单相智能表计量失准问题分析及防范措施研究

庄建平

确山县公共检验检测中心 河南确山 463200

本文通过对单相智能表出现的计量失准问题的归类和分析，结合表计整体的软件设计和硬件设计原理，详细分析计量失准问题出现的可能原因。最后提出减少计量失准问的一些具体措施，通过现场的实际运行情况证明，这些防范和改进措施是非常有效的。

1 单相电能表结构分析

单相智能表主要由电能计量单元、数据处理单元、供电系统和输入输出系统4部分组成。其中，电能计量单元包括电流采样网络、电压采样网络、计量集成电路；数据处理单元包括微控制器、数据内卡、掉电检测、日历时钟、继电器单元组成；供电系统由电源、电池、稳压电路组成；输入输出系统由LCD、校验表输出口、按钮、端子辅助输入输出系统。目前我国单相智能表的硬件方案基本类似，首先用电压/电流采样电路将电网电压和负荷电流转换成弱电信号，再使用集成芯片实现电参数测量和电能计量。

2 单相智能表计量失准问题分析

2.1 智能表检定存在问题

对于智能电表来说，其主要误差来源于乘法器、电压采样器和电流采样器。以电流采样器为例，其主要材料是锰铜合金板，其自身的温度变化与电阻呈非线性关系，因此环境温度也会影响智能表的非线性。电压采样器主要分为两种形式。电压互感器和分压器。电压互感器的误差原因也比较复杂。例如，频率、负载和温度等因素都会影响。文中还提到了分频器产生误差的原因。乘法器有两种类型：数字乘法器和模拟乘法器。输入电压误差的机理使得模拟乘法器在大规模集成电路和运算放大器的辅助下得以实现，其本身的误差与输入电压之间存在非线性关系。另一方面，由于输入频率较宽，对模拟乘法器的精度影响较小。此外，智能电表在运输过程中，内部精密部件的碰撞和摆动也会引起智能电表的损坏。结果，调节装置的制动力装置发生位移，进而影响调节装置的制动力矩的变化，最终可能出现试验误差。最后，智能表的位置不准确，智能表的检测可能会出错。

2.2 环境影响

温度对单相智能表的影响主要作用于电阻、分流器、计量芯片和电压基准，湿度主要改变电路板各处分布的杂散电容从而影响误差，磁场主要作用在电流回路上产生附加感应电势，温度变化对电压回路的影响，是通过改变高压臂电阻Rh和低压臂电阻Rl的阻值。湿度变化对智能表计量误差的影响，主要是由于改变电路板和电子元器件的老化特性，对分布电容也有微小影响。器件加速老化试验表明，在高湿环境下，电阻和电压基准的老化特性会发生显著变化。磁场主要是指工频磁场，通过在电流回路上产生附加感应电势，从而影响智能表误差[1]。

2.3 不对称电压

首先，智能表当中的附件表现出不一致的现象，即便是在同一个线路、同一个电压、同一个电流通过的情况下，智能表当中的附件也有可能造成不平衡的局面，这种问题的发生导致转动滑轮出现了特别大的变化，所以造成了电力计量误差的情况。其次，智能表当中的附件表现出一样的情况时，同样会造成不平衡的局面。当电压表上的电压表现出不对称的时，转动滑轮会发生较大的变化，尤其是在绝对值方面表现出大不相同的现象。

3 单相智能表计量失准的防范措施

3.1 软件改进措施

3.1.1 采用可靠的数据校验方式

当采用crc16检验时，它用特征值来判断，例如星期几、日期和周期执行BCD码判定。

3.1.2 电力数据量采用多种备份方式

例如，备份数据量分为以下几部分。在单片机的ram中，有主、辅两种电量数据，EEPROM电量数据分为电荷存储区的电量数据和每节电池的备用电量数据。一旦备份数据量也在两个区域中备份。在读取电量时，首先有效地执行ram中的度量参数，如果数据不正确，则将数据存储在EEPROM中，如果读取的数据不正确，则可以参考EEPROM中的数据备份来避免错误。

3.1.3 软件自检和纠错

加载电力时，需要根据备份数据的优先级做出决定。标定参数由多个和多个备份过程代替，测量参数采用ram和双备份EEPROM。

3.1.4 测量程序在运行期间监控测量芯片的状态

严格检查脉冲常数等严格参数，防止读/写参数异常和/或外界干扰。在脉冲读数过程中增加保护措施，防止脉冲计数读数不准确。测量芯片具有异常状态处理机制，例如，可能基于诸如阈值的相关条件施加限制值。

3.2 硬件改进措施

（1）布线保持了足够的电气间隙，按照强弱电分离的原则保证了PCB的优越性。由于所有的片式电容器垫和接地孔都大于安全距离，因此可以保证不因电容器受潮而产生接地电阻降。

（2）提高了接线板布置的合理性，合理采用滤波措施，并尽可能缩短端子引线的长度，采取规律性措施，避免形成回路，对变压器和继电器增加了屏蔽作用，避免了外部的干扰装置和线路减少了声辐射和传导，改善了线路干扰干扰。同时，对于测量部分的电压和电流采样信号，应尽可能采用差动牵引线，牵引时应注意模拟部分的接地，以避免数字信号线的噪声干扰。

（3）在展开设计中，印刷电路板的布局应考虑外力（热、应力、人为因素等），在PCB设计中，容量等器件应放置在不受外力影响的位置。

3.3 工艺改进方面

（1）测量芯片、晶圆、光耦有明确的焊接要求，焊接温度不允许过高，温度过高，以免损坏芯片及相关零件。所有贴片零件均为回流焊，除按钮等特殊零件外，所有插入件均为峰焊、超声波清洗，且全员不参与，因此最大限度地降低了全员带来的产品质量。

（2）所有电表焊接后，涂三道保护漆，防止产品在潮湿环境中吸收蒸汽而改变性能。

（3）隔板采用专用隔板，防止损坏印刷电路板及部件。在生产过程中，采用半成品专用防静电旋转盒。

3.4 验证设备

智能仪表测试需要多功能智能仪表。测试项目和功能较常用的校表有了很大的改进。对于操作人员来说，该装置的基本原理是很清楚的，在应用过程中，需要借助计算机应用，有效地进行功能控制和自动测试。规范的操作能有效避免设备在使用过程中的损坏。最后，防止静电放电。人体本身就是一个巨大的静电发生器。静态电压随外界空气环境的变化而变化。此电压可能会在电路板中造成干扰和击穿。为了做到这一点，你应该在相对干燥的环境中工作。人体静电防止损坏电路板。同样，为了有效去除人体的静电，可以有意识地接触到一些特殊的连接部位。同时，在拆卸工作中，可佩戴相应的绝缘防护材料，有效防止静电伤害。

3.5 严格落实维护工作

首先，一定要将电能计量设备的监督与管理工作严格落实到每一个细节当中，尽可能避免在实际运行过程中存在故障问题，科学合理的安装电能计量设备，严格按照相关规定要求进行科学合理安排，从而最大程度上保障电能计量工作能够正常稳定运行，为了保障电能计量设备能够高效稳定运行，延长使用年限，应当及时更换设备。当电能计量设备一旦出现问题，必须及时解决，从而保障电能计量工作能够高效稳定地运行与开展[2]。

3.6 工艺改进方面

（1）测量芯片、晶圆、光耦有明确的焊接要求，焊接温度不允许过高，温度过高，以免损坏芯片及相关零件。所有贴片零件均为回流焊，除按钮等特殊零件外，所有插入件均为峰焊、超声波清洗，且全员不参与，因此最大限度地降低了全员带来的产品质量。

（2）所有电表焊接后，涂三道保护漆，防止产品在潮湿环境中吸收蒸汽而改变性能。

（3）隔板采用专用隔板，防止损坏印刷电路板及部件。在生产过程中，采用半成品专用防静电旋转盒。

4 单相智能表工作原理

智能电表工作时，电压、电流经传感器件转换为采样信号通过滤波处理后送入计量芯片，计量芯片将能量信号转化为脉冲信号送到CPU进行电量脉冲采集，电量累计和各项计算分析处理，其结果保存在数据存贮中；同时CPU完成红外、485通讯、LCD显示等功能处理。电表带有硬时钟电路，保证时钟在标称温度下时钟日误差小于0.5s/d。数据安全性上采用冗余设计，数据采用多重备份，确保计量数据可靠。

5 结语

综上所述，现如今的电力计量误差范围非常小，几乎达到了忽略不计的效果[3-4]。但是，电力计量误差的存在还是意味着计量工作存在一定的不足，即便是影响非常小，但是却不能忽略这种影响，因此电力企业应该重视智能表的应用和日常维护，切实提高智能表计量准确性，从而为电力营销服务提供依据。