智能电能表应用的有关问题与对策

黄金娟，严华江

（国网浙江省电力公司 电力科学研究院，杭州 310000）

近年来，随着科技水平的快速发展,智能电能表伴随智能电网建设走入了千家万户，其高度的功能集成和良好的性能拓展远远突破了传统普通电能表的概念，实现了供电企业和电力用户之间良好的信息与需求交互,在用电质量监测、远程运行控制、防窃电等方面发挥着越来越重要的作用。经过几年的推广实践，智能电能表的应用优势已不言而喻，但在运行过程中个别电能表仍然不可避免地出现类似计量失准，电池欠压等问题，对电费结算产生一定影响，同时制约自身功能质量进一步完善提升。笔者结合多年来的理论研究与实践积累，对智能电能表运行过程中存在的几类典型问题进行初步分析并提出相应对策。

1 电能表时钟问题

智能电能表的时钟与数据冻结、时段分布、远程通信等方面有着密切的联系，时钟的准确性直接关系到计量准确性和相关功能应用的实现。智能电能表的时钟电源模式主要有2种：一种是市电模式，时钟芯片通过主电源供电，优先级较高；另一种是备用电池模式，只在外部停电的情况下采用，优先级较低。时钟问题主要表现在时钟电池欠压和日计时误差超差。

1.1 时钟电池欠压

锂电池是智能电能表上使用的主流电池类型。造成电池欠压的原因主要有以下几种：一种是电池器件本身质量不高，上电反向充电电流过大或者电池存在漏液；第二种是停电状态电池功耗设计过大，在上下电处理时未控制好低功耗；第三种是隔离电池与工作电源的二极管的反向漏电流较大，电能表在非工作状态下电池耗电严重；第四种是表计电路板上存在部分原件短路，导致整机功耗较大（功耗测试超过50 μA）。

现实中若装出运行时间不足5年的电能表批量出现时钟电池欠压，大多为前2种原因造成，可归类为电池自身质量和设计问题。

应对措施：在技术上，一是对电能表进入低功耗判断提供准确的硬件和软件设计，如：采用功耗监测芯片等；二是电池设计时充分考虑电池钝化问题，合理设置电流值，整机功耗控制在20 μA以内；三是选用全温度范围内反向充电电流小的二极管。在管理上，一是增加低功耗测试覆盖范围；二是选用低功耗CPU、低功耗LCD驱动、低功耗时钟芯片，使整机功耗小于20 μA。

1.2 日计时误差超差

智能电能表日计时误差超差的原因主要有时钟芯片故障和外源干扰2种。

（1）时钟芯片故障

电能表时钟控制如采用独立的RTC芯片，芯片自身质量不好将直接导致日计时误差超差。如采用内部的RTC芯片，若温度采样电路工作不正常或者采用的晶振频偏超差以及补偿算法不当，都会引起日计时误差超差。

应对措施：在技术上，电能表时钟控制若采用独立RTC芯片，则宜选用优质的外部RTC芯片；若采用内部RTC芯片，则宜选用高精度的温度采样器件、高精度的晶振、优化算法、电路防潮处理等。对于已发生的电能表时钟偏差，可通过对时进行校正。按照智能电能表功能规范要求，电能表检定合格后对修改时钟有严格的限制。广播校时不受密码和硬件编程开关限制，但每日只能校时一次，每次只接受小于或等于5 min的时钟误差校时。如需对电能表进行单独对时，应通过ESAM的安全认证方能进行。

（2）外源干扰

外源干扰指电能表在运行过程中受到外部超差时钟源的干扰，使电能表时钟被纠偏。如：通过红外掌机对电能表进行现场对时或者通过采集系统进行远程对时的过程中，若主站或终端时钟源失准，电能表时钟就可能被纠偏。

应对措施：智能电能表接入用电信息采集系统后，采集终端就可以对所采集电能表进行远程对时，并且主站可自主设定并下发批量自动对时指令。该操作简单高效，便于远程批量校正电能表时钟，但有一个不可忽略的重要前提，即采集终端的时钟源必须是准确的。若终端时钟源超差，则自动对时的后果将把所有接入该终端的电能表时钟纠偏。另外，远程自动对时还受到通信信道延时的影响，实际操作中须谨慎设置延时允许阈值。基于用电信息采集系统的远程对时操作，实践中须充分验证主站和终端时钟源的准确性，批量自动对时尤须谨慎。

2 电能表计量准确性问题

计量精度和准确性是电能表最基础、最重要的运行参数。相对于传统普通电能表，智能电能表在计量精准度和稳定性上有了大幅提升，但在批量运行过程中仍然可能出现个别误差超差、计量失准的情况，引发原因大致可归为产品自身性能问题和人为破坏2类。

2.1 产品性能质量问题

产品自身性能质量问题指电能表在生产制造过程中由于软件设计、硬件质量或参数设置等方面的问题缺陷，导致运行计量误差超过精度范围。具体的表现形式和应对措施举例如下。

（1）软件设计方面

案例：某品牌批次智能电能表软件版本程序中计量芯片校验程序存在漏洞，智能电能表在快速停复电时，主处理器MCU未能成功将配置参数写入计量芯片，而后续程序也未对计量芯片的配置参数进行校验。计量芯片运行在错误的配置参数下，造成电能计量失准。

应对措施：在技术上，要求电能表每次上电必须对计量参数进行重新装载，定时进行计量参数的校验；上电运行期间需要定期对计量参数进行读取比对，确保计量参数正确，对于有错误的参数需要及时加以重新配置。在管理上，在电能表到货验收环节，按一定比例抽样进行快速停复电测试，检验电能表的误差；加强电能表在快速停复电条件下运行可靠性的测试；模拟计量参数配置出错的环境（如：在计量总线上人为加干扰）验证计量参数是否重新下装。

（2）硬件质量方面

案例：某品牌批次智能电能表在生产过程中分板操作环节存在缺陷，造成电能表计量芯片的基准源去耦电容出现损坏，导致电能表运行过程中计量芯片的采样数据被放大，引起电能表计量失准。

应对措施：在技术上，要求电能表PCB板边距至少保留3 mm，器件排列与印板分板方向平行，减少印板分板时产生的应力损坏。在管理上，改进生产工艺，增加核心元器件部分测试点。

（3）参数设置方面

案例：某品牌批次智能电表在潜动阈值设置时人为录入错误，导致电能表在现场运行过程中发生潜动现象。

应对措施：在技术上，要求智能表生产过程中自动配置潜动阈值，同时增加参数校验机制，避免人为录入出错。在管理上，加强电能表生产参数配置环节审核力度，确保参数正确。

2.2 人为破坏

人为破环指出厂合格的电能表在运行过程中被人为破坏内外部结构或改变相关配置，导致计量失准。现实中部分不法用户出于窃电的目的，恶意破坏电能表的计量准确性，手法逐步从改变电能表外部接线向破坏电能表内部结构转变，隐蔽性越来越强。举例分析如下。

案例1：某智能电能表（1级三相费控智能电能表（远程，开关外置），1.5（6）A，3×220/380 V）装出运行1年后，检定封印被破坏，实验室检定误差为-70%。打开表盖，取出电路板，发现采样电流互感器被更换。标配电流采样互感器1.5（6）A/5 mA被更换成10（50）A/10 mA，采样电流相比实际缩小了。如回路负荷电流为1.5 A，电流采样互感器为1.5（6）A/5 mA时，采样结果为5 mA；若换成10（50）A/10 mA，采样结果为1.5 mA，即少计3.5 mA，误差约-70%，与实测结果相符。

案例2：某智能电能表（2级单相费控智能电能表（远程，开关内置），5（60）A，220 V）装出运行4年后，检定封印外观有异常痕迹，疑似打开后用尖嘴钳再次钳封，实验室检定误差约为-73%。表计开盖后发现电流回路黄蓝线间焊接了一条短接线（电流采样回路短接），对电流采样回路进行了分流，使流入计量芯片的电流减小，造成电能表少计电量。

应对措施：从以上2起改变电能表内部结构窃电案例来看，施窃者具有一定的电力电子知识，掌握电能表的工作原理，给日常查纠带来困难。但仔细总结分析可以发现，该类窃电绕不开2个动作：破坏检定封印和打开表盖。日常稽查可相应从这2方面入手，一方面切实加强表计封印管理，将运行电能表封印完整性检查纳入日常用检、现场周期核抄等工作环节，一旦发现可疑现象，第一时间拍照取证、拆表分析、一查到底；另一方面，充分利用用电信息采集系统的远程监测功能，对表计的开盖情况进行全时段监测，对上报的开盖记录第一时间分析，结合开盖前后的工况数据对比，掌握规律后进一步现场核实取证，提高稽查针对性和有效性。

3 结束语

智能电能表以其诸多优势被市场与用户所选择，得到了普遍的推广应用。虽然目前个别表计在时钟电池、计量准确性等方面仍然存在一定的问题，但不影响电能表整体智能化发展和应用。对运行电能表的问题研究也为智能表的进一步完善指明了方向。随着科技的发展和长寿命电池研制、防窃电等关键技术的进步，智能电能表的功能应用和产品性能必将同步提升，更加智能化、人性化，更好地服务广大电力用户。