解析电能计量表计及终端运行的可靠性

邢智

摘  要：随着我国智能电网建设的不断发展，用电信息采集系统在电网中得到了广泛的使用。文章对电能计量表计以及终端产品常见故障进行了分析、改进及可靠性设计。

关键词：电能计量表计;终端产品;运行可靠性

中图分类号：TM933.4     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2016）03-0114-01

用电信息采集以及监测系统中的核心设备就是电能计量表计以及终端，该设备有测量瞬时值、计量电能、电能质量监测、需求量的计量和统计、记录事件并主动上传、本地通信、远程通信、下行通信以及控制负荷等一系列功能，所得到的数据信息用于电力用户以及供电单位之间进行电能计量并结算，方便用电管理。本文对电能计量表计以及终端产品常见故障进行了仔细分析，并提出了一些改进措施及可靠性设计方案。

1  电能计量表计及终端常见故障分析

1.1  电源故障

失效的情况，如图1所示，源及主板损坏、烧表，电能计量表计及终端B、C两相PT出现了烧坏，电源上的电容以及芯片烧炸，从外面采购的开关电源模块发生了烧坏，限幅二极管以及贴片电感烧毁严重，计量电路板全部烧坏，终端电源中的限流电阻其表面被烧黑，但是压敏电阻却未损坏。

1.1.1  失效原因分析

经过初步的分析认为电压高、能量大、过压烧表等都是雷击造成的。不管是哪个电路发生了烧毁都会出现能量泄放回路，这就会对回路中的所有器件造成不同程度的损伤。对返回的故障表进行分析可知，高压窜入存在2个回路，分别为表内PT以及电源模块，计量板和PT全部被损坏，但是电源模块却只有部分被损坏，由此可以推断高压从表内PT窜入的概率比较大。

PT出现损坏但是PT串联电阻没有出现损坏的原因分析：PT受到铁损和铜损的影响，而铜损又受到电流的影响，发热量随着电流的增大而增大，铁损又被称为涡流损耗，和磁感应强度以及电源频率有关。雷电的磁感应强度非常大，所以PT发生烧损不但和电流存在关系，还受铁损的影响，但是电阻发热只受到电流的影响，这就是为什么只有PT出现损坏而PT串联电阻没有出现损坏的原因。

贴片电感在烧断的时候造成非常高的过压，而过压使得逻辑板上的电容和芯片出现损坏;原因在于终端内PT的初级以及次级线圈比都为1：1，并且线圈匝数非常多，一旦次级突然开路，则会出现非常高的反冲过压，另外初级输入电压又很高，最终使得反冲过压过高，逻辑板上那些烧坏的芯片和电容可以证明过压的存在。

1.1.2  改进措施

由于雷电过压造成的破坏是不可避免的，在安装调试终端的时候，必须做好相应的防雷手段，确保变压器接地可靠，装设性能优良的防雷器;另外终端在线和线中间应该装设压敏电阻，建议降低终端内PT的变比。

1.2  远程通信故障

通讯模块出现故障也较常见，如CDMA终端中出现了模块损坏，部分终端在更换损坏模块正常运行一段时间之后模块又被损坏。

1.2.1  失效分析

引起模块损坏最重要的因素在于模块终端在不停拨号，使得模块内部在不停地复位。终端在处理过程中，一个拨号周期由很多环节组成：通讯模块的初始化，交换联通数据信息，获得IP地址。这其中的任何一个环节出现失败，都是使得通讯模块复位。

1.2.2  改进措施

①使用容量更大的路由器，容量应该超过终端数的25%，另外也可以提升验证服务器的工作效率，强化相关配置使其能够处理大量终端并且发放认证，提升验证路由器的工作性能;②现场终端使用dormant形式，如果没有通讯的时候物理链路进行释放;③对终端通讯处理流程进行优化，尽力确保模块的安全，在最大限度上延长模块的使用周期。

2  电能计量表计及终端可靠性设计

2.1  抵抗雷击设计

为确保电能计量表计及终端的安全，必须采取一定的防雷保护措施。电源部分可以使用压敏电阻、限流电阻。抵抗雷击设计，如图2所示，可以看出压敏电阻可以对电源浪涌起到非常好的保护效果;由于浪涌造成的大电流热敏电阻可以起到一定的保护作用;2路RS485用到的电源和主电源之间完全被隔离，这样就确保了在主电源回路中产生的浪涌不会对RS485回路造成任何影响。

2.2  数据冗余设计

在规划电能存储的EEPROM资源的时候必须要留出3倍冗余数据空间，在4个完全不相干的EEPROM区域中写入电能数据。为了使得数据的安全性得到保障，以提升在错误操作下相关数据信息留存的机率，应该尽可能的分散分布冗余数据存储空间。在使用这些数据信息时，认真检查各组数据，防止发生程序跑飞时的时候将各组备份数据同时写入。

2.3  抵抗冲击电流设计

电能计量表计及终端在正常运行的过程经常会出现短路故障，一旦发生断裂故障在瞬间便会引起几千安的冲击电流，现阶段在现场已经装设了断路器跳闸保护装置，然后断路器存在20 ms的时间延迟，就在这20 ms的时间内，冲击电流就很有可能将表计及终端破坏。为了避免这种情况的出现，首先需要做的就是提升采样电阻的功率值，另外就是对其采取一定的保护措施，如图3所示，R113、R101以及R102都是0805封装，表内CT一次侧出现过流的时候不会对其造成影响;表内CT的初级线圈横截面积非常大，这样在过大电流的时候可以保护CT不被损坏。

3  结  语

本文探讨了提升电能计量表计及终端可靠性设计的措施，对电能计量表计及终端经常发生的故障进行了分析，然后在此基础山提出了一些实用性的解决措施。相信在采取上述措施之后产品的可靠性可以得到一定的提升。

参考文献：

[1] 卢晗.浅议电能计量装置可靠性运行的管理[J].技术与市场，2012，（10）.

[2] 计晓怡.智能电能表常见故障的研究和分析[D].北京：华北电力大学，

2012.