单相智能表大电流计量异常原因分析

赵 燕，黄 颖，赵震宇，祝 婧，黄 炜，夏 鹏

0 引言

智能电能表是具有电能量计量、数据处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能的电能表[1-6]。智能电表在江西从2010年投入运行以来，其预付费、集抄等功能给用户及供电公司带来了极大的便利。而随着智能表在江西的运行数量的增加，出现的问题也逐渐增多。近来，江西省某供电公司发现某厂家5（40）A的单相智能表在工作电流大于68 A时，电表屏显电流随测试电流增大而减小。电量少计问题一直困扰着供电部门，为此，针对该单相表在超负荷工况下的计量性能进行了研究。

1 正常工况下计量性能分析

现场出现计量异常的电表为2级DDZY102型单相智能电能表，规格为:电压220 V，电流5（40）A，为了找到智能表的在超负荷工况下计量异常的原因，首先确认该电表在正常工况下的计量性能，根据国家电网公司企标单相智能电能表技术规范[7]的相关规定，2级单相智能表的检定误差限按1级单相智能表误差限的60%执行，即异常表的检定误差应在表1的误差限范围内。超负荷工况下的异常智能表在检定规程[8]要求的负载电流下的检定误差数据如表2所示（Ib=5 A，Imax=40 A），由检定数据可知，所谓的“异常”智能表在正常的工况下计量准确，不存在异常。

表1 2级单相表的误差限

表2 异常表的检定误差

2 计量异常原因分析

为了分析智能电表在超负荷工况下的计量异常的原因，我们需要模拟现场工况，复现计量异常现象。因电表的最大工作电流为40 A，所以我们在电压220 V，电流大于40 A的环境下进行仿真实验，实验结果如表3所示。

表3 仿真实验结果

由表3可见，当仿真输入电流在40～47A之间时，智能表能够正常工作，计量无异常；当仿真输入电流在48～68 A时，智能表能够正常工作2 min，随后跳闸；当输入仿真电流在69～79 A之间时，智能表计量的电流小于实际输入的仿真电流，出现少计电量的异常；当仿真输入电流大于80 A时，计量的电流值小于输入电流值的50%以上，如图1所示，少计电量情况十分严重，且电表不会跳闸，如不及时发现，电表将长时间的异常运行，给供电公司带来较严重的经济损失。

图1 电表计量电流随仿真电流变化曲线

2.1.1 跳闸原因分析

由上述分析可知，在线路电流为48～68 A时的现场工况下，智能表在运行2 min以后会自动跳闸，给居民的生活带来不便。

按照智能表的设计要求，其有过流保护功能，当输入电流大于1.2Imax（48 A）运行2 min后，智能表启动过流保护功能自动跳闸，以保护内部电路，延长其使用寿命。

2.1.2 智能表计量电流小于实际电流原因分析

由上述分析可知，将线路电流大于69 A及以上时，智能表会出现计量异常。当线路电流大于80 A后，智能表计量到的电流值甚至低于1.2Imax，智能表过流保护不会动作，电表持续运行，不断少计电量。

该智能表的计量芯片为美国TI公司的CSG550。CSG550是一种高精度的单相电能专用计量芯片，它的模拟输入端支持差分信号输入，电流输入端可以连接电流互感器或者分流器实现电流的测量，而电压输入端可以连接电阻分压之后的信号或者电压互感器实现电压的测量，两个电流通道可以同时测量火线和零线电流，实现防窃电的检测。CSG550片内集成了3路16位的ADC，带有可编程增益放大器，ADC前端的典型接线如图2所示。

图2 CSG550片内ADC前端的典型电路

芯片前端电流通道模拟输入信号电平和等效电路如图3、4所示。

图3 模拟输入信号电平曲线

当模拟输入值小于600 mV时电表的计量芯片正常工作[9]，模拟输入信号超过允许范围时，信号经过芯片内部ADC转换后的输出的数字信号不能得到有效保证，计量会出现异常。

芯片正常计量所允许的最大输入电流的计算公式如下：

式中，400μΩ—电流采样电阻阻值

16—芯片内部电流通道PGA放大倍数

600 mV—电流采样端最大输入信号值

由公式（1）计算得出理论最大允许输入电为66.3 A由于采样电阻阻值存在±5%的误差，故该型号智能表的最大允许输入电流值在62.9～69.6 A范围内。

因此，当仿真输入电流为68 A时，输入智能表ADC的模拟信号为615.4 mV，超过了最大允许范围600 mV，所以电表芯片内部ADC转换异常，智能表出现了计量电流小于实际输入电流值的现象。

3 结语

本文通过仿真试验和理论分析，得出结论：当实际工况大于智能表的额定工况时，在一定范围内，智能表会启动过流保护功能自动跳闸；当线路电流远大于电表的最大工作电流值时，输入电表计量芯片模拟前端的输入信号超出芯片的最大允许范围致使芯片输出异常，电表计量的电流小于实际电流，出现计量异常，少计电量。

通过本文的研究可知如果用户使用与其实际用电负荷不符的智能表，当实际用电负荷高于智能表正常工作范围时，会使电表计量的电量与用户实际用电量有很大偏差，严重影响用户或者供电公司的利益，甚至引起计量纠纷。如果长期使用还会严重影响负荷开关和智能表的使用寿命，造成不必要的损失。所以供电公司新装电表时应选择与用户实际负荷匹配的规格，并需加强对用户负荷的监控，保证用户使用需求并防止电量漏计。

本研究有利于保护用户和供电公司的利益减少计量纠纷，有利于延长智能表的使用寿命、减少不必要的轮换、现场检查和维护等工作有着重要的社会意义和经济效益。

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[3]刘崇伟，李韵.智能电能表防窃电技术研究[J].电气应用，2014，（1）∶82-85.

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[6]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.

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[8]JJG596-2012电子式交流电能表[S].

[9]CSG550数据手册[M].版本号V0.99，2012.