单相智能电能表的影响因素及故障分析
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作者: 宁芙蓉
[摘 要]单相智能电表是智能电能表的重要关键性技术，分析单相智能电表的影响因素及故障模式，对于提高智能电表可靠性评估、入网选型、提高用电信息系统的运行和管理具有重大意义。单相智能电表在不同的方面可能发生不同的故障表现，可以从计量、屏幕显示、通信、警戒四个方面进行故障分类，从而提高单相智能电表的可操作性和推广性。
[关键词]单相智能电表；影响因素；故障分析
[DOI]10. 13939/j. cnki. zgsc. 2016. 06. 069
我国正在推广智能电网建设，这也是适应现代低碳环保绿色建设的新要求，它有助于推动国家电网的可持续发展，这种新型电能计量器具的使用和推广，可以广泛融合计量功能和现代数据通信功能，称为“网络电能表”，正在逐步推广和普及的过程中，会受到内部制造质量、系统干扰、安装工艺等因素的影响，在单相智能表的广泛应用中，其运行质量会产生一定的故障，造成计量纠纷和客户投诉。因而，文章要重点剖析单相智能电能表的影响因素及故障，提高其运行质量水准。
1 智能电能表及其可靠性技术简述
我国的智能电能表发展迅速，在电力信息采集、预付电费、防窃电等功能上具有广阔的应用前景，同时，为了优化电能表的资源配置，智能电能表还可以整合计量、信息存储与处理、网络通信、实时监控、自动化信息的传递等功能，实现具有整合优势的远程控制功能。单相智能电能表的重要构件主要包括：计量单元、数据自动化处理单元、通信单元等，它实质上即是一种单片机为主核的计量、通信系统，它在增加了ESAM模块的安全嵌入模式下可以实现数据存储、处理及安全认证等功能。其工作原理是：对电压和电流进行实时的信息采集，然后通过集成智能化的电路对采集的电压和电流信息进行自动化的处理，并利用其通信功能将采集信息转换为脉冲输出，借助于其主核单片机进行控制与处理，最终显示为用电量值加以输出和传递。
智能电能表的可靠性技术主要采用FMEA故障模式及影响分析技术，然而，我国与国际先进国家相比，还存在较大的差距，在元器件选择、软件完备性测试等环节还欠缺可靠性保障。因而，要开展对于智能电能表的可靠性管理水平研究，针对其故障进行影响因素分析，以提高电能表制造业的可持续、整体发展。
2 单相智能电能表的故障统计与分类
在对单相智能电能表的应用过程中，存在不同的故障类型，对其进行统计并分类，可以分成七大类。
2. 1 计量故障
这种故障现象主要表现为“起动不合格”“潜在不合格”“基本误差超差”；智能表内部程序的故障现象表现为“停走”“复费率表各费率电量之和与总电量不等”“表底自动清零”等。这种故障主要是由于电能表老化、元器件功能下降所导致，其故障率约占故障总数的2. 82%。
2. 2 储存器故障
这是基于智能电能表内部结构过程中的故障表现，如电池容量不足、芯片损坏等，这大多是由于安装工艺过程中的缺失所导致的，其故障率约占故障总数的0. 93%。
2. 3 通信故障
这主要表现在智能电能表的485通信故障以及载波通信故障两个方面，其故障率分别占故障总数的0. 73%、0. 36%。
2. 4 显示故障这主要表现在液晶显示器出现黑屏、闪屏、显示乱码等故障，其故障率约占总故障率的76%。
2. 5 外观故障这个故障外在表现主要为表壳的损坏，其故障率约占总故障率的0. 88%。
2. 6 控制故障这个故障的表现为载波表自动出现断电现象以及预付费控制功能故障。这两个故障的故障率分别为总故障的9. 53%和5. 11%。
2. 7 错误报警这个故障表现是预付费电能表报错故障，其故障率约为3. 88%。
在这个故障之中，表现最为明显的是显示故障、通信故障和错误报警、计量故障，当然这也与不同生产厂家、不同型号的智能电能表有关联，下面针对这四个重点故障进行剖析。
3 单相智能电能表的重点故障分析
3. 1 显示故障
智能电能表的内部显示系统也与普通电子表相似，它采用内部电源驱动的液晶状态进行显示，通过线性的电源线路将交流电压转换为直流电压，具有适应性强、纹波电压小的优势，然而，这种线性电源具有效率低、范围窄的劣势，因而在逐渐的推广应用中为新型的开关电源所替代，新型的开关电源适应性强、具有较高功率、输入输出采取完全隔离的方式，但是它也有自身的缺陷，易在运行过程中产生发热状态，导致电压输入输出不稳定，产生黑屏、闪屏等故障，容易到通信干扰，这也使其故障率增大，成为智能电表运行中的主要故障原因。
3. 2 通信故障
单相智能电能表的通信故障主要表现为载波功能出现故障，它产生的原因主要是载波模块损坏及接触不良，另外，还有一个影响因素即电源容量的问题，在载波智能电能表进行通信数据传输的时候，会消耗较大的瞬间功率，可激增3～4倍，在这种通信传输的过程中可能会受到系统的干扰，而导致变压器容量不足，造成功能受损、下降或通信失败。
3. 3 错误警示
智能电能表具有自动化的控制功能，它用相应的异常代码表示电能表的故障定义，如下表所示：
在异常故障出现之后，会出现指示灯的警示，而这些异常故障状态包括：电压超限、IC卡认证错误等，产生故障的原因主要有两种：其一，智能表内的负荷控制开关损坏，无法进行正确的信息输入输出传送。其二，智能表计量在室内检测时，出现加密错误导致自动化系统无法辨识而产生错误。
3. 4 计量故障
智能电能表的计量故障主要从三个方面加以表现：
其一，总电量正确，而各时段的分电量之和与总电量不等。这种故障产生的原因主要是时钟故障，由于不同时段的电量值与时间有关，而智能表内的时钟电路是自动系统单独供电的，与时间无关，因而，如果系统内的电池不合格就会导致时钟电路发生紊乱，出现异常。
其二，智能表计量电量突变，这个故障的主要原因是智能电能表的脉冲计数电路的二极管出现异常。
其三，智能电能表停电后底码清零重新计量。出现这种故障主要是由于单片机断电保护容量不足或者是由于中断处理设计不当而导致的。
综上所述，单相智能电能表有不同类型的故障，其故障产生的影响因素主要是元器件质量、硬件的工艺安装质量、软件设计质量、系统干扰等，因而，需要严格执行智能表质量控制制度，有效提升智能电能表的质量，降低故障率。
参考文献：
[1]翟维枫. 仿真电能表综合检定系统设计[D].北京：北方工业大学，2011.
[2]计晓怡. 智能电能表常见故障的研究和分析[D].保定：华北电力大学，2012.
[3]徐程. 适用于高寒地区的智能电能表的研究与设计[D].保定：华北电力大学，2013.
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