Analiza typowych przyczyn awarii operacyjnych w inteligentnych licznikach elektrycznych

Wraz z ciągłym rozwojem inteligentnych sieci elektrycznych, inteligentne liczniki energii są coraz szerzej stosowane, a w pracy pomiarowej często napotyka się różne rodzaje awarii tych liczników. W tym artykule analizujemy przyczyny awarii inteligentnych liczników i proponujemy odpowiednie rozwiązania, opierając się na kilku rzeczywistych przypadkach operacyjnych.

1. Czarny ekran
Czarny ekran oznacza, że zasilany licznik nie wyświetla niczego, co jest najbardziej często występującą awarią w polu działających inteligentnych liczników. Po zdjęciu i przetestowaniu takich uszkodzonych liczników stwierdzono, że kondensator w pozycji C2 na podtablicy DCDC jest uszkodzony, układ regulujący napięcia na tablicy zasilania jest spalony lub linia neutralna UN jest oderwana. Przyczyny tej awarii czarnego ekranu są następujące: chwilowe nadnapięcia w obwodzie (np. uderzenia piorunowe lub fluktuacje sieci) lub wyższe harmoniczne generowane przez skomplikowane warunki działania mogą uszkodzić kondensatory i spalić układy regulujące napięcie; nieprawidłowe działanie niezgodne z procesem produkcji może prowadzić do słabego spajania lub oderwania linii neutralnej.

2. Zniekształcone wyświetlanie
Zniekształcone wyświetlanie oznacza zjawisko, gdy ekran LCD inteligentnego licznika energii pokazuje brakujące elementy. Możliwe przyczyny to słabe spajanie przy pinach LCD lub instalacja licznika na zewnątrz z długotrwałym narażeniem na wysokie temperatury promieniowania słonecznego. Na przykład, trójfazowy inteligentny licznik pewnej firmy wyświetlał całkowitą aktywną energię naprzód jako 702,610.88 kWh, energię szczytową jako 700,451.96 kWh, energię szczytową jako 700,987.42 kWh, energię płaską jako 700,551.59 kWh, a energię poza szczytem jako 700,619.91 kWh. W normalnych warunkach, całkowita aktywna energia naprzód powinna być równa sumie energii szczytowej, szczytowej, płaskiej i poza szczytem. Jednakże dla tego licznika ta równość nie była spełniona. Ostatnie osiem cyfr kodu kreskowego wyświetlanego na LCD wynosiło 75517684, podczas gdy na tabliczce nazwy były 05517684.

To wskazuje, że wyświetlanie LCD miało brakujące elementy - gdzie cyfra "0" była niepoprawnie wyświetlana jako "7", potwierdzając awarię zniekształconego wyświetlenia. Gdy licznik był odczytywany na miejscu za pomocą przenośnego czytnika liczników, całkowita aktywna energia naprzód została zarejestrowana jako 002,610.88 kWh, energia szczytowa jako 000,451.96 kWh, energia szczytowa jako 000,987.42 kWh, energia płaska jako 000,551.59 kWh, a energia poza szczytem jako 000,619.91 kWh. Suma indywidualnych odczytów okresowych zgadzała się z całością, dodatkowo potwierdzając diagnozę zniekształconego wyświetlenia. Główną przyczyną tej awarii było długotrwałe narażenie na wysokie temperatury promieniowania słonecznego ze względu na instalację licznika na zewnątrz.

3. Niepossibility odczytania danych energetycznych
Ta awaria zwykle odnosi się do pojawienia się symbolu "←" (oznaczającego odwrotny przepływ mocy) w lewym dolnym rogu ekranu LCD, z całkowitą aktywną energią naprzód odczytaną jako zero, a odwrotną aktywną energię odczytaną jako wartość różna od zera. Badania wykazały, że główną przyczyną była nieprawidłowa instalacja licznika, a faktyczne zużycie energii było równe odczytowi odwrotnej aktywnej energii. Po poprawieniu błędu instalacji, licznik wrócił do normalnego działania.

4. Niskie napięcie baterii
Jednofazowe i trójfazowe inteligentne liczniki energii wyposażone są w wewnętrzne baterie zegarowe, które zasilają wewnętrzny chip zegara. Trójfazowe liczniki mają również baterię do odczytu licznika po wyłączeniu zasilania, znajdującą się za drzwiczkami programowania na panelu licznika. Gdy wystąpi awaria niskiego napięcia baterii, dioda alarmowa licznika świeci się nieustannie, a na LCD pojawia się symbol niskiego napięcia. Obsługa na miejscu polega na zdjęciu pieczęci z drzwiczek panelu, otwarciu drzwiczek, wyciągnięciu baterii i zmierzeniu napięcia między jej węzłami dodatnim i ujemnym za pomocą miernika napięcia stałoprądowego. Jeśli napięcie spełnia specyfikację, bateria powinna zostać ponownie zamontowana i umieszczona, aby zapewnić dobrą kontaktowanie; jeśli napięcie jest poniżej nominalnej wartości, bateria musi zostać wymieniona.

5. Szybkie rejestracje (nadmierna rejestracja)
Jednofazowy inteligentny licznik użytkownika pokazał nagły wzrost odczytu energii. Testy na miejscu za pomocą urządzenia kalibracyjnego wykazały, że licznik mieścił się w dopuszczalnych granicach błędu. Testy laboratoryjne po zdjęciu również potwierdziły, że licznik spełnia standardy, ale odczyt przed kalibracją wynosił 4,505.21 kWh, a po kalibracji 4,512.32 kWh - co oznacza, że podczas testu zarejestrowano 7.111 kWh, podczas gdy typowy test jednofazowego licznika zużywa około 1 kWh. To potwierdziło awarię "szybkich rejestracji".
Analiza wykazała, że napięcie zasilania CPU było znacznie wyższe niż zaprojektowane 5V, powodując anomalne operacje odczytu/zapisu na magistrali I2C. Dalsze badanie obwodu zasilającego wykazało uszkodzony kondensator C2. Możliwe przyczyny uszkodzenia kondensatora to chwilowe wysokie napięcia spowodowane fluktuacjami sieci lub uderzeniami piorunów, oraz wyższe harmoniczne generowane w skomplikowanych środowiskach elektrycznych.

6. Kompleksowa analiza
Inteligentne liczniki energii to wielofunkcyjne urządzenia, które obejmują nie tylko podstawowe pomiary energii, ale także przechowywanie i przetwarzanie informacji, monitorowanie w czasie rzeczywistym, automatyczne sterowanie i wymianę danych. Spełniają one potrzeby pomiaru energii, zarządzania marketingiem i obsługi klienta. Ich podstawowym zadaniem pozostaje jednak dokładne pomiary energii, które muszą być zarówno precyzyjne, jak i stabilne. Dlatego, oprócz pełnego wykorzystania systemów pozyskiwania energii do monitorowania stanu operacyjnego i nietypowych zdarzeń inteligentnych liczników, niezbędne jest analizowanie podstawowych przyczyn awarii liczników i aktywne wdrażanie środków poprawczych.

Na podstawie analizy przypadków awarii operacyjnych, główne przyczyny awarii liczników można zsumować następująco:

(1) Wpływ środowiska, w tym zakłócenia elektromagnetyczne, harmoniczne, wysokie napięcia, uderzenia piorunów, wyładowania elektrostatyczne, nadmierne temperatury i wilgotność, wysokoczęstotliwościowe pola elektromagnetyczne i impulsy szybko przebiegające (EFT).

(2) Niska jakość komponentów, w tym baterie, procesory, ekrany LCD, przekaźniki, varistory, kondensatory, chipy pomiarowe, układy regulujące napięcie, chipy zegarowe, kwarcy, diody optokuplerowe 485 i moduły komunikacji nośnikowej.

(3) Awarie oprogramowania, w tym awarie systemu, nagłe zmiany wyświetlania energii i błędy zegara.

(4) Problemy z wykonaniem, w tym niewłaściwe techniki spawania przez producentów liczników (powodujące zimne lub luźne spoiny) i nieprawidłowe połączenie kabli podczas instalacji przez firmy dostarczające energię.

Aby sprostać tym przyczynom awarii, można podjąć następujące działania:

(1) Wzmocnienie selekcji komponentów, aby zapewnić, że inteligentne liczniki będą działały niezawodnie nawet w ekstremalnych warunkach środowiskowych.

(2) Wzmocnienie testów oprogramowania, aby poprawić zdolność oprogramowania do zapobiegania błędom i odporność na zakłócenia.

(3) Poprawa nadzoru jakości wykonania, efektywne monitorowanie i ocenianie zarówno jakości montażu wewnętrznego, jak i praktyk instalacji na miejscu.