智能电表计量失准现象的分析方法

张志荣

（华立科技股份有限公司，杭州 310023）

0 引言

在中国电力市场上，智能电表的安装数量已经超过了8亿只，其计量准确度至关重要，不但体现了公平性，而且会影响经济效益。计量失准问题是导致电力公司经济效益异常的重要问题，它具有隐蔽性和取证难的特点，是计量监督管理工作的重点[1-12]。

1 计量失准原理分析

典型智能电表计量设计如图1所示。以国家电网单相智能费控电能表（DDZY）及南方电网单相智能费控电能表（DDSK）系列单相电能表为例，计量芯片设计时会涉及校表参数和计量参数两部分，校表参数影响计量误差的准确度，计量参数影响芯片计算的准确度，可据此推测出计量失准的原因：

图1 典型智能电表计量设计

1）计量芯片硬件电路某部分发生更改，可能是电压采样器件、计量芯片基准电压发生偏移、工艺原因导致，工艺原因包括分板应力、三防漆涂抹工艺有问题。

2）计量芯片校表参数出现偏差，即计量计算参考值发生偏移，可能是软件部分校表参数未能及时初始化，导致计量校表参数调用错误，造成软件流程误判，从而使有效值发生偏离。

1.1 计量芯片基准源发生变化

典型计量芯片电路如图2所示，对现场运行反馈的故障现象进行总结，发现计量失准的一个原因是计量芯片的第12引脚的基准源去耦电容Ca9出现损坏，正确阻值应该是0.1μF，基准电压应该是2.5V。

图2 典型计量芯片电路图

在实际应用中，电容Ca9经常失效，原因有：①分板应力导致；②器件本身问题；③印制电路板（printed circuit board, PCB）分布位置不合理，容易受到应力损伤。分析如下：

Ca9电容假性失效等效电路如图3所示，电容Ca9变成R4电阻时，Vref可由式（1）计算。

图3 Ca9电容假性失效等效电路

式中：R1、R2为计量芯片内部的等效电阻；R4为电容Ca9处于似断非断状态的等效电阻，此等效电阻阻值一般为几兆欧。

基于图3及式（1）发现：该电容损坏后出现似断非断现象，即假性失效现象，其变成一个具有较大阻值的电阻，此电阻与内部电阻并联后，导致计量芯片基准电压Vref下降，从而导致校表参数电压有效值超过标准值220V，会出现超过260～700V等异常电压，基准源Vref值与有效值的变化关系见表1。

表1 基准源Vref值与有效值的变化关系

随着计量芯片基准电压的不断降低，计量误差偏正，偏正的趋势接近Vref每变化1%，计量误差会增大2%（考虑到电流和电压叠加计算的原因）的状态，下降趋势越大，误差越大，低于2.1V时会出现电能表计量飞走情况，变化趋势计算为

式中：Un′为变化后的电压有效值；Vr′ef为变化后的基准源电压；Un为正确的有效值。

1.2 电压采样电阻有效值发生变化

在实际应用中，经常出现窃电或者计量故障，后经过分析发现电压采样电阻阻值发生变化的情况，主要现象为：①电阻损坏或虚焊；②阻值发生变化，人为更改器件或电阻阻值漂移导致。

V3IN+典型电压采样电路如图4所示，Ra1、Ra2、Ra3、Ra4、Ra5、Ra7为电压采样电阻，Ra1～Ra5阻值为200kΩ，Ra7为1kΩ。电压采样Vp为

图4 V3IN+典型电压采样电路

从式（3）可知，只要改变其中任意一个电阻值，即可改变Vp的值，只要将电阻阻值变大，即可减小Vp有效值，从而使计量参数发生变更，导致计量失准，Vp值参变量变化趋势见表2。其中，电压有效值V=KUn×1 000。

表2 Vp值参变量变化趋势

经分析可知：

（1）当Ra7阻值变大，且式（3）分母值不变时，则电压有效值会显著变大，导致飞走情况发生。

（2）当式（3）分母变大，且分子不变时，若Ra5阻值变为1MΩ 左右，表计会出现频繁掉电（低于60%临界电压）；若Ra5阻值增加到3MΩ ，电压有效值接近60V，导致电能表软件误认为表计掉电；若Ra5阻值变为7MΩ ，电压有效值极小，会被软件误判为无电状态。

2 典型故障

2.1 典型现场9852号表，6309号表出现显示电压为0

某现场运行三年的单相智能电能表，现场翻看电能表液晶显示轮显，发现Un电压有效值为0V，拆回后分析如下。

如图5所示，9852号表Ra5电阻被更换，6309号表Ra3电阻被更换，阻值变为5.1MΩ，原采样电阻应该为200kΩ，更改阻值后Vp为

图5 9852号表Ra5电阻被更换，6309号表Ra3电阻被更换

由此可知，Vp采样值比正确值缩小了大概5.9倍，根据表2可知，电压有效值变为37V左右。根据智能电表嵌入式软件的判断流程可知，如果低于25%Un时，会被判定为掉电状态，参与计算的电压Un会被直接赋值为0V，所以这两只表计处于停止计量状态。

2.2 典型现场0133号表，8941号表，3943号表

根据现场拆回的表计分析，0133号表电压Un为346V，8941号表电压Un为550.5V，3943号表电压Un为688.5V；误差基本超差。

经过测试，0133号表计Vref基准电压为1.6V，同样方法8941号表Vref值为1V，3943号表Vref值为0.8V；三个表误差显示99.99%，脉冲灯闪烁频繁。但是将Ca9电容焊接下来后，放置10min，再次焊接后表计Vref又恢复2.5V，计量误差+0.035 5V，计量误差合格，如图6所示。

图6 正常Vref值及0133号表基准电压值

3 结论

综上分析，计量失准问题在现场是存在的，它会造成计量准确度严重偏离，导致售电方与用电方之间产生电费纠纷；正确的技术分析能够厘清本质原因，将问题责任界定清楚，因此须慎重分析，希望本文能够为计量管理单位提供指导。