1、计量设备故障快速检测方法与应用研究 许丽娟 广州供电局有限公司 摘 要： 针对通信故障、接线等原因导致计量自动化系统采集失败屡有发生的现象, 本文通过对现有计量设备故障进行分析调研并找出存在的问题, 对计量设备故障快速检测方法可行性进行分析, 设计计量设备快速检测装置可行性技术方案, 实现计量设备现场初装状态快速判定功能, 免去了在现场运维人员的检测的繁琐操作, 从而有效的提升现场运维人员的检测效率。关键词： 计量设备; 故障; 检测; 作者简介：许丽娟, 广州供电局有限公司计量中心, 从事电能计量技术工作。基金：南方电网电能计量设备现场初装状态快速判定装置项目资助近年来, 随着南方电网公司业
2、务一体化发展的深入推进, 计量自动化系统建设已初具规模, 计量设备的应用呈现出数量大、类型多、智能化、运行环境复杂的特点。目前, 南网主要通过计量自动化系统对智能电能表的相关用电信息和记录进行数据采集、分析, 为智能调度提供数据支持。因此, 智能电能表现场数据采集是否成功, 将直接关系着广大电力用户、电网公司的切身利益和智能电网的健康发展。而现场大部分智能电能表主要通过载波及无线通信方式进行数据传输。在实际的运行过程中, 由于通信故障导致计量自动化系统采集失败的现象屡有发生, 对于现场运维人员却没有快速可靠的检测方法。本文主要进行计量设备快速检测方法进行研究, 进而对计量设备快速检测装置进行设
3、计与研究。1 现状调查目前, 南网主要通过计量自动化系统对智能电能表的相关用电信息和记录进行数据采集、分析, 为智能调度提供数据支持。因此, 智能电能表现场数据采集成功与否, 将直接关系着广大电力用户、电网公司的切身利益和智能电网的健康发展。而现场大部分智能电能表主要通过载波及无线通信方式进行数据传输。但采用这种方法联调存在弊端:在实际的运行过程中, 当通信故障导致计量自动化系统采集失败的现象屡有发生。据统计, 系统自动抄表率约为 93.82%, 有6.18%的用户需要进行现场故障诊断与维修。而 2016 年, 广州供电局由于电费纠纷经由广东省计量院进行现场电能计量准确性鉴定的计量事件中, 现
4、场接线故障占了总用电纠纷数量 50%以上。因此, 研发出一套电能计量设备现场初装状态快速判定装置, 为现场装表接电人员提供一种操作简易、快速可靠的安装状态检测方法, 对提高自动抄表率, 保证装表接电准确性有着重要的应用意义。2 计量故障快速检测原理2.1 现场校验原理计量故障识别模块通过电流夹钳测量电流, 通过电压端子测量电表电压, 计算出标准瞬时功率并生成电能脉冲, 与被检表电能脉冲比较计算, 得出电能表计量误差, 通过读取表内电压、电流数据与模块内部数据作比较, 实现现场校验。2.2 故障诊断原理计量故障识别模块通过 RS485 通讯, 读取电能表内部的电参数及电池电压等信息, 判断电能表
5、是否发生 RS485 通讯故障、电池欠压故障情况。2.3 环境检测原理计量故障识别模块通过内部温度传感器、湿度传感器、磁检测传感器等判断所处的运行环境参数。图 1 系统原理框图 下载原图2.4 错接线检测原理计量故障识别模块通过采集电压信号、电流信号, 经过内部处理器计算得出电压相位角度关系及电流方向, 通过查表得出相应接线情况。2.5 谐波检测原理计量故障识别模块通过模数转换电路采集一个周波内若干数据点, 记录电压、电流数据点, 通过 FFT 算法对电压电流进行傅里叶转换, 计算出各频次谐波幅值, 最后计算出各频次谐波百分比含量。FFT 算法:3 计量故障快速检测装置设计方案模块由主控 MC
6、U、电源管理系统、采样电路、通信模块、台区识别/串户检测模块及各类传感器组成。如图 1 所示。3.1 通信故障识别硬件上, 采用嵌入式 ARM 模块 STM32 设计, 采用蓝牙通信方式与掌机进行数据交互, 设计通信模块检测按键, 当模块正确插入并按下此按键后, 才会通电工作, 确保装置的使用安全。电池充电具备防过防及防过充功能。软件上, 集中器载波模块测试, 将装置即作为集中器使用又作为采集器使用。当只插入现场集中器模块时, 使用现场的采集器与电能表回应报文;当现场无采集器或载波表时, 插上采集器模块, 外设作为采集器向集中器模块返回抄读日期。电能表载波模块测试将装置作为载波表来使用, 测试
7、时需要同时插入集中器载波模块与电能表载波模块。掌机向装置发送电能表载波模块测试命令;装置在接收到命令后, 向集中器模块添加该表档案, 然后发送抄读日期报文;当装置上的电能表载波模块接收到载波报文后, 向外设发送 645 报文;装置在处理 645报文后向电能表载波模块返回处理结果;电能表载波模块再将结果发送给集中器模块;集中器模块再返回给装置处理, 完成后将结果发送给掌机。3.2 用电环境检测硬件上, 计量故障识别模块通过内部温度传感器、湿度传感器、磁检测传感器等判断所处的运行环境参数。软件上, 装置接收到获取环境温度命令帧;从温湿度芯片中获取采样到的温度值;应答温度数据值。3.3 接线故障检测
8、硬件上, 通过采集电压信号、电流信号, 经过内部处理器计算得出电压相位角度关系及电流方向, 通过查表得出相应接线情况。软件上, 装置接收到获取电能表接线错误数据命令帧;根据传入的表计地址, 抄读电能表的额定电压和额定电流;从采样芯片获取当前实际的电压电流值, 判断是否有失压或断相;如果没有失压断相, 则通过采样芯片获取每相得电压之间和电压电流之间的夹角;通过传入的负载类型, 查找电压之间和电压电流之间夹角对应的接线方式数据表;根据采样到的夹角和获取的数据表, 判断当前的接线方式;应答数据。3.4 电能表在线故障检测硬件上, 安装初判装置通过 RS485 通讯, 读取电能表内部的电参数及电池电压
9、等信息, 判断电能表是否发生 RS485 通讯故障、电池欠压故障情况。软件上, 装置上电, 自动抄读电能表的日期数据, 如果抄读不成功, 则设置RS485 故障, RS485 故障灯点亮;如果 RS485 正常, 则抄读电能表运行状态字 1, 获取时钟电池数据, 如果时钟电池电压, 则电池欠压故障灯点亮。4 结论文章研究了在实际的计量设备测试中的快速测试方法、原理及基本测试模型, 可以很好地指导现场测试的实施, 抓住了关键的测试项目, 从现场校验、台区识别、串户检测、错接线判断等方面进行了详尽的分析论述, 研究并设计了计量设备故障快速检测装置, 可实现计量设备现场初装状态快速判定功能, 免去了在现场运维人员的检测的繁琐操作, 从而有效的提升现场运维人员的检测效率。参考文献1黄金玉.高压计量常见故障分析J.鸡西大学学报, 2005 (2) . 2吴秋燕, 夏鹏, 徐希.试析电力计量系统故障检测技术J.低碳世界, 2016 (21) .
