Analiza uobičajenih uzroka operativnih grešaka u pametnim merilima električne energije

Sa stalnim razvojem pametnih mreža, sve se više koriste pametni merilnici za struju, a u poslu merenja energije često se susreću sa različitim vrstama operativnih grešaka. Ovaj rad analizira uzroke grešaka na pametnim merilnicima i predlaže odgovarajuće rešenje, koristeći nekoliko stvarnih primera operativnih grešaka.

1. Crni ekran
Crni ekran se odnosi na napajan merilac koji nema prikaz, što je najčešći tip greške kod pametnih merilaca u polju. Nakon uklanjanja i testiranja ovih otkazanih merilaca, utvrđeno je da je kapacitor na poziciji C2 na DCDC podlozi oštećen, stabilizator napona na ploči snabdevanja je preplavljen ili neutralna žica UN je odskočila. Uzroci ove greške crnog ekrana su sledeći: trenutne prekomjerne napone (poput udara munje ili fluktuacija mreže) ili visokoredne harmonike generisane složenim radnim okruženjima mogu oštetiti kapacitore i preplaviti stabilizatore napona; nepravilna obrada koja nije slijedila proizvodni proces može dovesti do lošeg spajanja ili odskakanja neutralne žice.

2. Nerečitljiv prikaz
Nerečitljiv prikaz se odnosi na fenomen kada LCD ekran pametnog merilca pokazuje nedostatak crta. Mogući uzroci uključuju loše spajanje na pinove LCD-a ili instalaciju merilca na otvorenom i izlaganje dugotrajnoj visokoj temperaturi sunčeve radijacije. Na primer, tri-fazni pametni merilac jedne kompanije je pokazivao ukupnu aktivnu energiju u pravom smeru od 702,610.88 kWh, energiju u vrhu perioda od 700,451.96 kWh, energiju u vrhu vremena od 700,987.42 kWh, energiju na ravnom tarifama od 700,551.59 kWh, i energiju u spadajućem periodu od 700,619.91 kWh. Pod normalnim uslovima, ukupna aktivna energija u pravom smeru bi trebalo da bude zbir energija u vrhu, vrhu vremena, ravnom tarifama i spadajućem periodu. Međutim, ova jednačina nije važila za ovaj merilac. Poslednjih osam cifara šifre bar-koda prikazane na LCD-u bile su 75517684, dok su one na imenskoj tablici bile 05517684.

Ovo pokazuje da LCD prikaz ima nedostatak crta—gde se cifra "0" netočno prikazuje kao "7", potvrđujući grešku nerečitljivog prikaza. Kada je merilac čitan na mestu koristeći ručni čitač, ukupna aktivna energija u pravom smeru je zabeležena kao 002,610.88 kWh, energija u vrhu kao 000,451.96 kWh, energija u vrhu vremena kao 000,987.42 kWh, energija na ravnom tarifama kao 000,551.59 kWh, i energija u spadajućem periodu kao 000,619.91 kWh. Zbir individualnih čitanja perioda odgovarao je ukupnoj, dodatno potvrđujući dijagnozu nerečitljivog prikaza. Glavni uzrok ove greške bio je dugotrajan izlaganje visokoj temperaturi sunčeve radijacije zbog vanjske instalacije merilca.

3. Nemogućnost čitanja podataka o energiji
Ova greška tipično se odnosi na pojavu simbola "←" (koji označava obrnut tok struje) u donjem levom uglu LCD ekrana, gde ukupna aktivna energija u pravom smeru čita nula, a obrtna aktivna energija pokazuje nenultu vrednost. Istraživanje je pokazalo da je glavni uzrok neispravan vez merilca, a stvarna potrošnja energije jednaka je čitanju obrtne aktivne energije. Nakon ispravljanja greške vezanja, merilac je ponovo radio normalno.

4. Niski napon baterije
Jednofazni i tri-fazni pametni merilci za struju opremljeni su unutrašnjim časovnim baterijama koje snabdijevaju unutrašnji čip časova. Tri-fazni merilci takođe imaju bateriju za čitanje bez struje, smještenu iza programerske vrata na panelu merilca. Kada se dogodi greška niskog napona baterije, svetlo alarmisanja na merilcu ostaje stalno upaljeno, a simbol niske snage pojavljuje se na LCD-u. Na mestu se rukuje uklanjanjem sigurnosne pečati sa vrata panela, otvaranjem vrata, uklanjanjem baterije i merenjem napona između njegovih pozitivne i negativne strane koristeći DC voltmeter. Ako napon odgovara specifikacijama, baterija treba biti vraćena i ponovo postavljena kako bi se osigurala dobra kontaktirana; ako je napon ispod nominalne vrednosti, baterija mora biti zamijenjena.

5. Brzo registriranje (prekomerno registriranje)
Pametni merilac jedne faze jednog korisnika pokazao je naglo povećanje čitanja energije. Testiranje na mestu koristeći kalibracioni uređaj pokazalo je da je merilac unutar dopuštenih granica greške. Laboratorijsko testiranje nakon uklanjanja takođe je potvrdilo da merilac zadovoljava standarde, ali je prekalibracijsko čitanje bilo 4,505.21 kWh, a postkalibracijsko čitanje 4,512.32 kWh—što pokazuje da je tijekom testa zabeleženo 7.111 kWh, dok običan test jednofaznog merilca potroši samo oko 1 kWh. Ovo je potvrdilo grešku "brzog registriranja."
Analiza je pokazala da je CPU snabdijevanje napona bilo značajno veće od projektovanog 5V, što je dovodilo do nepravilnih operacija čitanja/pisanja na I2C magistrali. Dalje ispitivanje kruga snabdevanja identificiralo je oštećen kapacitor C2. Mogući uzroci oštećenja kapacitora uključuju trenutne visoke napone od fluktuacija mreže ili udara munje, i visokoredne harmonike iz složenih električnih okruženja.

6. Kompleksna analiza
Pametni merilci za struju su multifunkcionalni uređaji koji idu dalje od osnovnog merenja energije, uključujući skladištenje i obradu informacija, stvarno vreme nadzora, automatsko upravljanje i interakciju podataka. Oni zadovoljavaju potrebe merenja energije, marketing menadžmenta i klijentske usluge. Međutim, njihova primarna funkcija ostaje tačno merenje energije, što mora biti precizno i stabilno. Stoga, pored potpunog korišćenja sistema za prikupljanje energije za nadzor stanja rada i anormalnih događaja pametnih merilaca, neophodno je analizirati temeljne uzroke otkaza merilaca i aktivno implementirati mere poboljšanja.

Na osnovu analize primera operativnih grešaka, glavni uzroci otkaza merilaca su sažeti kao što sledi:

(1) Uticaji okruženja, uključujući elektromagnetsku interferenciju, harmonike, visok napon, udare munje, statički otpad, prekomjeru temperaturu i vlago, visokofrekventne elektromagnetske polja i brze električne transijente (EFT).

(2) Loša kvalitet komponenti, uključujući baterije, CPU-e, LCD ekrane, releje, varistore, kapacitore, čipevi za merenje, stabilizatore napona, časovne čipove, kristale, 485 optokupljače i modul za nosilac komunikacije.

(3) Greške softvera, uključujući pad sistema, iznenadne promene prikaza energije i greške časova.

(4) Problemi sa obradom, uključujući neadekvatne tehnike spajanja proizvođača merilaca (što dovodi do hladnih ili lopućih spojeva) i neispravno vezanje prilikom instalacije od strane društava za snabdevanje strujom.

Da bi se suzbile ove uzroke otkaza, mogu se poduzeti sledeće mere:

(1) Jačanje izbora komponenti kako bi se osigurala pouzdana radnja pametnih merilaca čak i pod ekstremnim okruženjskim uslovima.

(2) Unapređenje testiranja softvera kako bi se poboljšala sposobnost prevencije grešaka i odpornost na interferenciju.

(3) Unapređenje nadzora kvalitete obrade, efikasno nadgledajući i ocenjujući i internu kvalitetu montaže i praksu instalacije na mestu.