Analyse häufiger Betriebsstörungsursachen bei Smart Electricity Meters

Mit der stetigen Entwicklung intelligenter Netze finden intelligente Stromzähler eine zunehmend breitere Anwendung. In der Energiemessarbeit treten häufig verschiedene Arten von Betriebsstörungen an intelligenten Zählern auf. Dieser Artikel analysiert die Ursachen für Störungen an intelligenten Zählern und schlägt entsprechende Lösungen vor, wobei einige tatsächliche Fälle von Betriebsstörungen als Beispiele dienen.

1. Schwarzer Bildschirm
Ein schwarzer Bildschirm bezieht sich auf einen mit Strom versorgten Zähler ohne Anzeige, was die häufigste Störung bei im Feld betriebenen intelligenten Zählern ist. Bei der Entfernung und Prüfung solcher defekter Zähler wird festgestellt, dass der Kondensator an Position C2 auf dem DCDC-Untermodul beschädigt ist, der Spannungsreglerchip auf der Versorgungsplatine durchgebrannt ist oder das UN-Neutralleiter abgerissen ist. Die Ursachen dieser Störung des schwarzen Bildschirms werden wie folgt analysiert: Momentanüberspannungen in der Leitung (wie Blitzschlag oder Netzfluktuationen) oder höhere Harmonische, die in komplexen Betriebsumgebungen erzeugt werden, können Kondensatoren beschädigen und Spannungsreglerchips durchbrennen lassen; unrichtige Handhabung, die nicht der Fertigungsprozess entspricht, kann zu schlechten Lötverbindungen oder zum Abreißen des Neutralleiters führen.

2. Verwirrte Anzeige
Verwirrte Anzeige bezieht sich auf das Phänomen, bei dem der LCD-Bildschirm eines intelligenten Stromzählers fehlende Striche zeigt. Mögliche Ursachen sind schlechte Lötverbindungen an den LCD-Pins oder die Installation des Zählers im Freien und die langanhaltende Exposition gegenüber hoher Temperatur und Sonnenstrahlung. Zum Beispiel zeigte ein Dreiphasen-Zähler einer Firma die Gesamtenergie in Vorlaufrichtung als 702.610,88 kWh, die Spitzenzeitenergie als 700.451,96 kWh, die Hochlastenergie als 700.987,42 kWh, die Grundlastenergie als 700.551,59 kWh und die Niedriglastenergie als 700.619,91 kWh an. Unter normalen Bedingungen sollte die Gesamtenergie in Vorlaufrichtung der Summe der Spitzen-, Hochlast-, Grundlast- und Niedriglastenergien entsprechen. Allerdings stimmte diese Gleichung für diesen Zähler nicht. Die letzten acht Ziffern des auf dem LCD angezeigten Strichcodes waren 75517684, während sie auf dem Typenschild 05517684 waren.

Dies deutet darauf hin, dass die LCD-Anzeige fehlende Striche hatte, wobei die Ziffer "0" fälschlicherweise als "7" angezeigt wurde, was eine verwirrte Anzeige bestätigt. Wenn der Zähler vor Ort mit einem tragbaren Zähler gelesen wurde, wurde die Gesamtenergie in Vorlaufrichtung als 002.610,88 kWh, die Spitzenzeitenergie als 000.451,96 kWh, die Hochlastenergie als 000.987,42 kWh, die Grundlastenergie als 000.551,59 kWh und die Niedriglastenergie als 000.619,91 kWh aufgezeichnet. Die Summe der einzelnen Zeitraumwerte stimmte mit dem Gesamtwert überein, was die Diagnose der verwirrten Anzeige weiter bestätigte. Als Hauptursache für diese Störung wurde die lange Exposition gegenüber hoher Temperatur und Sonnenstrahlung aufgrund der Außenaufstellung des Zählers ermittelt.

3. Unfähigkeit, Energie-Daten zu lesen
Diese Störung bezieht sich in der Regel auf das Erscheinen des Symbols "←" (was Rückstrom anzeigt) in der linken unteren Ecke des LCD-Bildschirms, wobei die Gesamtenergie in Vorlaufrichtung null und die Energie in Rücklaufrichtung einen Wert ungleich Null anzeigt. Untersuchungen ergaben, dass die Hauptursache falsche Zählerverkabelung war, und der tatsächliche Energieverbrauch dem Wert der Energie in Rücklaufrichtung entsprach. Nach der Korrektur des Verkabelungsfehlers nahm der Zähler seinen normalen Betrieb wieder auf.

4. Batterieunterspannung
Einfache und dreiphasige intelligente Stromzähler verfügen über interne Uhrbatterien, die den internen Uhrchip speisen. Dreiphasige Zähler haben auch eine Batterie für die Ablesung bei Stromausfall, die sich hinter der Programmierklappe auf der Vorderseite des Zählers befindet. Wenn eine Batterieunterspannung auftritt, bleibt die Warmlampe des Zählers konstant eingeschaltet, und ein Symbol für geringe Spannung erscheint auf dem LCD. Die Ortsbehandlung besteht darin, das Siegel von der Vorderseite der Klappe zu entfernen, die Klappe zu öffnen, die Batterie herauszunehmen und die Spannung zwischen ihren positiven und negativen Polen mit einem Gleichspannungsmultimeter zu messen. Wenn die Spannung den Spezifikationen entspricht, sollte die Batterie neu installiert und positioniert werden, um eine gute Kontaktierung sicherzustellen; wenn die Spannung unter dem Nennwert liegt, muss die Batterie ersetzt werden.

5. Schnelle Registrierung (Überregistrierung)
Ein Benutzer bemerkte plötzlich eine Erhöhung der Energiemessung an seinem Einfachphasen-Zähler. Eine Ortsprüfung mit einem Kalibrierverfahren zeigte, dass der Zähler innerhalb der zulässigen Fehlergrenzen lag. Auch nach dem Entfernen und Testen im Labor wurde bestätigt, dass der Zähler den Standards entsprach, aber die Messung vor der Kalibrierung war 4.505,21 kWh und nach der Kalibrierung 4.512,32 kWh – was bedeutet, dass während des Tests 7,111 kWh gemessen wurden, während ein typischer Einfachphasen-Zähler-Test nur etwa 1 kWh verbraucht. Dies bestätigte die Störung der "schnellen Registrierung".
Die Analyse ergab, dass die CPU-Versorgungsspannung signifikant höher als die vorgesehene 5V war, was zu ungewöhnlichen Lese-/Schreiboperationen auf dem I2C-Bus führte. Eine weitere Prüfung des Versorgungsschaltkreises identifizierte einen beschädigten Kondensator C2. Mögliche Ursachen für die Beschädigung des Kondensators sind Momentanüberspannungen durch Netzfluktuationen oder Blitzschlag sowie höhere Harmonische aus komplexen elektrischen Umgebungen.

6. Gesamtanalyse
Intelligente Stromzähler sind multifunktionale Geräte, die über grundlegende Energiemessung hinaus Informationspeicherung und -verarbeitung, Echtzeitüberwachung, automatische Steuerung und Datenaustausch umfassen. Sie erfüllen die Anforderungen der Energiemessung, des Marketingmanagements und des Kundenservice. Ihre primäre Funktion bleibt jedoch die genaue Energiemessung, die sowohl präzise als auch stabil sein muss. Daher ist es neben der vollständigen Nutzung von Energieerfassungssystemen zur Überwachung des Betriebsstatus und ungewöhnlicher Ereignisse an intelligenten Zählern wesentlich, die Wurzelursachen für Zählerstörungen zu analysieren und aktiv Verbesserungsmaßnahmen umzusetzen.

Basierend auf der Analyse von Betriebsstörungsfällen werden die Hauptursachen für Zählerstörungen wie folgt zusammengefasst:

(1) Umweltfaktoren, einschließlich elektromagnetischer Störungen, Harmonischer, hoher Spannung, Blitzschlag, elektrostatischer Entladung, hoher Temperatur und Feuchtigkeit, hochfrequenter elektromagnetischer Felder und elektrischer schneller Transient (EFT)-Impulse.

(2) Mangelhafte Bauteile, einschließlich Batterien, CPUs, LCD-Bildschirme, Relais, Varistoren, Kondensatoren, Messchips, Spannungsregler, Uhrchips, Kristalle, 485-Optokopplerdioden und Trägerkommunikationsmodule.

(3) Softwarefehler, einschließlich Systemabstürze, plötzliche Änderungen der Energieanzeige und Uhrfehler.

(4) Fertigungsprobleme, einschließlich mangelhafter Löttechniken durch Zählerhersteller (was zu kalten oder lockeren Lötstellen führt) und falscher Verkabelung beim Installieren durch Energieversorgungsunternehmen.

Um diese Störungsursachen zu beheben, können die folgenden Maßnahmen ergriffen werden:

(1) Stärkere Komponentenauswahl, um sicherzustellen, dass intelligente Zähler selbst unter extremen Umweltbedingungen zuverlässig arbeiten.

(2) Verbesserung der Softwaretests, um die Fehlertoleranz und Störfestigkeit der Software zu verbessern.

(3) Verbesserung der Qualitätsaufsicht der Fertigung, um effektiv die interne Montagequalität und die Praktiken der Ortsinstallation zu überwachen und zu bewerten.