智能电能表及其计量故障处理研究_张静.pdf

照明电器 2023 年 第 1 期 总第 176 期 光源与照明168智能电能表及其计量故障处理研究张 静成武县市场监督管理局计量测试所，山东 菏泽 274200摘要：随着我国经济的不断发展，电力利用率也逐年提高，使得电力系统更加复杂和广泛，智能电能表在电力系统中的作用也越来越重要。相较于传统电能表，智能电能表运行更稳定，自动化程度更高，对用电量的计量也更精准，但智能电能表在使用过程中经常发生计量故障，在一定程度上影响了电量计量的准确率，成为供电企业面临的一大挑战。为此，文章对智能电能表的工作原理和内部结构进行分析，指出智能电能表计量常见故障及产生的原因，并提出相应的处理措施和工作建议，以保证智能电能表计量的准确性。关键词：智能电能表；计量故障；电力计量分类号：TM933.40引言目前，智能电能表逐步取代了传统电能表，成为用量最多的电能表类型1。但是其在工作过程中很容易出现故障，进而影响计量的准确性。文章总结了智能电能表使用过程中的常见故障及引发原因，并探讨相应的故障处理措施，以期为同行工作提供一定的借鉴2。1智能电能表的结构和工作原理智能电能表是一种新型的多单元多功能电子设备，与传统电能表相比，智能电能表可以实时监控和处理电力信息数据，并将数据下载到数据库中保存，完成数据的存储3。1.1 智能电能表的结构智能电能表主要由电子元器件构成，其核心是智能芯片，由测量单元、数据处理单元、通信单元等组成。智能电能表按照用户类型可以分为单相表和三相表，以单相智能电能表为例，其主要结构包括主控模块、电源模块、通信模块、存储模块、显示模块、计量模块、通断电模块、时钟模块和安全模块。主控模块是核心模块，其主要元器件包括单片机（MCU）、晶振和外围电路等，主控模块中的中央处理器（CPU）可以实现对电表运行数据的分析、计算、处理和存储；电源模块的主要功能是对电能表供电，其交流电源输入功能可以将 220 V 交流电通过 A/D转换器转换为直流电，给各个模块供电；通信模块是用来和主机通信、实现数据传输的通道，主要包括红外通信模块、485 通信模块和低压载波通信模块；存储模块主要用于储存智能电能表参数、电量及各种运行数据；显示模块的主要元器件包括 LCD 液晶屏、驱动芯片、校验表输出口等，主要用来显示电量和相关数据；计量模块主要用于对电压和电流的采样，并通过计量芯片将采样数据转换为实际电能的数字数据（电能脉冲）输出；通断电模块主要用来控制用户停送电；时钟模块可以为系统提供实时时钟，作为电量冻结、费率切换的依据；安全模块可以保证数据传输的安全性。1.2 智能电能表的工作原理作为国家电网公司计量设备中的基础设备，智能电能表的计量精准性尤为重要。现实中，智能电能表在使用过程中总会发生一些计量故障，导致出现计量偏差，对用户或电力公司的利益带来影响，因此，有必要了解智能电能表的工作原理，以解决实务中出现的计量故障问题。智能电能表工作时，首先，对供电电压和电流进行实时采样，经各自的 A/D 模数转换器，对采样的电压和电流信号进行进一步的处理，将转换后的电流和电压分别送到数字处理系统。其次，数字处理系统对实时电压和电流进行运算，计算出各种参数，再经分频器将信号转换成与电能成正比的脉冲输出。最后，用单片机将脉冲输出显示为用电量，经由液晶屏显示。2智能电能表的优点（1）更完善的电能计量功能。除了最基础的电能计量功能外，智能电能表比传统电能表多了有功组合电量的功能，有功组合电量是一种可定义的电量组合作者简介：张静，女，本科，助理工程师，研究方向为计量检定。文章编号：2096-9317（2023）01-0168-03光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 照明电器169方式，这种组合方式完善了电能的计量。（2）更大的数据存储容量。智能电能表比传统电能表能存储更多的数据，可以详细记录用户在实际生活中的用电功耗，并根据用户请求的时间和频率调整供电，为用户设计最合适最划算的配电方案。这样不仅节省了用户的用电开支，也优化了电力公司的供电方案，让用电多的地方被分配更多的供电额度，使电力输送工作更加高效。（3）更方便安全的用户缴费功能。智能电能表增加了 ESAM 安全模块，此模块在很大程度上保障了数据传输的安全性。用户直接插入 IC 卡就可以直接查看购买的总电量、用电量及剩余用电量等信息，如果用户需购买电量，只需要使用 IC 卡按实际需要支付相应的电费，这在保障用户缴费安全的同时也便利了用户的生活。智能电能表中的负荷开关还可以抑制用户拖欠电费的情况，保护电力公司的利益。（4）更灵活的费率和时段选择功能。智能电能表比传统电能表多了 2 套费率时间表，在费率和时段的设定上具有更多的选择。智能电能表的费率拥有 2 个不同时段，可以根据实际情况在 4 种不同费率间自动切换设定。（5）更精确的电力参数测量功能。智能电能表具有实时测量和记录功能，用户可以及时查看电压、电流、功率等电力参数，而且测量精度也比传统电能表有了大幅度的提升。智能电能表还具有自动检测功能，能够及时记录异常时间。（6）更有效的用电数据管理功能。电力公司可以有选择地对智能电能表的用电特征数据进行定时冻结、瞬间冻结、日冻结等操作，这抑制了用户偷电漏电行为，同时提高了管理效率。智能电能表还具有数据回写功能，可以通过 IC 卡将用户的用电数据回写到电力公司的信息系统中，这为电力公司简化了工作，减轻了工作人员的工作负担，使电力管理更加有效。3智能电能表计量故障类型及原因智能电能表是智能电网的智能终端，相较于传统电能表，可以对用户用电情况进行更为实时和精准的监控，在电量计量、数据处理、信息储存和安全认证方面都具有传统电能表不能比拟的优势，在电力系统的日常运行中发挥了重要作用。然而，智能电能表在使用中也会发生一些计量故障，严重影响其计量准确性，下文就常见的智能电能表计量故障展开分析。3.1 显示故障在显示故障中，最常见的是黑屏和乱码故障。智能电能表黑屏故障的主要表现为电能表在工作电压、电流正常的情况下，电能表不计量、液晶显示屏无显示或者按键无反应。造成黑屏故障的原因有工作电压升高、管理芯片出现异常、晶振未起振或异常震动、遭受雷击、变压器损坏、液晶显示屏出现故障等。智能电能表乱码故障的主要表现为液晶显示屏显示混乱或者缺少笔画。产生乱码的原因可以分为内部和外部因素，内部因素主要是液晶管脚出现虚焊问题，外部因素主要是仪表安装在室外，容易受到室外环境的影响。3.2 电池故障电池故障是一种常见的电能表计量故障，可能使数据和程序丢失，从而引起一系列的问题。智能电能表制作不当可能导致电池焊接时间过短，造成电池虚焊、冷焊；整机功耗超标会加快电池容量的消耗，降低电池的使用寿命；电池接头接触不良或者电池的跨接器开路会造成电池失效；随着智能电能表存储时间变长，温度不断升高，很可能加剧电池自放电；环境潮湿引起的水分进入也会导致电池消耗加快。3.3 费控故障费控故障的两大表现是费用控制不合格和身份认证不合格。智能电能表的优点之一是可以清晰显示用户使用的电价和能耗，但是如果费用控制不合格，如电能表的功耗与实际功耗不匹配，则会损害消费者的权益。造成这种故障的具体原因有电能表中的控制电路断开，继电器出现故障；智能电能表的测量线和充电线串联，导致智能电能表充电不准确。身份认证不合格故障的原因是电能表的芯片出现问题，如芯片插错、折角或插反。此外，密钥装配正确与否也会影响系统对身份的认证。3.4 烧表故障当发生烧表故障后，智能电能表受到损坏，不能正常运行。造成这种故障的原因有智能电能表在使用过程中接线端出现接触不良，或线路超负荷运行导致继电器过流而被烧毁；智能电能表安装过程中强电被直接安装在了与脉冲相连的位置，或者相关人员安装电能表的操作技术不够熟练，没有正确连接电能表继电器的输出端和零线，导致智能电能表内部出现了设备短路，同时使得初级电压线圈被烧毁。3.5 通信故障通信故障主要有计算机通信故障和键盘通信故障 照明电器 2023 年 第 1 期 总第 176 期 光源与照明170两种。计算机通信故障是指通过计算机对智能电能表操作的过程中，无法有效读取电能表的误差，并且关闭计算机软件或重启计算机也仍不能立即解决问题。智能电能表和计算机之间主要通过 3 根通信线完成通信，当串口不正常时就会引起计算机通信故障。键盘通信故障是指键盘不能对智能电能表进行有效操作，这可能是因为键盘的电线接地端或者电源发生了异常。3.6 时钟故障内部时间是智能电能表的一项重要参数，关系着费率的切换，时钟故障对智能电能表的计量会产生很大的影响。造成时钟故障的原因有智能电能表内部电路耗能高或时钟电池质量不合格，长时间的使用导致时钟电池耗尽；智能电能表未及时送检，基源或对时基源的应用不足，导致安装前电能智能表就存在一定的时差；智能电能表在校对时未能成功对时，或者在运输过程中受到外力作用，导致时钟芯片损坏。4智能电能表计量故障的处理措施4.1 显示故障的处理措施当智能电能表出现显示故障时，需要及时确认引发故障的原因。维护人员需要使用万用表排除电池或欠压问题，然后检查电能表的液晶显示屏是否存在质量问题，确认存在质量问题后需要更换液晶显示屏。为了避免高温、潮湿环境损坏电能表，应确保智能电能表的安装环境干燥、阴凉。此外，供电企业要通过增加智能电能表的承载能力、扩大电压和增加线路承载力的方式解决显示故障，保障供电企业的正常工作和人们的正常生活。4.2 电池故障的处理措施电池质量直接影响智能电能表的测量精度，为了避免智能电能表在出厂后出现各种故障，智能电能表制造商应在仪表终端安装辅助电源，并在电池购置前使用万能表对电池进行检测，如果检测结果在电池的合格参数之内，就说明电池是合格的。除了检测电池本身的质量是否合格，还应对电池接头部位进行详细检查。另外，需要定期检查电池的工作情况，以防止电池故障的发生。4.3 费控故障的处理措施在出现费控故障时，维修人员需要仔细检查智能电能表的控制电路，针对可能引起电路故障的继电器温度异常或者接触不良等问题进行进一步的检测。检测到异常后，维修人员应做出更换继电器等判断。对于身份认证不合格的故障，维修人员应该检查芯片，以确保芯片无插错、折角或者插反等情况，并进行及时调整；然后观察密钥的运行是否稳定，并及时调整密钥和智能电能表组件之间的状态，确保智能电能表的稳定性。在维修过程中，零件的质量会直接影响智能电能表的继续使用，应谨慎更换零件。4.4 烧表故障的处理措施当出现烧表故障时，通常需要更换新的智能电能表。为了避免烧表故障，应对智能电能表的设计进行严格的把控，尤其是计量装置中的接线设计必须按照规范进行。4.5 通信故障的处理措施当发生计算机通信故障时，维修人员需要判断串口线和硬件线路的连接是否正常。如果利用串口调试助手可以得到索取电流电压的命令，就能收到电流电压十六进制的信息，维修人员应在接收信息的时候关注智能电能表和波特率是否相同。当发生键盘通信故障时，先要确定键盘的工作状态是否正常。如果检测出键盘工作状态异常，需要排查电源供电的有效值是否达到 5 V。此外，还要使用万用表进行连接测试，检查 TXD 与 RXD 的连接线是否有不可靠接触或者断开。4.6 时钟故障的处理措施当出现由内部时钟芯片损坏或者时钟电池耗尽导致的时钟故障时，维修人员应及时更换损坏部件或者时钟电池。同时需要加强对智能电能表的运输安装管控，避免在运输安装过程中损坏仪器。应该定期对智能电能表时钟异常进行监测，以及时发现可能存在的时钟异常隐患，提高智能电能表健康运行水平。5结束语综上所述，智能电能表是电能计量的基本设备，其计量数据是电力公司验收的基础，电能表计量故障会严重影响电力公司的整体效益和用户的使用。文章总结了智能电能表运行过程中的常见故障，然后针对各个故障提出有效的处理措施，可以提高智能电能表计量的准确率和效率。参考文献1 潘亮,杜启源.新型智能电能表检测技术的研究及应用J.光源与照明,2021(6):59-60.2 李赫,赵震宇,夏鹏,等.智能电能表黑屏故障原因分析J.江西电力,2020,44(6):2-5.3 沈萌萌.智能电能表的计量故障与预控措施分析J.电子技术,2022,51(8):298-299.