Anàlisi de les causes comunes d'errors operatius en els comptadors intel·ligents d'electricitat

Amb el desenvolupament continu de les xarxes intel·ligents, els comptadors d'electricitat intel·ligents es van utilitzant cada vegada més àmpliament, i es troben freqüentment diversos tipus de fallades operatives en els comptadors intel·ligents en el treball de mesura d'energia. Aquest article analitza les causes de les fallades dels comptadors intel·ligents i proposa solucions corresponents, utilitzant diversos casos reals de fallades operatives com a exemples.

1. Pantalla negra
La pantalla negra es refereix a un comptador amb alimentació sense visualització, que és la fallada més comuna en comptadors intel·ligents en funcionament al camp. En treure i provar aquests comptadors defectuosos, s'ha constatat que el condensador a la posició C2 de la subplaca DCDC està deteriorat, el xip regulador de tensió a la placa d'alimentació està fumat, o el fil neutre UN s'ha desconnectat. Les causes d'aquesta fallada de pantalla negra són les següents: sobretensions instantànies al circuit (com ara impactes de llamp o fluctuacions de la xarxa elèctrica) o harmònics d'ordre superior generats per entorns operatius complexos poden deteriorar els condensadors i fer fumar els xips reguladors de tensió; una operació inadequada que no segueix el procés de fabricació pot resultar en soldadures defectuoses o desconnexió del fil neutre.

2. Visualització distorsionada
La visualització distorsionada es refereix al fenomen on la pantalla LCD d'un comptador d'electricitat intel·ligent mostra trams absents. Les causes possibles inclouen una soldadura defectuosa als pines de la pantalla LCD o l'instal·lació del comptador a l'exterior, exposat a radiació solar de alta temperatura durant períodes prolongats. Per exemple, un comptador trifàsic d'una empresa mostrava l'energia activa total directa com 702.610,88 kWh, l'energia de punta com 700.451,96 kWh, l'energia de hora punta com 700.987,42 kWh, l'energia de tarifa plana com 700.551,59 kWh, i l'energia de valle com 700.619,91 kWh. En condicions normals, l'energia activa total directa hauria de ser igual a la suma de l'energia de punta, hora punta, tarifa plana i valle. Tanmateix, aquesta equació no es complia en aquest comptador. Els últims vuit dígits del codi de barres mostrat a la pantalla LCD eren 75517684, mentre que els de la plaqueta eren 05517684.

Això indica que la pantalla LCD tenia trams absents—on el dígit "0" s'havia mostrat incorrectament com a "7", confirmant una fallada de visualització distorsionada. Quan es va llegir el comptador in situ amb un lector de comptadors manual, l'energia activa total directa es va registrar com 002.610,88 kWh, l'energia de punta com 000.451,96 kWh, l'energia de hora punta com 000.987,42 kWh, l'energia de tarifa plana com 000.551,59 kWh, i l'energia de valle com 000.619,91 kWh. La suma de les lectures individuals coincideixia amb el total, confirmant encara més el diagnòstic de visualització distorsionada. La causa principal d'aquesta fallada es va determinar que era la exposició prolongada a radiació solar de alta temperatura degut a l'instal·lació exterior del comptador.

3. Incapacitat de llegir les dades d'energia
Aquesta fallada normalment es refereix a l'aparició del símbol "←" (que indica flux d'energia invers) a l'esquina inferior esquerra de la pantalla LCD, amb la lectura d'energia activa total directa com zero i la lectura d'energia activa inversa com un valor no zero. La investigació va revelar que la causa principal era una connectivitat incorrecta del comptador, i el consum real d'energia era igual a la lectura d'energia activa inversa. Després de corregir l'error de connectivitat, el comptador va tornar a funcionar normalment.

4. Tensió baixa de la bateria
Els comptadors d'electricitat monofàsics i trifàsics disposen de bateries internes de rellotge que alimenten el xip de rellotge intern. Els comptadors trifàsics també tenen una bateria per a la lectura del comptador en cas de tall d'electricitat, situada darrere de la porta de programació del panell del comptador. Quan es produeix una fallada de tensió baixa de la bateria, la llum d'alarma del comptador roman constantment encesa, i apareix un símbol de baixa potència a la pantalla LCD. La gestió in situ implica treure el segell de la porta del panell, obrir la porta, treure la bateria i mesurar la tensió entre els seus terminals positius i negatius utilitzant un voltmetre de corrent contínua. Si la tensió compleix les especificacions, la bateria s'ha de reinstal·lar i reposicionar per assegurar un bon contacte; si la tensió és inferior al valor nominal, la bateria ha de ser reemplaçada.

5. Registre ràpid (super-registre)
Un comptador d'electricitat monofàsic d'un usuari va mostrar un augment súbit en la lectura d'energia. La prova in situ amb un instrument de calibratge va mostrar que el comptador estava dins dels límits d'error acceptables. La prova en laboratori després de la retirada també va confirmar que el comptador complia amb les normes, però la lectura pre-calibratge era de 4.505,21 kWh i la lectura post-calibratge era de 4.512,32 kWh—indicant que s'havien registrat 7,111 kWh durant la prova, mentre que una prova típica d'un comptador monofàsic només consumeix aproximadament 1 kWh. Això va confirmar la fallada de "registre ràpid".
L'anàlisi va revelar que la tensió d'alimentació del CPU era significativament superior als 5V dissenyats, causant operacions de lectura/escritura anòmals a la bus I2C. Una inspecció addicional del circuit d'alimentació va identificar un condensador C2 deteriorat. Les causes possibles del deteriorament del condensador inclouen sobretensions instantànies degudes a fluctuacions de la xarxa o impactes de llamp, i harmònics d'ordre superior deguts a entorns elèctrics complexos.

6. Anàlisi integral
Els comptadors d'electricitat intel·ligents són dispositius multifuncionals que, més enllà de la mesura bàsica d'energia, inclouen l'emmagatzemament i processament d'informació, monitoratge en temps real, control automàtic i intercanvi de dades. Satisfan les necessitats de mesura d'energia, gestió de mercat i servei al client. No obstant això, la seva funció principal continua sent la mesura precisa d'energia, que ha de ser tant precisa com estable. Per tant, a més de fer un ús complet dels sistemes d'adquisició d'energia per monitorar l'estat operatiu i els esdeveniments anòmals dels comptadors intel·ligents, és essencial analitzar les causes radicals de les fallades dels comptadors i implementar activament mesures d'apriment.

Basant-se en l'anàlisi dels casos de fallades operatives, les causes principals de les fallades dels comptadors es resumen com segueix:

(1) Influències ambientals, incloent interferència electromagnètica, harmònics, alt voltatge, impactes de llamp, descàrrega electroestàtica, temperatura i humitat excessives, camps electromagnètics de alta freqüència i pulsos electrics ràpids (EFT).

(2) Qualitat deficients dels components, incloent bateries, CPUs, pantalles LCD, relès, varistors, condensadors, xips de mesura, reguladors de tensió, xips de rellotge, cristalls, diodes optocuplers 485 i mòduls de comunicació portadora.

(3) Fallades de software, incloent bloquejos del sistema, canvis bruts en la visualització d'energia i errors de rellotge.

(4) Problemes de fabricació, incloent tècniques de soldadura subestàndard per part dels fabricants de comptadors (que duen a juntes fredes o suaus) i connectivitat incorrecta durant la instal·lació per part de les companyies d'electricitat.

Per abordar aquestes causes de fallades, es poden prendre les següents mesures:

(1) Reforçar la selecció de components per assegurar que els comptadors intel·ligents funcionin de manera fiable fins i tot en condicions ambientals extrems.

(2) Millorar les proves de software per millorar la capacitat de prevenció d'errors i anti-interferència del software.

(3) Millorar la supervisió de la qualitat de la fabricació, monitorant i avaluant eficientment tant la qualitat interna de la montatge com les pràctiques d'instal·lació in situ.