智能电能表几种常见故障分析与研究

杨冉冉

摘要：按照坚强智能电网总体要求，2009年起开始广泛使用智能电能表。智能电能表的稳定性和可靠性也随之受到了广泛的关注。本文主要介绍了智能电能表经常遇到的一些影响其稳定性和可靠性方面的常见故障，并研究其发生的原因，为故障电能表的鉴别与分析提供了参考。

关键词：智能电能表；故障；研究

引言

智能电能表具有低功耗、高精度、高可靠性等特点，相较于传统式的电子式电能表，它可以实时地进行与外界进行双向通信，使供电企业信息更加的透明，用户所得信息更加全面。用户可直接收取用电信息，进而清楚的掌握自己的用电状况，用电采集系统可以对用电时段进行合理的掌握，科学的控制负荷量。同时，智能电能表作为电力系统生产、传输和营销过程中一种重要的计量器具，它是否能够准确的计量，关系到各行各业以及人们生活的切身利益。

随着市场经济的发展和人民生活水平的日益提高，社会各行各业对电能的需求越来越大，智能电能表因其具有用电信息存储、双向多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能，得到了广泛地运用。智能电能表作为智能电网中电能计量和结算的关键环节，它运行是否可靠关系着很多人的切身利益。同时，又有一些不法分子利用各种手段进行窃电，并且随着科技的不断进步，窃电手段也不断升级，更为隐蔽。因此，对智能电能表的故障排查显得尤为重要。

1智能电能表常见故障介绍

导致智能电能表故障的原因有多种，由于不法分子的窃电行为导致的电量结算异常、电能表无法工作导致的不计量等等，或是由于电能表内元器件质量不过关或生产工艺不达标导致误差超差、通讯不成功等故障，这些故障给国家经济带来了不可估量的损失；检定检测中智能电能表由于元器件质量或者工艺不过关导致批次检测中出现批量的电能表不能通过检测等，严重影响了智能电能表可靠性和稳定性，近几年因智能电能表质量问题导致的退货多达70多万只，智能电能表给智能电网建设提供了有力支撑的同时，它的一些故障也引起人们的重视。本文从电能表出现问题的几个基本环节出发，研究电能表的一些常见故障。

2.智能电能表常见故障分析

2.1窃电类故障

电能表电能量异常主要是指电能表的电量与实际相比发生增加或减少。此类故障一般是人为引起，通过对智能电能表进行某些改造使电能表的计量功能发生变化，从而达到少计电量的目的，此类窃电故障具体表现在电能表的误差偏负且大幅超差。

2.1.1 改变采样回路窃电

某供电公司发现一只三相智能电能表存在计量严重负超差现象，经分析发现这只电能表是窃电导致。窃电手段较为隐秘，更换了采样电路中的采样电阻，电流采样电路中抗混叠电阻阻值发生变化，从而导致电能计量严重负超差。进行基本误差试验时，发现实际输入电流和电能表测量值相差很大初步判断电能表电流采样电路存在问题。

利用电路仿真软件仿真进行仿真分析，为了确保仿真模型的准确性，首先对AD采样通道直流阻抗进行了实测，为124kΩ。然后在PSPICE软件中搭建电流采样电路模型，并分析测量误差。

2.1.2 分流窃电

某供电公司发现现场运行三相电能表存在电流少计、误差严重超差的情况，有疑似窃电现象。对故障电能表进行误差检测，同时按显表内各相电流，发现故障电能表少计电流。

由上表可以看出电流采样环节存在异常导致电流采样值失准，进一步检查后发现，故障电能表内部电流进线与出线之间被加装了铜片。由于三相电能表电流采样回路主要由电流互感器与PCB板上的采样电阻构成。由于二次回路电流较小，不直接测量电流互感器二次电流，而是测量PCB板上二次回路上的压降。故障电能表接入30A电流时电流互感器二次电流理论值为12mA，接入点两端电阻的理论值约为6Ω，因此二次回路上的压将约为72mV。实际测量时故障表二次压降明显小于72mV，说明该故障表电流采样回路存在异常情况。由于铜片安装在电流互感器穿孔之前，所以，实际电流绝大部分被铜片分流，而不经过电流互感器采样，直接导致电流少计。

2.1.3 移相法窃电

移相法窃电移相法窃电的原理是对电表电压和电流正常接线进行改动，除此之外，或电容或者是电感引入其中，使电能表出现反转或慢走现象。如三相三线电能表，在电能表Ia与Uab的相角差大于90°时，电能表反转，当两者之间的夹角小于90°时，电能表慢走。因此，不仅要检测好三相电压的相序，同时还要检测某两个相序之间的夹角，不能满足其中之一的时候，就说明有窃电行为存在；一旦出现三相电流不存在固定相位，或是相角关系的时候说明有窃电行为存在。

2.2. 電能表质量故障

电能表质量方面的故障主要是指电能表经常会出现因质量问题导致的故障，这些故障可能由于元器件质量或者生产工艺不过关导致在对电能表进行检定或检测时会出现某些试验项目不合格，电能表故障。

2.2.1 元器件故障

电能表的关键元器件有17种之多，包含变压器、计量芯片、单片机、晶振、485芯片、电阻、电容等等。如果元器件质量不满足要求，那么往往在检测过程中就会发现某些试验项目不合格。

某次的批量检定过程中发现部分电能表存在通讯不成功的情况，对通讯不成功的电能表进行抄读表地址试验，发现利用检定台体（通讯线无源）抄读电能表无返回数据；而利用串口调试助手（有电源驱动）单独对电能表进行表地址抄读，发现电能表有数据返回，因此初步判断故障原因是由于电能表RS485驱动能力不足导致的。

分析原因为故障电能表485通讯芯片输出A/B端出现内部击穿的现象，导致耐压试验后容易被击穿。

2.2.2 工艺控制

工艺控制方面的问题一般是指在生产过程中由于某一道或多道工序控制不够严格导致电能表在使用过程中出现故障。工艺控制方面的故障一般为批量发生而非零散的个案。

检定过程中发现有部分电能表存在基本误差超差的现象，究其原因，主要是计量芯片得到的电流采样值有偏移造成的。

目前国内主流单相电能表的电流采样主要是利用锰铜片采样，这种锰铜片有一定的阻值，有电流流过是会产生相应的电压，此电压值传送给计量芯片从而达到采样的目的。一旦锰铜片的阻值发生了变化，电流信号采样值就会随之发生变化，采样结果也就不同。

电流采样线搭在了锰铜片上，相当于并联了一个电阻，导致锰铜片实际阻值小于理论值，电能表在一个小于理论采样电阻阻值的情况下调校完成后，在振动情况下又使上述的状态发生改变。

电能表在出厂前由于工艺控制不到位导致在采样线一部分和锰铜片发生并联的情况下进行调校，出厂运输等振动环境下并联点分开，导致采样电阻值变大，从而出现前文提到的检定过程中误差超差的情况，并且此类超差一般为正超差。

3 结语

本文通过列举了现场和检定过程中常见的几种故障现象，并对其故障原因进行分析，有助于对现场可能发生窃电行为的故障电能表进行分析，找出故障原因，从而找到解决此类故障的方法；在智能电能表检测和检定环节，可以对几种常见的电能表故障进行快速判断并准确定位发现问题的环节，从源头减少故障电能表出现的几率，从而保证智能电能表供货质量，提高智能电能表可靠性和稳定性。

参考文献

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（作者单位：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院）