스마트 전력계의 일반적인 운영 장애 원인 분석

스마트 그리드의 지속적인 발전에 따라 스마트 전력계량기는 점점 더 널리 사용되고 있으며, 에너지 측정 작업에서 다양한 종류의 운영 오류가 자주 발생하고 있습니다. 이 논문은 스마트 계량기의 고장 원인을 분석하고, 실제 운영 오류 사례를 예로 들어 대응 방안을 제시합니다.

1. 검은 화면
검은 화면이란 전원이 공급되었음에도 불구하고 표시가 없는 상태를 말하며, 현장에서 작동하는 스마트 계량기에서 가장 흔하게 발생하는 고장입니다. 이러한 고장 계량기를 분해하여 검사한 결과, DCDC 서브보드의 C2 위치에 있는 커패시터가 손상되었거나, 전원 보드의 전압 조정 칩이 불타버렸거나, UN 중성선이 떨어져 나갔음을 발견하였습니다. 이 검은 화면 고장의 원인은 다음과 같이 분석됩니다: 회로의 순간 과전압(예: 번개나 전력망 변동)이나 복잡한 운용 환경에서 발생하는 고차조파는 커패시터를 손상시키고 전압 조정 칩을 불게 할 수 있습니다; 제조 공정을 따르지 않은 부적절한 조작으로 인해 납땜이 약하거나 중성선이 떨어져 나갈 수 있습니다.

2. 문자 깨짐
문자 깨짐이란 스마트 전력계량기의 LCD 화면에서 글자가 일부 누락되는 현상을 말합니다. 가능한 원인에는 LCD 핀의 납땜이 좋지 않거나, 계량기가 실외에 설치되어 장시간 고온의 태양열에 노출된 경우 등이 있습니다. 예를 들어, 한 회사의 3상 스마트 계량기는 정방향 총 활성 에너지를 702,610.88 kWh, 피크 시간 에너지를 700,451.96 kWh, 피크 시간 에너지를 700,987.42 kWh, 평균 시간 에너지를 700,551.59 kWh, 저하 시간 에너지를 700,619.91 kWh로 표시하였습니다. 일반적으로 정방향 총 활성 에너지는 피크, 피크 시간, 평균 시간, 저하 시간 에너지의 합과 같아야 합니다. 그러나 이 계량기에서는 해당 식이 성립하지 않았습니다. LCD 화면에 표시된 바코드의 마지막 8자리는 75517684였으며, 이름표에는 05517684로 표시되었습니다.

이는 "0"이 "7"으로 잘못 표시되어 글자가 누락된 것을 확인함으로써 문자 깨짐 고장임을 입증하였습니다. 현장에서 핸드헬드 계량기로 이 계량기를 읽었을 때, 정방향 총 활성 에너지는 002,610.88 kWh, 피크 에너지는 000,451.96 kWh, 피크 시간 에너지는 000,987.42 kWh, 평균 시간 에너지는 000,551.59 kWh, 저하 시간 에너지는 000,619.91 kWh로 기록되었습니다. 각 기간별 읽기 값의 합이 총합과 일치함으로써 문자 깨짐 진단이 확실해졌습니다. 이 고장의 주요 원인은 계량기가 실외에 설치되어 장시간 고온의 태양열에 노출된 것으로 판단되었습니다.

3. 에너지 데이터 읽기 불능
이 고장은 일반적으로 LCD 화면 왼쪽 하단에 "←" 기호(역방향 전력 흐름을 나타냄)가 표시되며, 정방향 총 활성 에너지가 0으로 표시되고 역방향 활성 에너지가 0이 아닌 값으로 표시되는 경우를 말합니다. 조사 결과, 주요 원인은 잘못된 계량기 배선이었으며, 실제 에너지 소비량은 역방향 활성 에너지 값과 같았습니다. 배선 오류를 수정한 후, 계량기는 정상적으로 작동하기 시작했습니다.

4. 배터리 저전압
단상 및 3상 스마트 전력계량기는 내부 시계 칩을 구동하는 내부 시계 배터리를 장착하고 있습니다. 3상 계량기는 또한 전원이 차단될 때 계량을 위한 배터리를 장착하고 있으며, 이 배터리는 계량기 패널의 프로그래밍 도어 뒤에 위치해 있습니다. 배터리 저전압 고장이 발생하면, 계량기의 알람 빛이 계속 켜져 있고, LCD 화면에 저전력 기호가 나타납니다. 현장 처리 방법은 패널 도어의 인장을 제거하고, 도어를 열어 배터리를 꺼내서 직류 전압계로 양극과 음극 사이의 전압을 측정하는 것입니다. 만약 전압이 규격에 맞다면, 배터리를 다시 설치하고 접촉이 잘 되도록 재배치해야 합니다; 만약 전압이 정격값보다 낮다면, 배터리를 교체해야 합니다.

5. 급속 등록 (과등록)
사용자의 단상 스마트 계량기에서 에너지 읽기 값이 갑자기 증가하였습니다. 현장에서 교정 기기로 테스트한 결과, 계량기는 허용 오차 범위 내였습니다. 제거 후 실험실에서 테스트한 결과도 계량기가 기준을 충족하였지만, 교정 전 읽기 값은 4,505.21 kWh이고, 교정 후 읽기 값은 4,512.32 kWh였습니다—테스트 중 7.111 kWh가 기록되었으나, 일반적인 단상 계량기 테스트는 약 1 kWh만 소모됩니다. 이를 통해 "급속 등록" 고장이 확인되었습니다.
분석 결과, CPU 공급 전압이 설계된 5V보다 크게 높아 I2C 버스의 읽기/쓰기 동작이 비정상적이었습니다. 전원 공급 회로를 추가로 검사한 결과, 커패시터 C2가 손상되었다는 것을 확인하였습니다. 커패시터 손상의 가능한 원인은 전력망 변동이나 번개로부터 발생하는 순간 과전압, 그리고 복잡한 전기 환경에서 발생하는 고차조파입니다.

6. 종합 분석
스마트 전력계량기는 기본적인 에너지 측정뿐만 아니라 정보 저장 및 처리, 실시간 모니터링, 자동 제어, 데이터 상호작용 등의 다기능 장치입니다. 에너지 측정, 마케팅 관리, 고객 서비스 요구사항을 충족합니다. 그러나 그 주요 기능은 정확하고 안정적인 에너지 측정입니다. 따라서 스마트 계량기의 운영 상태와 이상 이벤트를 모니터링하기 위해 에너지 수집 시스템을 최대한 활용할 뿐만 아니라, 계량기 고장의 근본 원인을 분석하고 개선 조치를 적극적으로 취해야 합니다.

운영 오류 사례 분석을 바탕으로, 계량기 고장의 주요 원인은 다음과 같습니다:

(1) 환경 영향: 전자기 간섭, 조파, 과전압, 번개, 정전기 방전, 과도한 온도 및 습도, 고주파 전자기장, 전기 고속 일시적(EFT) 맥동.

(2) 부품 품질 저하: 배터리, CPU, LCD 화면, 릴레이, 변압기, 커패시터, 측정 칩, 전압 조정기, 시계 칩, 크리스탈, 485 광커플러 다이오드, 캐리어 통신 모듈.

(3) 소프트웨어 오류: 시스템 다운, 에너지 표시의 갑작스런 변화, 시계 오류.

(4) 가공 문제: 계량기 제조사의 납땜 기술 부족(냉각 또는 느슨한 납땜), 전력 공급 회사의 설치 시 잘못된 배선.

이러한 고장 원인을 해결하기 위해 다음과 같은 조치를 취할 수 있습니다:

(1) 부품 선택을 강화하여 극단적인 환경 조건에서도 스마트 계량기가 신뢰성 있게 작동하도록 합니다.

(2) 소프트웨어 테스트를 강화하여 소프트웨어의 오류 방지 및 간섭 방지 능력을 향상시킵니다.

(3) 가공 품질 감독을 개선하여 내부 조립 품질과 현장 설치 방법을 효과적으로 모니터링하고 평가합니다.