探析智能电表计量失准的原因与解决策略

探析智能电表计量失准的原因与解决策略

胡卫东

（青海黄河电力技术有限责任公司）

摘要：智能电表是智能电网的智能终端，除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外，为了适应智能电网和新能源的使用它还具有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、防窃电功能等智能化的功能，为了充分发挥其作用，本文简述了智能电表计量的主要特征以及智能电表计量的应用，对智能电表计量的失准原因及其解决策略进行了探讨分析。

关键词：智能电表计量；特征；应用；失准；原因；解决策略；

一、智能电表计量的主要特征

目前使用的智能电表计量已经具有现代信息技术和通信技术以及计算机智能芯片技术，可以实现用电和用电计费自动化管理等一体化智能计费功能，并且随着科技的进步发展，提高了智能电表计量水平。智能电表计量可分为两大类：全电子式智能计量电表的现代信息含量较高，无论是计量功能，还是对用电数据的处理能力大部分元器件都是由集成电路安装完成的，基本上克服了传统机械部件存在的弊端。机电一体式智能电度表其实就是在原机械式电度表的基础上添加了一部分零部件，除比机械式电度表易于安装外，计量功能大大增加，测量误差相对较少，其造价大大减低。全电子式智能计量电表和机电一体式智能电表相比，全电子式智能计量电表的体积相对较小，性能大大提高；更显著的特征就是精确度高，而且可以降低了本身的耗电量，从而可以减小误差。

二、智能电表计量的应用分析

智能电表计量对于实现远程控制非常重要，以下结合远程控制智能电力仪表进行分析，其是通过IC卡的工作原理基本都是相仿的。首先是用电客户持电力智能电量计费IC卡到用电管理大厅进行充值，电力销售管理人员会将客户用电的多少写进IC卡；然后，用电客户将IC卡插入到智能计量电表的刷卡区进行感应充值，这样就实现了合闸供电的系统，也就是说，感应充值后，智能计量电表就会按照事先输入的数据进行正常供电。随着时间的推移，用电量的增加，事先输入的数据电量数会逐渐减少，直到降低到用尽数值时会自动报警提醒，如果用电客户将电用完，系统会自动报警并拉闸断电。此时，用电客户持卡必须要到供电公司进行再次购买电力电能数据重新恢复供电。智能电力计量表通过连接计算机软件通过联网实施远程控制，实现供断电功能。

三、智能电表计量的失准原因及其解决策略

1、智能电表计量的失准原因分析。文章以单相智能电表的安装使用为例对计量失准进行分析，笔者认为其失准的原因主要有以下几方面：（1）软件原因。第一、数据校验方式原因。一方面是计量芯片校验程序存在漏洞，智能电能表在快速停复电时，主处理器MCU未能成功将配置参数写入计量芯片，而后续程序也未对计量芯片的配置参数进行校验，计量芯片运行在错误的配置参数下，造成电能计量失准；另外通常软件采用累加和的校验方式，这种方式存在数据改变带累加和不变的概率，如采用CRC16校验方式对于一串随机数仍存在1/65536出错的概率。第二、正常计量时校表参数纠错流程原因。在校表参数发生异常时，软件设计缺少容错处理，在异常情况下软件对数据的保护机制不可靠。第三、数据备份机制存在缺陷的原因。单独采用RAM备份或者一份E2PROM备份的方式对数据的可靠性保证不够。特别是对重要数据如费率，电价，校表参数等。（2）硬件原因。第一、计量电路外围电路设计不可靠的原因。第二、MCU和计量电路通讯线路不可靠。当通讯线路受到干扰时，数据出现读写异常。第三、整体电路抗干扰能力不强。PCB布板设计缺陷，本身的EMS设计能力不强，电表的计量部分受到干扰。（3）生产工艺原因。第一、印制板本身质量有问题回流焊或波峰焊焊接完成后印制板的曲翘度大于设计要求，元件受力不匀造成元件脱落或断裂；手工分板操作造成计量芯片的基准源滤波电容出现损坏，导致电能表运行过程中计量芯片的采样数据异常，引起电能表计量失准。第二、电路板部分元器件受到灰尘污染，电路板清洗不到位或者半成品堆放环境粉尘多，高温，潮湿等现象。在安装期间适逢梅雨季节，计量芯片基准电源的去耦电容管脚由于污染，在受潮后对地形成旁路导通，造成采样值放大，电能计量失准。第三、生产工艺控制缺陷造成电气短路，波峰焊和回流焊工艺控制不到位，导致焊接后有较多的残留物留在印制板上；无三防处理或三防处理不到位，如电路板未在干燥条件下涂覆三防漆。

2、智能电表计量失准的解决策略。具体表现为：（1）软件失准原因的解决策略。第一、对电量数据采用多种类及多份备份处理。如电量备份数据分为以下几份：MCU的RAM有主、副两份电量数据，EEPROM电量数据分为掉电存储区电量数据和每度电电量备份数据，每度电常规电量备份数据又分为2个区轮流备份。读取电量时首先对RAM中计量参数进行效验，如果不正确则读取EEPROM中存储数据，如果读出的数据依然不正确，还可以参考EEPROM中备份数据，避免出错。第二、加强软件自检功能和纠错功能。加载电量时需要根据备份数据的优先级逐一判断。对校表参数采用多种类及多份备份处理，对计量参数采用RAM和双备份EEPROM的方式，如果数据异常，则重新初始化校表参数。第三、计量程序在运行过程中监控计量芯片状态。保证脉冲常数等重要的表计参数经过严格的校验，防止由于读写参数异常或收到外界干扰而发生异常；在脉冲读取过程中增加保护措施，防止脉冲数读取不准确。对计量芯片有非正常状态处理机制，例如脉冲数过快要根据阈值等相关条件来加以限值等措施。（2）硬件失准原因的解决策略。主要表现为：第一、布线严格按照强弱电分开原则，保留足够电气间隙，保证PCB质量优良。所有片式电容器焊盘与地过孔都大于安全距离，保证不会因电容受潮而与地的阻抗减小导致。第二、加强线路板布局的合理性，合理应用滤波措施，端子引线长度尽可能短且走线整齐规矩，避免形成环路，变压器、继电器增加屏蔽措施，减少器件和线路对外的噪声辐射和传导，提高线路设计的抗干扰能力。同时对于计量部分的电压、电流采样信号，尽量采用差分走线，并且在走线时注意模拟部分的地需要避开数字信号线的噪声干扰。第三、开发设计中，印制板布局应考虑外力作用（受热、应力、人为因素等），在PCB设计中电容及其它器件应放置在不易受外力影响的部位。（3）生产工艺失准原因的解决策略。主要包括：第一、采用专用分板机防止对印制板及器件造成损坏；生产过程中采用专用的半成品防静电周转箱。第二、计量芯片、晶振、光耦有明确焊接要求，焊接温度不允许过高，避免因温度过高损坏芯片及相关元器件。所有贴片元器件均为回流焊，除按键等特殊元件外所有直插元件均为波峰焊，超声波清洗，全程人工不参与，最大限度降低人为带来的产品质量下降。第三、所有电表焊接后刷三防漆，防止潮湿环境下吸收水汽导致电器性能变化。

结束语

综上所述，智能电表计量实现了数据自动采集，进而实现集中抄表的目的，同时可以促进电力营销，提高电力服务质量等，但是其长期运行后会存在计量失准现象。因此为了充分发挥智能电表计量的作用，对智能电表计量的失准原因及其解决策略进行分析具有重要作用。

参考文献：

[1]Q/GDW1364-2013.单相智能电能表技术规范

[2]崔泓.智能电表在智能电网中的应用[J].中国设备工程，2017（04）

[3]徐璇等.智能电能表计量故障原因分析[J].电子测试，2017（03）

[4]俞林刚等.现场单相智能电表不计量故障原因分析[J].江西电力，2017（04）