スマート電力メーターの一般的な運用障害原因の分析

スマートグリッドの継続的な発展に伴い、スマート電力メーターはますます広く応用され、エネルギー計測作業で様々な種類の動作障害が頻繁に遭遇されるようになりました。この論文では、スマートメーターの故障原因を分析し、いくつかの実際の動作障害事例を例に挙げて対応策を提案しています。

1. ブラックスクリーン
ブラックスクリーンとは、電源が入っているにもかかわらず表示がない状態であり、現場で動作しているスマートメーターで最も一般的に発生する故障です。このような故障メーターを取り外してテストすると、DCDCサブボード上のC2位置にあるコンデンサが損傷している、または電源基板上の電圧調整チップが吹き飛んでいる、またはUN中性線が外れていることがわかりました。このブラックスクリーン障害の原因は以下の通りです：回路上の一時的な過電圧（雷や電力網の変動など）、または複雑な動作環境によって生成される高次高調波によりコンデンサが損傷し、電圧調整チップが吹き飛ぶことがあります；製造プロセスに従わない不適切な操作により、ハンダ付け不良や中性線の外れが発生します。

2. 表示乱れ
表示乱れとは、スマート電力メーターのLCD画面で一部のストロークが欠けている現象を指します。可能なかなりの原因には、LCDピンのハンダ付け不良や、メーターが屋外に設置され長時間の高温日射にさらされている場合があります。例えば、ある会社の三相スマートメーターでは、正方向有効電力量が702,610.88 kWh、ピーク時間帯電力量が700,451.96 kWh、ピーク時間帯電力量が700,987.42 kWh、平準化電力量が700,551.59 kWh、オフピーク時間帯電力量が700,619.91 kWhと表示されました。通常であれば、正方向有効電力量はピーク、ピーク時間帯、平準化、およびオフピーク時間帯の電力量の合計と一致するべきですが、このメーターではそうではありませんでした。LCDに表示されたバーコードの下8桁は75517684でしたが、銘板には05517684と記載されていました。

これは、「0」が「7」と誤って表示されることで、LCD表示にストロークが欠けていることを確認し、表示乱れの故障であることが分かりました。手持ちのメーター読み取り器を使用して現場でメーターを読み取ると、正方向有効電力量は002,610.88 kWh、ピーク時間帯電力量は000,451.96 kWh、ピーク時間帯電力量は000,987.42 kWh、平準化電力量は000,551.59 kWh、オフピーク時間帯電力量は000,619.91 kWhと記録されました。個別の期間の読み取り値の合計が全体と一致したことから、表示乱れの診断がさらに確認されました。この故障の主な原因は、メーターが屋外に設置されていたため、長時間の高温日射にさらされたことでした。

3. 電力量データの読み取り不能
この故障は通常、LCD画面の左下隅に「←」シンボル（逆電力流動を示す）が表示され、正方向有効電力量がゼロで、逆方向有効電力量が非ゼロ値を示すことを指します。調査の結果、主な原因はメーター配線の誤りであり、実際の消費電力量は逆方向有効電力量の読み取り値と等しいことがわかりました。配線の誤りを修正すると、メーターは正常に動作しました。

4. バッテリー電圧低下
単相および三相スマート電力メーターは、内部クロックチップを駆動する内部クロックバッテリーを搭載しています。三相メーターはまた、パネルドア裏に設置された停電時のメーター読み取り用バッテリーも備えています。バッテリー電圧低下障害が発生すると、メーターの警告灯が常時点灯し、LCDには低電力シンボルが表示されます。現場での処理方法は、パネルドアのシールを剥がし、ドアを開けてバッテリーを取り出し、直流電圧計を使用してその正極と負極間の電圧を測定することです。電圧が仕様に適合する場合は、バッテリーを再装着し、良好な接触を確保するように位置を調整します。電圧が定格値未満の場合、バッテリーを交換する必要があります。

5. 急速な計上（過剰計上）
ユーザーの単相スマートメーターで、突然エネルギー読み取り値が増加しました。現場で校正装置を使用してテストしたところ、メーターは許容誤差範囲内でした。取り外しての実験室テストでも、メーターは標準を満たしていましたが、校正前の読み取り値は4,505.21 kWh、校正後の読み取り値は4,512.32 kWhであり、テスト中に7.111 kWhが記録されました。一方、通常の単相メーターのテストでは約1 kWhしか消費しません。これにより、「急速な計上」の故障が確認されました。
分析の結果、CPU供給電圧が設計された5Vよりも大幅に高く、I2Cバスの読み書き操作が異常になったことが明らかになりました。さらに電源回路の検査では、コンデンサC2が損傷していることが判明しました。コンデンサの損傷の原因には、電力網の変動や雷による瞬間的な高電圧、複雑な電気環境からの高次高調波などが考えられます。

6. 総合的な分析
スマート電力メーターは、基本的なエネルギー計測だけでなく、情報の保存・処理、リアルタイム監視、自動制御、データ相互作用などの機能を持つ多機能デバイスです。エネルギー計測、マーケティング管理、顧客サービスのニーズを満たします。しかし、その主要な機能は正確なエネルギー計測であり、これが正確かつ安定したものでなければなりません。したがって、エネルギー収集システムを十分に活用してスマートメーターの動作状況や異常イベントを監視するだけでなく、メーター故障の根本原因を分析し、積極的に改善措置を講じることが重要です。

動作障害事例の分析に基づいて、メーター故障の主な原因は以下の通りまとめられます：

(1) 環境要因：電磁干渉、高調波、高電圧、雷、静電放電、過度の温度・湿度、高周波電磁場、電気快速一過脈衝（EFT）。

(2) 部品品質不良：バッテリー、CPU、LCD画面、リレー、バリスタ、コンデンサ、計測チップ、電圧調整器、クロックチップ、水晶、485光結合ダイオード、キャリア通信モジュール。

(3) ソフトウェア障害：システムクラッシュ、急激なエネルギー表示の変化、クロックエラー。

(4) 作業技術の問題：メーター製造業者のハンダ付け技術の不足（冷ハンダや緩いハンダ接続を引き起こす）、電力供給会社による設置時の配線誤り。

これらの故障原因に対処するために、以下の措置を講じることができます：

(1) 部品選択を強化し、極端な環境条件下でもスマートメーターが信頼性を持って動作できるようにする。

(2) ソフトウェアテストを強化し、ソフトウェアのエラー防止と耐干渉能力を向上させる。

(3) 作業技術の品質監督を強化し、内部組立品質と現場設置手法を効果的に監視・評価する。