贺星，申丽曼，陈浩(国网湖南省电力公司计量中心，湖南长沙410007)

智能电能表计量故障原因分析

贺星，申丽曼，陈浩
(国网湖南省电力公司计量中心，湖南长沙410007)

本文从软件、硬件设计、制造工艺以及工作质量等方面，分析总结计量故障产生的现象和原因，并通过列举案例对计量故障进行实例分析。最后针对这类故障产生原因，提出了对生产、设计、应用环节的改进措施。

智能电能表；计量异常；电压

随着智能电能表大量推广和使用，其电网地位日趋重要。准确计量是智能表的基本要求，而且智能电能表的应用过程中，计量故障类型繁多，危害极大。包括电量倒走、电量飞走、电量走快、电量停走等，因此有必要对计量异常产生原因总结分析。从历年计量异常的故障中归纳出四大故障原因，并从最可能的故障点排查故障，找出故障产生的直接原因。这利于进一步推进智能表的生产与运维，促进其设计、生产、检测、安装上的完善。

1 故障原因分类

从对故障表鉴定的实例中来看，引起电能表计量异常的原因主要有软件故障、硬件故障、制造工艺以及现场工作质量和窃电等方面。

1)软件故障引起的计量异常主要包括两种。一是供应商进行软件校表时，电流增益、电压增益、相位补偿等计量芯片中用于电量计算的参数设置错误，导致输出的电压、电流、功率与实际不符。这类故障通常在出厂检测时能发现，如果供应商未按要求对每块表进行的出厂检测，这类故障表将会流向各省强检定线，从全检的基本误差检测项目中发现，并作为不合格产品退货。二是计量芯片和MCU没有抗干扰设计，计量芯片死机或计量芯片与MCU进行通信时受到外界干扰，以及MCU对存储芯片(如EEPROM)进行写数据时受到干扰或瞬间断电，导致电量丢失或电量存储错误。这类故障表重新上电后一般恢复正常，难以复现。

2)硬件故障引起的计量异常。主要包括三方面。一是元器件质量不佳，常见于元器件技术参数不满足电能表技术要求，在极端环境下运行后，元器件电气性能改变，元器件加速老化。二是安装有质量问题的元器件，如在电压、电流采样，基准电压电路安装已损坏的高频滤波用贴片电容，造成电压、电流、功率示值异常；晶振不稳定或晶振串联的杂散电容损坏，造成计量芯片不启动。三是硬件抗干扰性差。PCB设计应采用强弱电分开，来消除数字信号回路的电磁干扰；区分数字信号与模拟信号、数字地与模拟地，防止相互串扰；计量芯片外接晶振引线应尽量短等，如果电路板不满足这些PCB设计原则，电能表就不能很好的抑制干扰源。

3)制造工艺引起的计量异常。主要包括四方面。一是分压电阻、锰铜分流片两端引线、采样回路、外接基准电压回路滤波用的贴片电容虚焊，造成输入到计量芯片的采样值不正确，或者计量芯片用于ADC的基准电压不正确，都会引起计量芯片电能量计算不准确，同时会引起电压、电流、功率示值异常。二是生产过程中电路板清洁不到位，残留的锡渣未清理赶紧，造成引脚短接，比如晶振引脚短接会引起计量芯片不工作，基准电压引脚与接地引脚短接会引起电压电流示值均不正常；三是生产过程中损坏元器件。电能表生产环节包括贴片、回流焊、波峰焊、清洗、人工焊、检测、三防、烘干、装配等，其中装配环节属于人工流水线，人员不熟练或操作不规范，容易误碰电路板元器件，造成元器件损伤。四是电路板三防措施不到位。电路板三防包括防潮、防盐雾、防霉，主要通过喷涂三防漆实现，使用的三防漆质量差或配比不正确、喷涂环境不满足要求或喷涂前未进行干燥都会引起三防措施失效。电能表置于潮湿环境中易短路烧坏元器件或芯片。

4)现场工作质量和窃电造成计量不准。现场工作质量包括电能表接线错误，造成电压电流反相；不同用户的进线集中布线，产生感应电流，造成电表走快和潜动；批量安装过程中，电能表串户造成计量不准等。窃电引起的计量不准常见有短接电流端子、改变电压采样电阻阻值等。

2 计量异常故障案例分析

某电表厂生产的单相智能电能表现场运行时曾发生电压突然增高，电表飞走的故障。经现场排除无接线问题、无电磁干扰、无窃电痕迹。除电压突高现象外还出现电表潜动现象。现场拆回到实验室进行鉴定。加220 V电压后，屏幕显示的电压是785.7 V、火线电流0.113 A、功率0.088 kW。按额定电流，功率因数1.0对故障表进行基本误差试验，误差达到3 575%。电压突增导致电表飞走，且电能表电压短时间会稳定在一个数值，改变环境或进行移动后，电压数值有变化，推断设备硬件故障嫌疑大。

排查影响电压异常的几个方面:分压电阻到计量芯片电路、基准电压电路。即测量分压电阻、分压后电压值、基准电压外部引脚接地回路。发现基准电压外部引脚接地回路C18，C19贴片电容在电路板上的阻值异常，从图1看出正常情况阻值为∝，而测量得到阻值为463Ω，说明C18，C19至少有一个贴片电容已击穿。

图1 计量芯片电路板接线图

将故障表C18，C19电容更换成正常电容，并且电表加入220 V电压，测量REFV引脚电压恢复至1.25 V，显示电压220 V。电能表恢复正常。

C18，C19贴片电容位于计量芯片(RN8209C)REFV外接基准电压引脚与GND之间。起到去耦作用，防止外界干扰进入计量芯片，以确保基准电压稳定。从图2 RN8209C计量芯片内部原理图可知，采样电压、电流进入计量芯片后，经过ADC时，需要接入基准电压进行模数转换，再经过DSP处理器，计算出计量的数据。电能表经过校准后，基准电压为1.25 V。接入220 V电压时，经过分压、滤波电路，输入到模数转换模块的信号约0.3 V，经过模数转换及校表系数的修正，得到数值2 200，即220.0 V。当故障表基准电压因发生硬件问题变为0.35V时，输入电压为220 V，模数转换前端的信号还是0.3 V，而因基准值变小，得到的数据值会增大1.25/0.35倍，因此，按照校表系数计算后，得到的数值是7 857，即785.7 V，产生超大数据。

REFV引脚器件发生损坏，拉低了基准电压，相对得出的信号数据就会变大。造成电压数据超大现象。

图2 计量芯片内部原理图

外接退耦电容短路，没有起到退耦的效果时，会产生基准电压不稳定，也会带来电能表潜动、计量数据(电压、电流、功率等)偏差。

进一步对元器件供货、贴片、回流焊、波峰焊、人工焊、装配、出厂检测环节进行了调查，发现问题出在装配环节，由于C18，C19电容在电路板边缘，个别新工人不规范操作造成工作失误，碰撞C18，C19电容，使电容发生破损，图3为C18，C19电容在电路板上的位置。

图3 电路板故障点

3 改进措施

进一步分析故障产生的原因，可改进的措施，一是在出厂检测和计量中心强制检定的过程中发现基准电压异常；二是从源头上杜绝此类故障的发生。

1)贴片电容自身体积很小，外力损坏产生的裂纹也极小，需要扩大到一定程度才能失效。电表上电后，贴片电容两端具有压降，产生的热效应会导致裂纹扩大，且运输或其他振动时也会导致电容裂纹扩大或缩小，所以产生电压突增值不定，和时好时坏的现象。此类故障最大的危害就在于能躲过出厂检测和强检，因此需要从源头上杜绝此类故障发生。

2)改进检测电表硬件可靠性试验的方法，比如增加潮湿或高温环境下过压或过流试验，筛选出计量芯片周围存在故障隐患电能表。现在国内个别厂家开始研究多应力可靠性试验平台，我国电测行业也对电能表质量一致性和可靠性试验提出了要求。

4 结语

从本文所述的基准电压异常导致计量故障可以看到，计量故障的查找、鉴定工作要深入到器件生产、电表装配、配送等环节，找到根源才能对症下药。但是，电能表检测和故障表鉴定两方面存在漏洞和短板，常规检测项目不能检测出不同厂家不同批次电能表能承受环境的极限能力，不能检测出电能表的薄弱环节，然而正是电能表存在的薄弱环节决定电能表的寿命；而且针对电能表故障鉴定没有统一合理的鉴定方法，不同的故障需要不断探索、总结出经验。因此探索电能表新的检测方法和故障表鉴定方法越来越重要。

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〔5〕深圳市锐能微科技有限公司.RN8209G用户手册〔Z〕.2012.

Reason Analysis of Intelligent Energy Meter's Measure Fault

HE Xing，SHEN Liman，CHEN Hao
(State Grid Hunan Electric Power Corp.Measuring Center，Changsha 410007，China)

This paper analyzes and summarizes measurement and reasons of measure fault in some aspects which include software and hardware design，manufacturing process and working quality.This paper gives an example to analyze measure fault.At last，in allusion to this type of fault，improvementmeasures are proposed in production，design and application link.

intelligent energymeter；measure fault；voltage

TM933.4

B

1008-0198(2017)03-0083-03

贺星(1982)，女，湖南湘潭人，主要从事电能表检测及新技术研究。

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.03.023

2016-12-22