Älykäiden sähkömittarien yleisten toimintahäirien syyt analysoituna

Intelligenttien verkkojen jatkuvan kehityksen myötä älymittarit ovat yhä laajemmin käytössä, ja niiden erilaiset toimintavirheet esiintyvät usein energiamittauksessa. Tässä artikkelissa analysoidaan älymittareiden virheiden syyt ja ehdotetaan niihin vastaavia ratkaisuja, käyttäen esimerkkeinä useita todellisia toimintavirheitä.

1. Musta näyttö
Musta näyttö tarkoittaa, että mittari on päällä, mutta näyttö ei näytä mitään. Se on yleisin virhe kenttätoiminnassa olevissa älymittareissa. Kun poistetaan ja testataan tällaisia viallisia mittareita, huomataan, että DCDC-alipuoliskon C2:n paikan kondensaattori on vaurioitunut, virtalähteen säädinpiiri on räjähtänyt tai UN:n neutraali-johto on irronnut. Tämän mustan näytön virheen syitä analysoidaan seuraavasti: piirin tilapäinen ylivirtaus (kuten ukkoskuolet tai verkon vaihtelu) tai monimutkaisten toiminto-olosuhteiden aiheuttamat korkeamman asteen harmoniset voivat vahingoittaa kondensaattoreita ja räjäyttää säädinpiirejä; epäasianmukainen käyttö, jossa ei noudata valmistusprosessia, voi johtaa huonoon tinnoitukseen tai neutraali-johtojen irtautumiseen.

2. Sekava näyttö
Sekava näyttö tarkoittaa LCD-näytön merkkien puuttumista älymittarissa. Mahdolliset syyt mukaan lukien LCD-pinnien huono tinnoitus tai mittarin ulkopuolinen asennus, jossa se altistuu pitkäaikaiselle korkean lämpötilan aurinkosäteilylle. Esimerkiksi yhden yrityksen kolmivaiheinen älymittari näytti kokonaissuuntaisen aktiivisen energian määränä 702,610.88 kWh, huippuaikana tuotetun energian määränä 700,451.96 kWh, huippuhinnalla tuotetun energian määränä 700,987.42 kWh, tasohinnalla tuotetun energian määränä 700,551.59 kWh ja alihinta-aikana tuotetun energian määränä 700,619.91 kWh. Normaaleissa olosuhteissa kokonaissuuntaisen aktiivisen energian määrän tulisi olla huippuaika-, huippuhinta-, tasohinta- ja alihinta-energioiden summa. Kuitenkin tämä yhtälö ei pidetty paikkansa tässä mittarissa. LCD-näytölle näkyvät viimeiset kahdeksan numeroa olivat 75517684, kun taas tarranumeron viimeiset kahdeksan numeroa olivat 05517684.

Tämä osoitti, että LCD-näyttössä oli puuttuvia merkkejä – numero "0" näyttäytyi väärästi numerona "7", mikä vahvisti sekavan näytön virheen. Kun mittaria luettiin paikan päällä käsinpidettävällä mittalaitteella, kokonaissuuntaisen aktiivisen energian määrä oli 002,610.88 kWh, huippuenergian määrä 000,451.96 kWh, huippuhinnan ajan energian määrä 000,987.42 kWh, tasohinnan ajan energian määrä 000,551.59 kWh ja alihinnan ajan energian määrä 000,619.91 kWh. Yksittäisten aikavälien lukujen summa vastasi kokonaismäärää, mikä vahvisti sekavan näytön diagnosin. Tämän virheen pääasiallinen syy oli mittarin ulkopuolinen asennus, joka aiheutti pitkäaikaisen altistumisen korkealle lämpötilalle.

3. Energiadataa ei voida lukea
Tämä virhe viittaa tilanteeseen, jossa LCD-näytön vasemmassa alakulmassa näkyy "←" symboli (merkitsee käänteistä virtasuuntaa), kokonaissuuntaisen aktiivisen energian lukema on nolla ja käänteisen aktiivisen energian lukema on nollasta poikkeava. Tutkimuksessa selvisi, että pääasiallinen syy oli väärä mittarin kytkentä, ja todellinen energiankulutus vastasi käänteisen aktiivisen energian lukemaa. Kytkentävirheen korjaamisen jälkeen mittari toimi normaalisti.

4. Akun alavirta
Yksivaiheiset ja kolmivaiheiset älymittarit varustetaan sisäisillä kellonaikakerroin akkuilla, jotka tarjoavat virtaa sisäiselle kellonaikapiirille. Kolmivaiheisiin mittareihin on lisäksi varustettu akku, joka mahdollistaa mittauksen virtajännitteen poistamisen jälkeen, ja se sijaitsee mittarin paneelin ohjelmointioven takana. Kun akun alavirtavirhe tapahtuu, mittarin hälytysvalo palaa jatkuvasti, ja LCD-näytölle ilmestyy alavirtamerkki. Paikan päällä tehtävässä käsittelyssä avataan paneelin ovi avaamalla sen tiivistys, otetaan akku pois, ja mitataan sen positiivisen ja negatiivisen napin välillä oleva jännite DC-voltmetrillä. Jos jännite vastaa suunnitelmaa, akun tulee asennuttaa uudelleen varmistaen hyvän yhteyden; jos jännite on alle suunnitellun arvon, akun on vaihdettava.

5. Nopea rekisteröinti (liian nopea)
Käyttäjän yksivaiheinen älymittari näytti energia-arvon nopean kasvun. Paikan päällä tehdyn kalibrointilaitekalvoilun perusteella mittari oli hyväksyttävissä virherajoissa. Laboratoriotesteissä myös vahvistettiin, että mittari vastasi standardeja, mutta ennen kalibrointia ollut lukema oli 4,505.21 kWh ja kalibroinnin jälkeen ollut lukema 4,512.32 kWh – mikä tarkoitti, että testin aikana rekisteröitiin 7.111 kWh, kun taas tyypillisessä yksivaiheisessa mittarin testissä kulutetaan vain noin 1 kWh. Tämä vahvisti "nopean rekisteröinnin" virheen.
Analyysi paljasti, että CPU:n virtalähde oli merkittävästi suurempi kuin suunniteltu 5V, mikä aiheutti epänormaaleja kirjoitus- ja lukutoimintoja I2C-bussissa. Lisäksi virtalähteen piirin tarkastuksessa havaittiin vaurioitunut kondensaattori C2. Mahdolliset syyt kondensaattorin vaurioitumiseen ovat verkon vaihtelusta tai ukkoskuolet aiheutuneet tilapäiset ylivirtaukset, sekä monimutkaisten sähköympäristöjen aiheuttamat korkeamman asteen harmoniset.

6. Yhteenveto
Älymittarit ovat monitoimisia laitteita, jotka ulottuvat perusenergiamittauksen lisäksi tiedon tallentamiseen ja käsittelyyn, reaaliaikaiseen valvontaan, automaattiseen hallintaan ja datan vuorovaikutukseen. Ne vastaavat energiamittauksen, markkinoinnin hallinnan ja asiakaspalvelun tarpeisiin. Niiden ensisijainen tehtävä on kuitenkin tarkka energiamittaus, joka on oltava sekä tarkka että vakaa. Siksi on tärkeää, että lisäksi energiahankintajärjestelmien täydellisestä hyödyntämisestä älymittareiden toimintatilan ja poikkeamien valvonnassa, on analysoitava mittarivirheiden syitä ja aktiivisesti toteutettava parannuskeinoja.

Toimintavirheiden analyysin perusteella mittarivirheiden pääasialliset syyt yhteenvetona ovat seuraavat:

(1) Ympäristövaikutukset, mukaan lukien sähkömagneettinen häiriö, harmoniset, korkeat jännitteet, ukkoskuolet, staattinen sähkövaraus, liian korkea lämpötila ja kosteus, korkean taajuuden sähkömagneettiset kentät ja elektroniikan nopeat transienit (EFT).

(2) Huonolaatuiset komponentit, mukaan lukien akut, CPU:t, LCD-näytöt, relaidit, variokappaleet, kondensaattorit, mittauksen piirit, säädinpiirit, kellonaikapiirit, kristallit, 485 optokuplit ja siirtymävaihde kommunikaatio-moduulit.

(3) Ohjelmistovirheet, mukaan lukien järjestelmien kaatumiset, energia-arvojen yhtäkkiäinen muutos ja kellonaikavirheet.

(4) Tehokkuusongelmat, mukaan lukien mittarivalmistajien alhaalaatuiset tinnoitustyökalut (johtavat kylmiin tai löyhkäisiin tinnoituksiin) ja virheellinen kytkentä energiayhtiöiden asennuksen aikana.

Näiden epäonnistumisyksien torjumiseksi voidaan tehdä seuraavat toimenpiteet:

(1) Vahvistaa komponenttien valinta, jotta älymittarit toimivat luotettavasti jopa äärimmäisissä ympäristöolosuhteissa.

(2) Parantaa ohjelmiston testausta, jotta parannetaan ohjelmiston virheen ehkäisy- ja häiriökierronvaihtokykyä.

(3) Parantaa tehokkuusvalvontaa, tehokkaasti valvomalla ja arvioimalla sekä sisäistä kokoonpanolaatua että paikan päällä tehtyjä asennusmenetelmiä.