解析電能計量表計及終端運行的可靠性

郝韓鵬 儀孝光 李濤

摘要：目前，用電信息采集與監(jiān)測的主要設備是電能計量表計和終端，它的主要功能有電能計量、瞬時值測量、需量計量與統(tǒng)計、電能質量監(jiān)測、事件記錄與主動上報、遠程通信、本地通信、下行通信和負荷控制等，廣泛應用于供電企業(yè)與電力用戶之間的電能計量、電量結算以及用電管理。現(xiàn)階段國內的電能計量表計及終端種類繁多，數(shù)量龐大，運行環(huán)境又比較復雜，而且都是持續(xù)運行。隨著電子技術、信息技術和用電管理水平的不斷提高，生產(chǎn)廠家不斷研究和推出性價比更高、功能更強大的電能表計和終端。

關鍵詞：電能計量表計；終端運行；可靠性

1 我國對電能計量表計和終端的研究現(xiàn)狀

電能計量表計及終端運行的可靠性已經(jīng)處于正在研究與優(yōu)化中，電能計量表計和終端產(chǎn)品的應用也逐漸深入到各領域中。但是由于我國電能計量表計及終端運行的可靠性與其他相對發(fā)達的國家相比較還顯得有些低弱，因此需要盡快提高我國電能計量表計及終端運行的可靠性，為供電單位和用戶之間搭建良好的電能信息傳遞平臺。目前，各生產(chǎn)廠家正在共同為產(chǎn)品使用壽命的延長以及質量保證問題進行研究與解決，主要研究對象是對電能計量表計及終端產(chǎn)品中電路設計、軟件可靠性、元件器以及其他組成結構的預計，最終給出相應的理論依據(jù)。

2 電能計量表計和終端的典型故障分析

2.1 電能計量表計和終端的電源故障

現(xiàn)場電能計量表計和終端在計量設備故障統(tǒng)計中最為常見的一種故障現(xiàn)象是燒表、電源及主板損壞。出現(xiàn)這樣情況的原因通常情況下是由雷擊引起的，變壓器在接地不良以及沒有接地的情況下，這個時候零線的電壓非常高，高壓就會在一些比較薄弱的點釋放出來，這也就會造成線和線之間產(chǎn)生高壓，由于終端電源線以及線之間是沒有壓敏電阻來進行保護，高壓在這個時候就會將其終端給破壞。所以，我們在安裝以及調試的終端過程中，一定要將防雷的措施做好，在變壓的過程中要可靠接地，還要安裝上防雷器，并且要在終端電源線以及線之間加上壓電阻。

2.2 失效原因分析

凡是電壓高、能量大、過壓燒表等問題出現(xiàn)，基本都是雷擊造成的。不管損壞哪個電路都會出現(xiàn)能量泄放回路，其中部件都會有損傷。對返回的故障表進行分析可知，高壓竄入存在2個回路，分別為表內PT以及電源模塊，計量板和PT全部被損壞，但是電源模塊卻只有部分被損壞，由此可以推斷高壓從表內PT竄入的概率比較大。PT出現(xiàn)損壞但是PT串聯(lián)電阻沒有出現(xiàn)損壞的原因分析：PT受到鐵損和銅損的影響，而銅損又受到電流的影響，發(fā)熱量隨著電流的增大而增大，鐵損又被稱為渦流損耗，和磁感應強度以及電源頻率有關。雷電的磁感應強度非常大，所以PT發(fā)生燒損不但和電流存在關系，還受鐵損的影響，但是電阻發(fā)熱只受到電流的影響，這就是為什么只有PT出現(xiàn)損壞而PT串聯(lián)電阻沒有出現(xiàn)損壞的原因。

3 電能計量表計和終端的可靠性設計研究

3.1 采集設備

目前市面上電能表數(shù)據(jù)采集裝置的種類、規(guī)格很多，因為現(xiàn)場安裝環(huán)境、安裝方式的不同，加之存在各種類型的電磁干擾，在數(shù)據(jù)采集階段，經(jīng)常出現(xiàn)電能表數(shù)據(jù)采集裝置無法正確采集電能表信息或者采集到的信息不正確、不完整；在數(shù)據(jù)上傳階段，按預定的通訊方式常常無法將采集到的數(shù)據(jù)上傳給管理中心等情況，給用戶造成相當大的困擾。分中心管轄范圍內農(nóng)村以及城鄉(xiāng)結合部較多，恰恰這些地方現(xiàn)場環(huán)境復雜，極大的影響了電能表的運行穩(wěn)定性，因此經(jīng)過小組討論，抽取了某供電所進行實地測試設備，進一步推廣至整個分中心。本項目采集設備現(xiàn)場運行工況仿真系統(tǒng)的研究和推廣，可以實現(xiàn)對電能計量裝置現(xiàn)場工況、故障情況及極限工作條件下的模擬仿真等功能，并建立數(shù)據(jù)分析模型對數(shù)據(jù)信息進行記錄和分析；對于已經(jīng)安裝到現(xiàn)場但是沒有立戶、采集失敗等電能表，可以使用采集設備現(xiàn)場運行工況仿真系統(tǒng)的中繼抄表功能抄到現(xiàn)場電能表的數(shù)據(jù)，從而有效提高了電能表的采集成功率。為了降低電能表現(xiàn)場運行中出現(xiàn)的各種故障情況從而有效提高電能表采集成功率。

3.2 抵抗沖擊電流設計

電能計量表計及終端在正常運行的過程經(jīng)常會出現(xiàn)短路故障，一旦發(fā)生斷裂故障在瞬間便會引起幾千安的沖擊電流，現(xiàn)階段在現(xiàn)場已經(jīng)裝設了斷路器跳閘保護裝置，然后斷路器存在20ms的時間延遲，就在這20ms的時間內，沖擊電流就很有可能將表計及終端破壞。為了避免這種情況的出現(xiàn)，首先需要做的就是提升采樣電阻的功率值，另外就是對其采取一定的保護措施，R113、R101以及R102都是0805封裝，表內CT一次側出現(xiàn)過流的時候不會對其造成影響；表內CT的初級線圈橫截面積非常大，這樣在過大電流的時候可以保護CT不被損壞。

3.3 電能計量表計和終端的數(shù)據(jù)冗余設計

受到干擾時，電能計量表計和終端的微處理器很容易出現(xiàn)跑飛等狀況，以至于整個系統(tǒng)中的操作都陷入混亂當中。如果失控程序執(zhí)行到EEPROM寫入操作代碼區(qū)時，有可能會錯誤改寫其中的電能數(shù)據(jù)。因此，我們在對電能存儲的EEPROM資源進行規(guī)劃時應保留至少3倍的冗余數(shù)據(jù)空間，在4個不同的EEPROM區(qū)域內將電能數(shù)據(jù)寫入。為了保證數(shù)據(jù)的安全性和正確性，減少錯誤操作的發(fā)生概率，應分布冗余數(shù)據(jù)的存儲空間，當需要使用這些數(shù)據(jù)的時候，首先對各組數(shù)據(jù)進行對比檢測，再選取正確的數(shù)據(jù)進行使用，同時修正錯誤的數(shù)據(jù)。

總之，隨著用電信息采集系統(tǒng)在我國的大力推廣和建設，運行于現(xiàn)場的電能計量表計和終端產(chǎn)品的可靠性質量問題也越來越被重視。本文介紹了電能計量表計和終端可靠性研究在我國的應用現(xiàn)狀及趨勢，可靠性預計方法，分析電能計量表計和終端產(chǎn)品的典型故障，總結出影響產(chǎn)品可靠性的關鍵因素，并提出了保證產(chǎn)品可靠性的方法，為供電企業(yè)電能計量表計和終端產(chǎn)品可靠性研究提供了參考依據(jù)。

參考文獻：

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