莊建平

確山縣公共檢驗(yàn)檢測(cè)中心 河南確山 463200

本文通過(guò)對(duì)單相智能表出現(xiàn)的計(jì)量失準(zhǔn)問(wèn)題的歸類和分析，結(jié)合表計(jì)整體的軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)原理，詳細(xì)分析計(jì)量失準(zhǔn)問(wèn)題出現(xiàn)的可能原因。最后提出減少計(jì)量失準(zhǔn)問(wèn)的一些具體措施，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況證明，這些防范和改進(jìn)措施是非常有效的。

1 單相電能表結(jié)構(gòu)分析

單相智能表主要由電能計(jì)量單元、數(shù)據(jù)處理單元、供電系統(tǒng)和輸入輸出系統(tǒng)4部分組成。其中，電能計(jì)量單元包括電流采樣網(wǎng)絡(luò)、電壓采樣網(wǎng)絡(luò)、計(jì)量集成電路；數(shù)據(jù)處理單元包括微控制器、數(shù)據(jù)內(nèi)卡、掉電檢測(cè)、日歷時(shí)鐘、繼電器單元組成；供電系統(tǒng)由電源、電池、穩(wěn)壓電路組成；輸入輸出系統(tǒng)由LCD、校驗(yàn)表輸出口、按鈕、端子輔助輸入輸出系統(tǒng)。目前我國(guó)單相智能表的硬件方案基本類似，首先用電壓/電流采樣電路將電網(wǎng)電壓和負(fù)荷電流轉(zhuǎn)換成弱電信號(hào)，再使用集成芯片實(shí)現(xiàn)電參數(shù)測(cè)量和電能計(jì)量。

2 單相智能表計(jì)量失準(zhǔn)問(wèn)題分析

2.1 智能表檢定存在問(wèn)題

對(duì)于智能電表來(lái)說(shuō)，其主要誤差來(lái)源于乘法器、電壓采樣器和電流采樣器。以電流采樣器為例，其主要材料是錳銅合金板，其自身的溫度變化與電阻呈非線性關(guān)系，因此環(huán)境溫度也會(huì)影響智能表的非線性。電壓采樣器主要分為兩種形式。電壓互感器和分壓器。電壓互感器的誤差原因也比較復(fù)雜。例如，頻率、負(fù)載和溫度等因素都會(huì)影響。文中還提到了分頻器產(chǎn)生誤差的原因。乘法器有兩種類型：數(shù)字乘法器和模擬乘法器。輸入電壓誤差的機(jī)理使得模擬乘法器在大規(guī)模集成電路和運(yùn)算放大器的輔助下得以實(shí)現(xiàn)，其本身的誤差與輸入電壓之間存在非線性關(guān)系。另一方面，由于輸入頻率較寬，對(duì)模擬乘法器的精度影響較小。此外，智能電表在運(yùn)輸過(guò)程中，內(nèi)部精密部件的碰撞和擺動(dòng)也會(huì)引起智能電表的損壞。結(jié)果，調(diào)節(jié)裝置的制動(dòng)力裝置發(fā)生位移，進(jìn)而影響調(diào)節(jié)裝置的制動(dòng)力矩的變化，最終可能出現(xiàn)試驗(yàn)誤差。最后，智能表的位置不準(zhǔn)確，智能表的檢測(cè)可能會(huì)出錯(cuò)。

2.2 環(huán)境影響

溫度對(duì)單相智能表的影響主要作用于電阻、分流器、計(jì)量芯片和電壓基準(zhǔn)，濕度主要改變電路板各處分布的雜散電容從而影響誤差，磁場(chǎng)主要作用在電流回路上產(chǎn)生附加感應(yīng)電勢(shì)，溫度變化對(duì)電壓回路的影響，是通過(guò)改變高壓臂電阻Rh和低壓臂電阻Rl的阻值。濕度變化對(duì)智能表計(jì)量誤差的影響，主要是由于改變電路板和電子元器件的老化特性，對(duì)分布電容也有微小影響。器件加速老化試驗(yàn)表明，在高濕環(huán)境下，電阻和電壓基準(zhǔn)的老化特性會(huì)發(fā)生顯著變化。磁場(chǎng)主要是指工頻磁場(chǎng)，通過(guò)在電流回路上產(chǎn)生附加感應(yīng)電勢(shì)，從而影響智能表誤差[1]。

2.3 不對(duì)稱電壓

首先，智能表當(dāng)中的附件表現(xiàn)出不一致的現(xiàn)象，即便是在同一個(gè)線路、同一個(gè)電壓、同一個(gè)電流通過(guò)的情況下，智能表當(dāng)中的附件也有可能造成不平衡的局面，這種問(wèn)題的發(fā)生導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)滑輪出現(xiàn)了特別大的變化，所以造成了電力計(jì)量誤差的情況。其次，智能表當(dāng)中的附件表現(xiàn)出一樣的情況時(shí)，同樣會(huì)造成不平衡的局面。當(dāng)電壓表上的電壓表現(xiàn)出不對(duì)稱的時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)滑輪會(huì)發(fā)生較大的變化，尤其是在絕對(duì)值方面表現(xiàn)出大不相同的現(xiàn)象。

3 單相智能表計(jì)量失準(zhǔn)的防范措施

3.1 軟件改進(jìn)措施

3.1.1 采用可靠的數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式

當(dāng)采用crc16檢驗(yàn)時(shí)，它用特征值來(lái)判斷，例如星期幾、日期和周期執(zhí)行BCD碼判定。

3.1.2 電力數(shù)據(jù)量采用多種備份方式

例如，備份數(shù)據(jù)量分為以下幾部分。在單片機(jī)的ram中，有主、輔兩種電量數(shù)據(jù)，EEPROM電量數(shù)據(jù)分為電荷存儲(chǔ)區(qū)的電量數(shù)據(jù)和每節(jié)電池的備用電量數(shù)據(jù)。一旦備份數(shù)據(jù)量也在兩個(gè)區(qū)域中備份。在讀取電量時(shí)，首先有效地執(zhí)行ram中的度量參數(shù)，如果數(shù)據(jù)不正確，則將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在EEPROM中，如果讀取的數(shù)據(jù)不正確，則可以參考EEPROM中的數(shù)據(jù)備份來(lái)避免錯(cuò)誤。

3.1.3 軟件自檢和糾錯(cuò)

加載電力時(shí)，需要根據(jù)備份數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)做出決定。標(biāo)定參數(shù)由多個(gè)和多個(gè)備份過(guò)程代替，測(cè)量參數(shù)采用ram和雙備份EEPROM。

3.1.4 測(cè)量程序在運(yùn)行期間監(jiān)控測(cè)量芯片的狀態(tài)

嚴(yán)格檢查脈沖常數(shù)等嚴(yán)格參數(shù)，防止讀/寫(xiě)參數(shù)異常和/或外界干擾。在脈沖讀數(shù)過(guò)程中增加保護(hù)措施，防止脈沖計(jì)數(shù)讀數(shù)不準(zhǔn)確。測(cè)量芯片具有異常狀態(tài)處理機(jī)制，例如，可能基于諸如閾值的相關(guān)條件施加限制值。

3.2 硬件改進(jìn)措施

（1）布線保持了足夠的電氣間隙，按照強(qiáng)弱電分離的原則保證了PCB的優(yōu)越性。由于所有的片式電容器墊和接地孔都大于安全距離，因此可以保證不因電容器受潮而產(chǎn)生接地電阻降。

（2）提高了接線板布置的合理性，合理采用濾波措施，并盡可能縮短端子引線的長(zhǎng)度，采取規(guī)律性措施，避免形成回路，對(duì)變壓器和繼電器增加了屏蔽作用，避免了外部的干擾裝置和線路減少了聲輻射和傳導(dǎo)，改善了線路干擾干擾。同時(shí)，對(duì)于測(cè)量部分的電壓和電流采樣信號(hào)，應(yīng)盡可能采用差動(dòng)牽引線，牽引時(shí)應(yīng)注意模擬部分的接地，以避免數(shù)字信號(hào)線的噪聲干擾。

（3）在展開(kāi)設(shè)計(jì)中，印刷電路板的布局應(yīng)考慮外力（熱、應(yīng)力、人為因素等），在PCB設(shè)計(jì)中，容量等器件應(yīng)放置在不受外力影響的位置。

3.3 工藝改進(jìn)方面

（1）測(cè)量芯片、晶圓、光耦有明確的焊接要求，焊接溫度不允許過(guò)高，溫度過(guò)高，以免損壞芯片及相關(guān)零件。所有貼片零件均為回流焊，除按鈕等特殊零件外，所有插入件均為峰焊、超聲波清洗，且全員不參與，因此最大限度地降低了全員帶來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量。

（2）所有電表焊接后，涂三道保護(hù)漆，防止產(chǎn)品在潮濕環(huán)境中吸收蒸汽而改變性能。

（3）隔板采用專用隔板，防止損壞印刷電路板及部件。在生產(chǎn)過(guò)程中，采用半成品專用防靜電旋轉(zhuǎn)盒。

3.4 驗(yàn)證設(shè)備

智能儀表測(cè)試需要多功能智能儀表。測(cè)試項(xiàng)目和功能較常用的校表有了很大的改進(jìn)。對(duì)于操作人員來(lái)說(shuō)，該裝置的基本原理是很清楚的，在應(yīng)用過(guò)程中，需要借助計(jì)算機(jī)應(yīng)用，有效地進(jìn)行功能控制和自動(dòng)測(cè)試。規(guī)范的操作能有效避免設(shè)備在使用過(guò)程中的損壞。最后，防止靜電放電。人體本身就是一個(gè)巨大的靜電發(fā)生器。靜態(tài)電壓隨外界空氣環(huán)境的變化而變化。此電壓可能會(huì)在電路板中造成干擾和擊穿。為了做到這一點(diǎn)，你應(yīng)該在相對(duì)干燥的環(huán)境中工作。人體靜電防止損壞電路板。同樣，為了有效去除人體的靜電，可以有意識(shí)地接觸到一些特殊的連接部位。同時(shí)，在拆卸工作中，可佩戴相應(yīng)的絕緣防護(hù)材料，有效防止靜電傷害。

3.5 嚴(yán)格落實(shí)維護(hù)工作

首先，一定要將電能計(jì)量設(shè)備的監(jiān)督與管理工作嚴(yán)格落實(shí)到每一個(gè)細(xì)節(jié)當(dāng)中，盡可能避免在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中存在故障問(wèn)題，科學(xué)合理的安裝電能計(jì)量設(shè)備，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定要求進(jìn)行科學(xué)合理安排，從而最大程度上保障電能計(jì)量工作能夠正常穩(wěn)定運(yùn)行，為了保障電能計(jì)量設(shè)備能夠高效穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng)使用年限，應(yīng)當(dāng)及時(shí)更換設(shè)備。當(dāng)電能計(jì)量設(shè)備一旦出現(xiàn)問(wèn)題，必須及時(shí)解決，從而保障電能計(jì)量工作能夠高效穩(wěn)定地運(yùn)行與開(kāi)展[2]。

3.6 工藝改進(jìn)方面

（1）測(cè)量芯片、晶圓、光耦有明確的焊接要求，焊接溫度不允許過(guò)高，溫度過(guò)高，以免損壞芯片及相關(guān)零件。所有貼片零件均為回流焊，除按鈕等特殊零件外，所有插入件均為峰焊、超聲波清洗，且全員不參與，因此最大限度地降低了全員帶來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量。

（2）所有電表焊接后，涂三道保護(hù)漆，防止產(chǎn)品在潮濕環(huán)境中吸收蒸汽而改變性能。

（3）隔板采用專用隔板，防止損壞印刷電路板及部件。在生產(chǎn)過(guò)程中，采用半成品專用防靜電旋轉(zhuǎn)盒。

4 單相智能表工作原理

智能電表工作時(shí)，電壓、電流經(jīng)傳感器件轉(zhuǎn)換為采樣信號(hào)通過(guò)濾波處理后送入計(jì)量芯片，計(jì)量芯片將能量信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)送到CPU進(jìn)行電量脈沖采集，電量累計(jì)和各項(xiàng)計(jì)算分析處理，其結(jié)果保存在數(shù)據(jù)存貯中；同時(shí)CPU完成紅外、485通訊、LCD顯示等功能處理。電表帶有硬時(shí)鐘電路，保證時(shí)鐘在標(biāo)稱溫度下時(shí)鐘日誤差小于0.5s/d。數(shù)據(jù)安全性上采用冗余設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采用多重備份，確保計(jì)量數(shù)據(jù)可靠。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)如今的電力計(jì)量誤差范圍非常小，幾乎達(dá)到了忽略不計(jì)的效果[3-4]。但是，電力計(jì)量誤差的存在還是意味著計(jì)量工作存在一定的不足，即便是影響非常小，但是卻不能忽略這種影響，因此電力企業(yè)應(yīng)該重視智能表的應(yīng)用和日常維護(hù)，切實(shí)提高智能表計(jì)量準(zhǔn)確性，從而為電力營(yíng)銷服務(wù)提供依據(jù)。