施加电压为参比电压的115%，测试输出单元所发脉冲不应多于一个。潜动试验的最短试验时间见下式（单位：min）：

0.2S级表： (1)

0.5S级、1级表： (2)

2级表： (3)

式中，―电能表脉冲常数,imp/kWh或imp/kvarh；―参比电压，V；―最大电流，A；―系数，对单相电能表，，对三相四线电能表，；对三相三线电能表，。

起动试验：在电压线路加参比电压和的条件下，电流线路升到规定的起动电流后，电能表在起动时限内应能起动并连续记录。时限公式如下(单位：min)：(4)

基本误差：用标准电能表与被检电能表都在连续工作的情况下，用被检电能表输出的脉冲控制标准电能表计数来确定被检电能表的相对误差。

被检电能表的相对误差 (5)

式中，―实测脉冲数；―算定（或预置）的脉冲数。

仪表常数试验：用标准表法，在标志完全相同的一批被检电能表，可用一台标准电能表校核常数。将各被检表与标准表的同相电流线路串联就，电压线路并联，在参比电压和最大电流及的条件下，运行一段时间。停止运行后，按电能值计算每个被检表的误差，要求不超过基本误差限制。

式中，―标准表的系统误差,不需修正时=0；―每台被检电能表停止运行与运行前的示值差，kWh；―标准电能表显示的电能值，kWh。

时钟日计时误差：电压线路（或辅助电源线路）施加参比电压1h后，用标准时钟测试仪测电能表时基频率输出，连续测量5次，每次测量时间为1min，取其算术平均值，要求误差限为±0.5s/d。

4常见故障现象及原因分析

智能电能表的常见故障现象主要集中在显示模块、计量模块、电源模块、主控模块、存储模块、通信模块和费控模块，分别对该七个模块分析如下：

4.1显示模块常见故障及原因分析

常见故障：黑屏、缺笔划、花屏、显示数据乱、背光灯失控等。

常见原因：

1）电源方面的原因。电源过压造成其电源部分整流器、稳压管、稳压集成块等元器件发生损坏，电压欠压造成表计显示模块元件无法正常工作，造成死机。

2）显示模块元件质量原因。液晶驱动片损坏、液晶屏等的质量问题，易造成各自各样的显示故障。

3）焊接工艺问题。液晶存在虚焊、短路等，易造成缺笔、花屏等现象。

4）外界干扰。如红外干扰容易使背光灯失控。

各类显示故障中，黑屏的现象指的是通电运行时，电能表没有任何显示，性质最为严重。

4.2计量模块常见故障及原因分析

常见故障：不计量、无脉冲输出、起动不合格、潜动不合格、误差超差、电量异常等。

常见原因：

1）电源方面的原因。存在断线等，造成计量芯片电源故障，引起各类与计量模块相关的故障。

2）计量模块元器件质量问题。如计量芯片、光耦等元器件质量问题，造成计量不准确。

3）电压、电流采样回路故障。如电压采样元件、电流采样元件采样不到信号，易造成不计量、起动不合格、无脉冲等现象，小电流线性不理想可造成起动不合格。

4）焊接工艺问题。引线、端子接触不良，虚焊，造成光耦无输出，无脉冲输出。

5）校表寄存器的设置错误。电压、电流校表寄存器的设置值出错易造成潜动、误差超差等现象。

计量模块功能的故障直接影响表计的计量性能，因此其故障分析显得尤为重要，是重中之重。

4.3. 电源模块常见故障及原因分析

常见故障：黑屏、上电无反应、死机、抄表电池故障、时钟电池故障等。电源模块故障可造成其它各模块的不同故障现象。

原因分析：

1）电源线路故障。电源部分整流器、稳压管、稳压集成块等元器件发生损坏。

2）看门狗或上电复位电路故障。易造成死机，数据丢失等。

3）电池问题。如电池发生钝化，电池长期未启用造成表面活性物质失效。以及抄表电池相关线路故障、时钟电池相关线路故障，造成电池欠压。

4）电路设计问题。如断电未进入低功耗，可造成抄表电池欠压，如电池欠压阀值的设定过低，使得电池实际已欠压，但表计不报警，无法及时得到更换。

电源模块故障可造成其他各模块的不同故障现象，因此是故障排查的重点。

4.4主控模块常见故障及原因分析

常见故障：微处理器死机、时钟故障、多功能输出故障、指示灯输出故障、按键故障等。

原因分析：

1）电源线路故障。电源故障造成相关元器件无法正常工作。如单片机的电源故障、时钟电池欠压易造成微处理器死机、时钟失准等故障现象。

2）各类元器件损坏。微处理器、多功能输出故障、指示灯输出故障、按键故障等

3）时钟电路故障。时钟芯片的损坏、时钟电池欠压，均会造成日计时超差，最终使得时钟失准，另外，若存在时钟软件算法漏洞，如未考虑闰年因素，会使得表计在经过一段时间的运行后出现日历慢一天的现象。

4）焊接工艺方面。接触不良易造成多功能输出故障、指示灯输出故障、按键故障等现象。

4.5存储模块常见故障及原因分析

常见故障：电量突变、电表参数出错、数据丢失、底度清零。

原因分析：

1)电源故障。存储器电源及接口发生短路或接触不良，可造成存储器工作不可靠。

2)元器件损坏。存储器损坏，无法正常工作，造成数据丢失，数据清空。

3)外界电磁干扰严重。如果外界电磁干扰严重，如静电、雷电、开关、继电器和接触器动作产生瞬间干扰，而表计的抗干扰能力相对较弱的情况下，均可造成存储器数据被改写，产生的故障现象一般是电量突变及电量参数出错。

4.6通信模块常见故障及原因分析

常见故障: 不通信、单向通信、通信不稳定

原因分析：

1）参数原因。波特率、校验方式不一致，字节延时、收发延时，寄存器的地址是存放有误，都将引起通信故障，此类故障只要参数正确就可避免。

2）硬件原因：通信电路、电源故障、硬件接触不良，可造成通信不稳定，另外，通信模块带载能力不够，也可使通信不稳定，通信时好时坏。

3）强能量信号干扰严重。如雷电等强能量信号耦合进入485线路，造成485芯片爆裂。

4.7费控模块常见故障及原因分析

常见故障：不计量、继电器不跳闸、继电器不合闸。

原因分析：

1）继电器故障。内置表的继电器开路、或继电器在运输中应颠簸而开路，大电流时继电器动作造成表计电流回路开路，从而使电能表不计量。以及继电器烧毁或继电器质量问题，触点被烧死，造成继电器不跳闸。

2）认证失败。ESAM芯片损坏或管脚接触不良，易导致认证失败，无法实现费控功能。

3）是否保电。电能表处于保电状态时，跳闸命令将不予执行。

4）时钟失准。发送跳闸命令所带的时间为表计已走过的时间，无法执行命令。

六 结束语

关于处理电能表故障的几点建议

1.实验室发现电能表异常，应检查电能表各项显示参数和检查电能表接线，另外检查检定装置的参数设置，接线错误等，排除人为因素导致故障。

2.在遇到可见电路板损坏、电子元器件损坏、芯片损坏等故障情况，首先判断电能表是否具有通电条件，如果没有，应尽量避免上电操作而引起装置损坏。

3.考虑其他因素。如实际用户的负荷性质，三相电的的不平衡率，现场环境的电磁干扰，温湿度对误差的影响，这些因素导致表计存在明显故障但室内检定结果合格，向用户做出合理解释。

总之，在故障鉴定中不能光凭经验来处理电能表的故障，应根据电能表实际特性来处理，需要在今后的工作中不断总结。做到能够及时发现电能表元器件故障、更深层次地查找出设计原理上的漏洞，从根本上解决问题，从而提出更合理的建议，以保证计量的准确可靠。

参考文献:

[1] 宗建华、闫华光、史树冬、于海波.智能电能表[M] 北京：中国电力出版社2010

[2] Q/GDW1356-2013《智能电能表功能规范》[S] 北京：国家电网公司2013

[3] 唐虹，杨晓西，石雷兵.JJG 596-2012 电子式交流电能表[S] 北京：国家质量监督检验检疫总局，2012

[4] 陈向群.电能计量技能考核培训教材[M] 北京：中国电力出版社，2003

[5] 肖勇、周尚礼、张新建、化振谦 电能计量自动化技术[M] 北京：中国电力出版社,2011

[6] 孙、舒开旗、刘建华 电能计量新技术与应用[M] 北京：中国电力出版社2010

1、作者简介：

张吟妹（1983―），女，浙江乐清，华北电力大学在职研究生，杭州供电公司助理工程师，主要从事电能计量器具的实验室故障鉴定及分析及用户投诉表的实验室检定工作；程德志（1981―），男，浙江杭州，伊莱克斯（杭州）家用电器有限公司实验室主管，主要从事电器测试工作。