Анализ распространенных причин операционных неисправностей в умных электросчетчиках

С постоянным развитием интеллектуальных сетей все более широкое применение находят интеллектуальные счетчики электроэнергии, и в работе по измерению энергии часто встречаются различные типы эксплуатационных неисправностей таких счетчиков. В данной статье анализируются причины неисправностей интеллектуальных счетчиков и предлагаются соответствующие решения, приводя в качестве примера несколько реальных случаев эксплуатационных неисправностей.

1. Черный экран
Черный экран означает, что питаемый счетчик не имеет отображения, что является наиболее часто встречающейся неисправностью в полевых условиях работы интеллектуальных счетчиков. При снятии и тестировании таких неисправных счетчиков обнаруживается, что конденсатор на позиции C2 на подплате DCDC поврежден, стабилизатор напряжения на плате питания вышел из строя или нейтральный провод UN отсоединен. Причины этой неисправности черного экрана анализируются следующим образом: мгновенные перенапряжения в цепи (например, удары молнии или колебания электросети) или высшие гармоники, возникающие в сложных условиях эксплуатации, могут повредить конденсаторы и вывести из строя стабилизаторы напряжения; неправильная эксплуатация, не соответствующая производственному процессу, может привести к некачественной пайке или отсоединению нейтрального провода.

2. Нечеткое отображение
Нечеткое отображение относится к явлению, когда ЖК-экран интеллектуального счетчика электроэнергии показывает пропущенные штрихи. Возможные причины включают некачественную пайку контактов ЖК-дисплея или установку счетчика на улице с длительным воздействием высокотемпературного солнечного излучения. Например, трехфазный интеллектуальный счетчик одной компании показывал общую активную энергию вперед как 702,610.88 кВт·ч, энергию в пиковый период как 700,451.96 кВт·ч, энергию в часы пик как 700,987.42 кВт·ч, энергию в обычное время как 700,551.59 кВт·ч, и энергию в ночное время как 700,619.91 кВт·ч. В нормальных условиях общая активная энергия должна равняться сумме энергий в пиковый, часы пик, обычное и ночное время. Однако для этого счетчика это уравнение не выполнялось. Последние восемь цифр штрих-кода, отображаемые на ЖК-экране, были 75517684, тогда как на табличке они были 05517684.

Это указывает на то, что на ЖК-дисплее пропущены штрихи — цифра "0" была неправильно отображена как "7", подтверждая нечеткость отображения. Когда счетчик был считан на месте с помощью портативного считывателя, общая активная энергия составила 002,610.88 кВт·ч, энергия в пиковый период — 000,451.96 кВт·ч, энергия в часы пик — 000,987.42 кВт·ч, энергия в обычное время — 000,551.59 кВт·ч, и энергия в ночное время — 000,619.91 кВт·ч. Сумма показаний за отдельные периоды соответствовала общему значению, что еще раз подтвердило диагноз нечеткого отображения. Основной причиной этой неисправности было длительное воздействие высокотемпературного солнечного излучения из-за установки счетчика на улице.

3. Невозможность считывания данных об энергии
Эта неисправность обычно относится к появлению символа "←" (указывающего на обратный поток энергии) в левом нижнем углу ЖК-экрана, при этом общая активная энергия вперед отображается как ноль, а обратная активная энергия показывает ненулевое значение. Исследование показало, что основной причиной являлась неправильная коммутация счетчика, и фактическое потребление энергии равнялось показанию обратной активной энергии. После исправления ошибки коммутации счетчик вернулся к нормальному функционированию.

4. Низкое напряжение батареи
Однофазные и трехфазные интеллектуальные счетчики электроэнергии оснащены внутренними часами, которые питаются от внутренней батареи. Трехфазные счетчики также имеют батарею для считывания данных при отсутствии питания, расположенную за дверцей программирования на панели счетчика. При возникновении неисправности низкого напряжения батареи сигнальная лампа счетчика остается постоянно включенной, а на ЖК-экране появляется символ низкого напряжения. На месте необходимо снять пломбу с дверцы панели, открыть дверцу, извлечь батарею и измерить напряжение между ее положительным и отрицательным выводами с помощью вольтметра постоянного тока. Если напряжение соответствует спецификациям, батарею следует установить обратно, обеспечив хороший контакт; если напряжение ниже номинального значения, батарею нужно заменить.

5. Быстрое увеличение показаний (перерегистрация)
У пользователя однофазного интеллектуального счетчика внезапно увеличилось показание энергии. На месте с использованием калибровочного прибора было установлено, что счетчик находится в допустимых пределах погрешности. Лабораторное тестирование после демонтажа также подтвердило, что счетчик соответствует стандартам, но до калибровки показание было 4,505.21 кВт·ч, а после калибровки — 4,512.32 кВт·ч, что указывает на запись 7.111 кВт во время тестирования, в то время как обычный однофазный счетчик при тестировании потребляет около 1 кВт. Это подтвердило неисправность "быстрого увеличения показаний".
Анализ показал, что напряжение питания процессора значительно превышало заданные 5 В, вызывая аномальные операции чтения/записи на шине I2C. Дальнейшая проверка цепи питания выявила поврежденный конденсатор C2. Возможные причины повреждения конденсатора включают мгновенные высокие напряжения от колебаний сети или ударов молнии, а также высшие гармоники от сложных электрических условий.

6. Комплексный анализ
Интеллектуальные счетчики электроэнергии являются многофункциональными устройствами, которые выходят за рамки базового измерения энергии, включая хранение и обработку информации, мониторинг в реальном времени, автоматическое управление и взаимодействие данных. Они удовлетворяют потребностям в измерении энергии, маркетинговом управлении и обслуживании клиентов. Однако их основной функцией остается точное измерение энергии, которое должно быть как точным, так и стабильным. Поэтому, помимо полного использования систем сбора энергии для мониторинга состояния работы и аномальных событий интеллектуальных счетчиков, необходимо анализировать корневые причины неисправностей счетчиков и активно внедрять меры по улучшению.

На основе анализа случаев эксплуатационных неисправностей основные причины неисправностей счетчиков можно свести к следующему:

(1) Влияние окружающей среды, включая электромагнитные помехи, гармоники, высокое напряжение, удары молнии, электростатические разряды, чрезмерную температуру и влажность, высокочастотные электромагнитные поля и быстрые переходные процессы (EFT).

(2) Низкое качество компонентов, включая батареи, ЦП, ЖК-экраны, реле, варисторы, конденсаторы, микросхемы измерения, стабилизаторы напряжения, микросхемы часов, кварцевые резонаторы, оптопары 485 и модули передачи данных по силовой сети.

(3) Программные неисправности, включая зависание системы, внезапные изменения в отображении энергии и ошибки часов.

(4) Проблемы с качеством сборки, включая недостаточное качество пайки производителями счетчиков (что приводит к холодным или ненадежным паяным соединениям) и неправильную коммутацию при установке компаниями поставщиками электроэнергии.

Для решения этих причин неисправностей можно предпринять следующие меры:

(1) Усиление выбора компонентов, чтобы обеспечить надежную работу интеллектуальных счетчиков даже в экстремальных условиях окружающей среды.

(2) Усиление тестирования программного обеспечения, чтобы улучшить его способность предотвращать ошибки и противостоять внешним помехам.

(3) Улучшение контроля качества сборки, эффективно мониторя и оценивая как внутреннее качество сборки, так и практики установки на месте.