Analisi delle Cause Comuni dei Guasti Operativi nei Contatori Elettrici Intelligenti
Con lo sviluppo continuo delle smart grid, i contatori elettrici intelligenti stanno trovando un'ampia applicazione, e vari tipi di malfunzionamenti dei contatori intelligenti sono frequentemente riscontrati nel lavoro di misurazione dell'energia. Questo articolo analizza le cause dei guasti dei contatori intelligenti e propone soluzioni corrispondenti, utilizzando alcuni casi reali di malfunzionamenti operativi come esempi.
1. Schermo nero
Lo schermo nero si riferisce a un contatore alimentato senza visualizzazione, che è il malfunzionamento più comune nei contatori intelligenti in funzione sul campo. Rimuovendo e testando tali contatori difettosi, si scopre che il condensatore nella posizione C2 sulla sottoscheda DCDC è danneggiato, il chip regolatore di tensione sulla scheda di alimentazione è bruciato o il filo neutro UN si è staccato. Le cause di questo malfunzionamento dello schermo nero sono analizzate come segue: sovratensioni istantanee nel circuito (come fulmini o fluttuazioni della rete elettrica) o armoniche di ordine superiore generate da ambienti operativi complessi possono danneggiare i condensatori e bruciare i chip regolatori di tensione; l'operazione impropria che non segue il processo di fabbricazione può portare a saldature cattive o al distacco del filo neutro.
2. Visualizzazione confusa
La visualizzazione confusa si riferisce al fenomeno in cui lo schermo LCD di un contatore elettrico intelligente mostra segmenti mancanti. Le possibili cause includono saldature cattive ai pin LCD o l'installazione del contatore all'esterno con esposizione prolungata alla radiazione solare ad alta temperatura. Ad esempio, un contatore trifase intelligente di una società mostrava un consumo totale di energia attiva diretta di 702.610,88 kWh, l'energia di punta era 700.451,96 kWh, l'energia di mezza-punta era 700.987,42 kWh, l'energia piatta era 700.551,59 kWh e l'energia fuori punta era 700.619,91 kWh. In condizioni normali, il consumo totale di energia attiva diretta dovrebbe essere uguale alla somma delle energie di punta, mezza-punta, piatta e fuori punta. Tuttavia, per questo contatore, questa equazione non era valida. Gli ultimi otto cifre del codice a barre visualizzato sullo schermo LCD erano 75517684, mentre quelle sulla targhetta erano 05517684.
Questo indica che la visualizzazione LCD aveva segmenti mancanti—dove la cifra "0" era visualizzata erroneamente come "7", confermando un malfunzionamento di visualizzazione confusa. Quando il contatore è stato letto sul posto utilizzando un lettore di contatori portatile, il consumo totale di energia attiva diretta era registrato come 002.610,88 kWh, l'energia di punta come 000.451,96 kWh, l'energia di mezza-punta come 000.987,42 kWh, l'energia piatta come 000.551,59 kWh e l'energia fuori punta come 000.619,91 kWh. La somma delle letture individuali corrispondeva al totale, confermando ulteriormente la diagnosi di visualizzazione confusa. La causa principale di questo malfunzionamento è stata determinata essere l'esposizione prolungata alla radiazione solare ad alta temperatura a causa dell'installazione all'esterno del contatore.
3. Impossibilità di leggere i dati di energia
Questo malfunzionamento si riferisce tipicamente all'apparizione del simbolo "←" (indicante flusso di potenza inverso) nell'angolo inferiore sinistro dello schermo LCD, con il consumo totale di energia attiva diretta che legge zero e l'energia attiva inversa che mostra un valore diverso da zero. L'indagine ha rivelato che la causa principale era un cablaggio errato del contatore, e il consumo effettivo di energia era uguale alla lettura dell'energia attiva inversa. Dopo aver corretto l'errore di cablaggio, il contatore ha ripreso a funzionare normalmente.
4. Sotto-tensione della batteria
I contatori elettrici intelligenti monofase e trifase sono dotati di batterie interne per l'orologio che alimentano il chip dell'orologio interno. I contatori trifase hanno anche una batteria per la lettura del contatore in caso di mancanza di energia, situata dietro la porta di programmazione sul pannello del contatore. Quando si verifica un malfunzionamento di sotto-tensione della batteria, la luce di allarme del contatore rimane accesa costantemente e appare un simbolo di bassa tensione sullo schermo LCD. L'intervento sul posto prevede la rimozione del sigillo dalla porta del pannello, l'apertura della porta, la rimozione della batteria e la misurazione della tensione tra i terminali positivo e negativo utilizzando un voltmetro a corrente continua. Se la tensione è conforme alle specifiche, la batteria deve essere reinstallata e posizionata correttamente per garantire un buon contatto; se la tensione è inferiore al valore nominale, la batteria deve essere sostituita.
5. Registrazione rapida (Sovraregistrazione)
Un contatore elettrico intelligente monofase di un utente ha mostrato un aumento improvviso della lettura di energia. I test sul posto con uno strumento di taratura hanno mostrato che il contatore era entro i limiti di errore accettabili. Anche i test in laboratorio dopo la rimozione hanno confermato che il contatore era conforme agli standard, ma la lettura prima della taratura era 4.505,21 kWh e la lettura dopo la taratura era 4.512,32 kWh—indicando che durante il test sono stati registrati 7,111 kWh, mentre un test tipico di un contatore monofase consuma solo circa 1 kWh. Questo ha confermato il malfunzionamento di "registrazione rapida".
L'analisi ha rivelato che la tensione di alimentazione della CPU era significativamente superiore ai 5V progettati, causando operazioni di lettura/scrittura anomale sulla bus I2C. Un'ulteriore ispezione del circuito di alimentazione ha identificato un condensatore C2 danneggiato. Le possibili cause del danno del condensatore includono sovratensioni istantanee dovute a fluttuazioni della rete elettrica o fulmini, e armoniche di ordine superiore generati da ambienti elettrici complessi.
6. Analisi complessiva
I contatori elettrici intelligenti sono dispositivi multifunzionali che vanno oltre la semplice misurazione dell'energia per includere la memorizzazione e l'elaborazione delle informazioni, il monitoraggio in tempo reale, il controllo automatico e l'interazione dei dati. Soddisfano le esigenze di misurazione dell'energia, gestione del marketing e servizio clienti. Tuttavia, la loro funzione principale rimane la misurazione accurata dell'energia, che deve essere sia precisa che stabile. Pertanto, oltre a sfruttare appieno i sistemi di acquisizione dell'energia per monitorare lo stato operativo e gli eventi anomali dei contatori intelligenti, è essenziale analizzare le cause radicate dei guasti dei contatori e implementare attivamente misure di miglioramento.
In base all'analisi dei casi di malfunzionamento operativo, le cause principali dei guasti dei contatori sono riassunte come segue:
(1) Influenze ambientali, incluse interferenze elettromagnetiche, armoniche, alte tensioni, fulmini, scariche elettrostatiche, temperature e umidità eccessive, campi elettromagnetici ad alta frequenza e impulsi elettromagnetici veloci (EFT).
(2) Qualità scadente dei componenti, inclusi batterie, CPU, schermi LCD, relè, varistori, condensatori, chip di misurazione, regolatori di tensione, chip orologio, cristalli, diodi ottocoppia 485 e moduli di comunicazione a portante.
(3) Malfunzionamenti software, inclusi crash del sistema, cambiamenti repentini nella visualizzazione dell'energia e errori di orologio.
(4) Problemi di lavorazione, inclusi processi di saldatura substandard da parte dei produttori di contatori (che portano a giunti freddi o allentati) e cablaggio errato durante l'installazione da parte delle compagnie elettriche.
Per affrontare queste cause di malfunzionamento, possono essere adottate le seguenti misure:
(1) Rafforzare la selezione dei componenti per garantire che i contatori intelligenti funzionino in modo affidabile anche in condizioni ambientali estreme.
(2) Migliorare i test del software per migliorare la capacità di prevenzione degli errori e di resistenza alle interferenze.
(3) Migliorare la supervisione della qualità della lavorazione, monitorando e valutando efficacemente sia la qualità interna dell'assemblaggio che le pratiche di installazione sul posto.
