浅析电子式电能表的校验及故障处理

摘要 近些年随着电力企业的发展,电能计量表计要承担的功能也越来越多, 微电子技术和单片机应用技术的发展和普及,为电能表多功能、高精度的实现创造了有利条件,正是在这种背景和条件下,电子式电能表,尤其是电子式多功能电能表得以出现并得到了飞速发展。本文分析了电子式多功能电能表的校验方法,出现的问题和提出解决方法。

关键词 电子多功能;校验;出现故障;解决方法

中图分类号 TM933 文献标识码 A 文章编号 1674-6708(2009)10-0090-03

0 引言

多功能电能与传统的感应式电能表相比,具有测量精度高、过载能强、功率消耗低、性能稳定可靠、体积小、重量轻、作简便、易于实现管理功能的扩展、一表多用等特点。新型电子式电能表的应用,使供电企业的电能计量管理水平和技术水平都有了很大提高。但由于电子式电能表与感应式电能表的区别较大,也存在一定的弱点,在实际的检定和运行中还存在许多新的问题,因此,只有及时发现和处理电能表在校验和运用中的问题,才能确保其安全、准确、可靠地运行,但是多功能电能表在现场使用时也会出现故障。

1 多功能电能表的校验

1.1 电子式电能表的校验方法

多功能电能表的校验方法依据JJG596-1999《电子式电能表》检定规程,检验中还应参照DL/T614-1997《多功能电能表》、GB/T15284-2002《多费率电能表特殊要求》、DL/T645-1997《多功能电能表通讯规约》等规程。规程中多功能电能表的校验方法已经很详细,现对规程中有不同技术要求和校验方法的检定项目进行比较分析。

1.1.1 校核计度器示数

对多功能电能表除了校核计度器总示数外,还要对表中设有的分时计费时段进行校核,以确定分时段的计量是否准确。JJG596-1999《电子式电能表》规定各费率时段计数器与总计数器的改变量应满足|ΔW-ΔW0|×10α≤2;DL/T614-1997《多功能电能表》规定0.01%E0±1×10-(α+1);GB/T15284-2002《多费率电能表特殊要求》规定|ΔWD0-ΔWD1|1×10-β,α和β均为总计度器小数位数。

1.1.2 确定电能测量基本误差

目前,大多采用标准电能表法,利用高频脉冲预置法。

基本误差r=m0-m/m×100(1)

其中m0=CH0/CLKIKU(2)

上两式中:r0为标准表或检定装置的已定系统误差,不需更正时r0=0;m为实测高频脉冲数;m0为算定(或预置)的高频脉冲数;CH0为标准表的高频脉冲常数;CL为被检表的低频脉冲常数;KI、KU分别为电流互感器、电压互感器的变比。

1.1.3 确定需量示值误差

用标准功率表确定需量误差时,在测试期间负载功率稳定度应不低于0.05%,标准表的准确度级别应不低于0.1级。

需量示值误差rP=P-P0/P0×100 (3)

式中:P为被检表需量示值;P0为加在需量表上的实际功率。JJG596-1999规定:多功能安装式电能表,需量示值误差以相对误差表示。在参比电压、参比频率和功率因数为1时,当I=0.1Ib~Imax,其需量误差(%)应不大于规定的准确度等级值。DL/T614-1997规定:多功能电能表在参比电压、参比频率、参比温度和功率因数为1条件下,在0.05Ib~Imax范围内,需量示值的相对误差应不大于±(0.5+0.05Pm/Pn)%,其中Pm为在参比电压下,cosφ=1及I=Imax时的计算功率;Pn为实测功率。

1.1.4 对日计时准确度的要求

DL/T614-1997规定:在参比温度下,晶振时间开关的日计时准确度应不大于0.5s/d(当电池投入36h后,计时准确度优于1.5s/d),随温度的改变量应小于0.1s/(℃·d)。

GB/T15284-2002规定:在参比温度下,晶控时间开关计时准确度应优于0.5s/d,靠工作储备开动12h后,计时准确度优于1.0s/d,计时准确度随温度的改变量每24h应小于0.15s/℃。

由此看出,现阶段有关多功能电能表检验规程较多,对照多个规程可以发现在试验方法和检验规则上是不相同的,在利用不同的方法检验时,就会得出不同的试验结果和结论。多功能表在校验时应参考不同的标准,使其均能合格以提高检验的科学性合理性,确保电能表的准确可靠。

2 多功能电能表的出现故障及解决措施

2.1 电源电路故障

2.1.1 显示器不显示

1)当电源电路经变压器降压方式供电时,可能存在的故障有:

(1)由于三相电能表是单相变压器供电,因而外部电路PT一次侧熔丝或低压熔丝熔断,而且断相的为电子电路的工作电源相时,造成显示器不显示。针对以上问题处理方法为恢复外部电路正常供电。

(2)因变压器绕组出现断线或匝间短路或变压器烧坏,造成显示器不显示。针对以上问题处理方法为更换同规格的变压器。

(3)变压器连线与主要线路印刷板连通不好或断线。针对以上问题处理方法为将连线焊接好。

2)当电源电路经阻容降压方式供电时,电容击穿可造成显示器不显示针对以上问题处理方法为更换电容。

3)当电源电路通过开关电源的降压方式供电时,稳压管损坏,可造成显示器不显示。针对以上问题处理方法为更换稳压管。

4)在电子电路中,如果出现诸如因雷电感应而产生的过电压,可能使电路损坏或老化,干扰电路的工作,造成工作错乱或失效。为解决这个问题,通常在电源电路中采用压敏电阻来抑制浪涌电压。压敏电阻是一种电阻值对电压“敏感”的元件,它的电阻值随电压的增加而急剧下降。一旦加在压敏电阻上的浪涌电流超过其所能吸收的能量、压敏电阻将击穿短路,为防止短路引起外部电网的故障,一般与压敏电阻串联一保险丝。在这种情况下,如果熔丝断或压敏电阻击穿都会引起显示器不显示。针对以上问题处理方法为更换熔丝或更换相应的压敏电阻。

2.1.2 数据或程序丢失

多功能电能表在断电时主要由备用电源来维持时钟及一些存放在RAM的程序及数据。备用电源系统由锂电池和储能电容组成,有的仅有锂电池或储能电容。如果全电子多功能电能表的大量数据及程序存储于其中,断电时可无需消耗备用电源,后备电源仅提供给时钟电路,因而消耗后备电源的容量很小,但若将全电子多功能电能表的数据存储于RAM中,则需要有电源维持才能保存数据,长时间断电很快就会耗尽电池容量,从而造成数据和程序丢失。由备用电源引起数据,程序丢失的常见故障有:

1)电池电量耗尽,造成程序、数据丢失,针对此问题的处理方法为更换电池,将电能表重新编程设置(应特别注意:经试验室调试的全电子多功能电能表应及时安装于现场,避免长期断电,耗尽备用电源);

2)储能电容漏电,以致停电时将数据、程序丢失,针对此问题的处理方法为:更换电容;

3)电池接头接触不良,或连接电池的跨接器或焊点开路,造成断电后备用电源无法供入,将表内程序、数据丢失,针对此问题的处理方法为重新连接电池;

4)电池连接线短路放电,耗尽电池,使程序、数据丢失,针对此问题的处理方法为消除短路,更换电池。

2.2 单片机的故障

单片机是全电子多功能电能表的数据处理单元的核心部分,如果单片机的抗电磁干扰性能较差,则会引起系统功能失常或系统突然锁死,不能正常运行程序,或受干扰后程序发生错误,使系统跳出正常轨道,或出现测量数据错误,或造成控制误动作等。上述原因引起的故障现象有:

1)显示停滞或乱跳,数据和程序乱套,处于死机状态。针对以上问题的处理方法为将工作电源、备用电源全部断开,过段时间后再重新编程弃置,有时能恢复正常工作,若不能则可以判断单片机坏,应更换主芯片。为了避免出现上述死机状态,通常在单片机中设置电路,当CPU的程序进入局部死机或程序停留在某一指令不再向下进行时,产生一个信号去复位或清零CPU,使CPU重新回到初始化。

2)在正常停送电过程中,由于开关的闭合总会有些抖动,这会使脉冲的开始和尾部出现一些毛刺造成脉冲多计量,在需量周期内计算的需量值偏高,针对此问题的处理方法为一般通过软件编程,在供电恢复后,使需量数据记录的恢复延迟一段时间,需量测量延迟的时间可任意设定。

为了提高多功能电能表的单片机抗电磁干扰能力,通常采用以下几中方法:恰当的接地方式、电源线及元器件合理地布置、屏蔽方式,光电隔离、滤波以及通过软件抗干扰。

2.3 显示器的故障显示器

常用的有LED数码管显示器和LCD液晶显示器两种,主要的故障现象有:数码管显示器的数码管缺笔画,造成主要原因为相关引脚虚焊。针对此问题的处理方法为重新焊接。针对数码管本身缺段,处理方法为更换显示器。液晶显示器缺少笔画或不显示,造成的原因主要为液晶显示器坏。针对此问题的处理方法为更换显示器。液晶显示器导电橡胶接触不良,针对此问题的处理方法为更换导电橡胶。

2.4 电能计量单元的故障

全电子多功能电能表的测量单元,主要有热电转换型、高精度A/D变换器型、霍尔乘法器型,时分割乘法器型等几种类型。电能测量单元的常见故障是没有脉冲计数或少许脉冲,针对此问题的处理方法为更换芯片。

2.5 实时时钟电路的故障

实时时钟电路常见的故障现象有:

1)时钟不准,日历不对,造成的原因有:

(1)全电子多功能电能表的实时时钟若为电网频率时,由于电网频率波动大而影响时钟的精度,针对此问题的处理方法为校准时钟。

(2)实时时钟频率源为晶振时,如晶振失效或配对电容失效,造成时钟不准,针对此问题的处理方法为更换晶振或重配电容,然后校准时钟。

(3)实时时钟为软时钟时,因单片机故障而使时钟遭破坏,这种故障在单片机故障排除后,将自动消除。

(4)万年历编程设置错误,造成非闰年多1d,针对此问题的处理方法为重新编程设置。

2)时钟坏,造成停电后数据丢失,针对此问题的处理方法为更换时钟。

2.6 通信接口的故障

全电子多功能电能表的通信接口有红外光学接口、RS232和R485串行通信接口以及脉冲输出接口等几种形式,各种形式存在的故障分析如下:

1)红外光学接口的连接方式有直接红外光的磁吸式和调制红外光的远程摇控式,常见的故障现象有:

(1)当通过红外光学接口进行编程和抄表时,发生编程失效或抄读不到数据,其主要原因有:

①光电转换器的电源容量不足,针对此问题的处理方法为更换电池;

②磁吸式读数头的位置偏差较大,针对此问题的处理方法为调整读数头的位置;

③光学接口有灰尘,影响红外光的接收,针对此问题的处理方法为清洗灰尘。

(2)红外线远距离抄表和编程异常,主要原因是:①超出规定距离范围,针对此问题的处理方法为在距离范围内抄表和编程;②红外线发射器或接受器故障,针对此问题的处理方法为修理红外线发射器或接受器。

2)RS232和RS485接口为标准串行通信接口,如果其通信不正常,主要是串口芯片故障,针对此问题的处理方法为更换串口芯片。

3)当脉冲输出接口没有脉冲输出时,主要是输出电路的光电耦合器故障,针对此问题的处理方法为更换光电耦合器。

2.7 编程和操作问题

全电子多功能电能表与一般感应式电能表在使用操作上最大不同之处在于多功能电能表必须通过编程后才能使用。因此,编程或操作不当会造成一定的故障,常见的故障现象有:

1)编程时,将电能表常数预置错误,造成计量错误,针对此问题的处理方法为重新编程预置正确参数,并计算退补电量。

2)数据处理单元长时间处于测试状态。数据处理单元的测试功能一般供试验用,在现场时只能做短时的测试,因为在测试状态中,不累计于计费数据中,因此,造成数据处理单元的显示值比实际值偏低,针对此问题的处理方法为将数据处理单元由测试状态恢复到正常工作状态,重新编程修改显示值。

3)按下需量复位按钮复位时,由于导电橡胶按下后未能恢复原位,处于常复位状态造成显示器的需量值始终为零,针对此问题的处理方法为修理调整复位按钮。

3 结论

上述故障是现场运行中总结出来的,从中我们可以看到,在选用全电子多功能电能表时不但要选用质量好的,在安装到现场后,抄表时还要核查实际电量,以便及时发现故障,工作人员也要掌握全电子多功能电能表的运行情况和故障现象,不断地探索研究排除故障的新方法、新工艺,促进电能计量技术的进一步发展。