三相电能表检定装置异常状态分析及解决方案

杨图强

(三明市计量所，福建三明 365000)

1 引 言

从电能表列入国家强制检定计量器具目录之日起，电能表检定装置就承担起准确计量的重要任务，其稳定运行是电能表准确可靠工作的保障[1]。随着检定规程的变更、受检电能表功能种类的增多，检定装置不断地升级换代，但再完美的设计、再先进的设备都无法保证零故障运行。以YC-1893D型三相电能表检定装置为例，阐述过载、开路、短路、电流输出异常状态的产生及其原因，并提出有效对策。

2 三相电能表检定装置原理

三相电能表检定装置由一体化的数字合成正弦信号源、高稳定度的智能功率放大器、电流、电压输出变换电路、功放电源和工作电源电路、过载自动保护电路和标准电能表、分布式误差计算器、时基频率仪等标准计量仪器组成。

数字合成正弦信号源产生的电压和电流是标准正弦信号，分别通过各自的反馈补偿调整电路送到电压功放和电流功放进行功率放大。放大的正弦电压信号经电压输出变压器升压后送到被校表和标准电能表。放大的正弦电流信号通过升流变压器升流后由装置的电流输出端子输出，串接标准表和各被校表电流线圈后回到升流器。输出电压、电流信号经电流、电压反馈采样互感器采样，反馈回功放前级的反馈补偿调整电路。分布式误差计及误差显示将最终的误差值计算并显示。装置的监视表(或标准表)提供输出的实时监测。检定装置系统框图如图1所示。

3 常见异常状态分析及解决方案

3.1 开机报警

3.1.1软件未响应

故障现象：检定装置与操控电脑通过RS232接口连接并启动后，应用软件无法响应，未能按照预先设置的检定方案开展检定工作[2]。

故障分析：检定装置存在上次检定的残余项目程序、检定过程中异常退出、通信协议不正确以及软件兼容性等问题均可引起检定装置应用软件无法响应[3]。

解决方案：更改通信协议，核查并确保软件中波特率的设定值与检定装置一致[4]。重新启动检定装置，并按“复位”键对系统进行复位。若故障仍未排除，则可判定为软件兼容性问题，选择“Windows98/Windows ME兼容模式”进行修正。

3.1.2电流保护

故障现象：检定装置启动后，出现装置报警，电流I保护，无法进行后续操作。

故障分析：电压功放和电流功放输出产生的自激[5]形成扰动电流，使检定装置误判为异常加载电流，系统自动形成电流保护，以防后续的不当操作。

解决方案：关闭检定装置电源，对电路板进行放电。启动检定装置，再次对检定装置进行复位。

3.2 过载报警

故障现象：检定装置出现过载峰鸣报警，标准电能表上仅显示电压值，无电流值。

故障分析：最大电流Imax、基本电流Ib设置错误或应用软件未能正确识别最大电流Imax、基本电流Ib。关注最大电流Imax和基本电流Ib的录入格式，部分软件厂家对电流的录入格式有严格规定，Imax(Ib)的括号必须为半角。若将(Ib)设为全角字符，应用软件无法正确识别最大电流Imax和基本电流Ib，出现过载。

解决方案：核查检定方案的最大电流Imax和基本电流Ib是否与被检电能表规格一致，并确保录入格式符合要求。

3.3 开路报警

3.3.1接线端子开裂断裂

故障现象：检定装置任何一检定点均出现开路峰鸣报警。

故障分析：接线端子开裂造成某一相线电流开路。

解决方案：更换标准电能表后方的开裂接线端子，确保充分有效地紧密接触。

3.3.2小电流时开路报警

故障现象：检定装置大电流负载状态下可正常加载进行检定，1.5A及以下小电流加载时出现电流开路报警。

故障分析：检定装置小电流时受到外界的扰动，引起小电流的不稳定加载。为避免此干扰，厂家通常在电路中安装消震用电阻。消震用的电阻烧坏，造成小电流开路。

解决方案：更换相同规格的消震用电阻。更换电阻时还应注意两个方面。1)该电阻烧坏常伴有高温，极易烤坏线路板，除更换电阻外应仔细检查线路板是否完好；2)关注更换后电阻的散热问题，若新安装的电阻在原线路板上无较大散热空间，最佳方式是将其外接，确保足够的散热空间，可有效避免因散热不佳造成的电阻频繁烧坏。

3.3.3被检电能表内部开路故障

故障现象：检定装置电流加载过程中，A、B、C三相电流中的一相或几相电流突变为0，无法实现持续加载，并产生峰鸣报警。

故障分析：通过电流短接片短接检定装置对应相线的方式，核查被检电能表内部是否存在开路。方法是针对A、B、C三相中无电流的其中一相或几相，用电流短接片短接检定装置的对应相线。加载电流，查看标准电能表是否有电流通过，若标准电能表有电流通过，被检电能表内部存在开路故障。应注意使用专用电流短接片进行短接检定装置实验。专用电流短接片最高可承受100A的电流，可最大程度保证大电流加载时的安全性。若无专用电流短接片，可采用25A或5A的电流线，但应确保基本电流Ib不超过电流线的最大负荷值，避免电流线过热或烧坏而造成短路，进而烧坏检定装置和标准电能表。

解决方案：在客户许可的前提下，打开铅封拆表进行检测排除故障。重点检查A相、B相、C相线路中的U形回路是否存在断裂开路，三元件是否存在开路、老化、皲裂、松动，变压器绕组是否断线，电容是否被击穿，以及接线端子与接线柱是否开路等[6]。

3.3.4表棒故障

故障现象：A、B、C三相电流中的一相或几相电流开路，停止运行后表棒无法正常弹起。

故障分析：未夹紧表棒使被检电能表与表棒无法充分有效接触，大电流加载时，表棒过热，使滑块高温熔化，将表棒卡住。

解决方案：更换因高温熔化的滑块，确保电能表与表棒的充分有效接触。

3.4 短路报警

3.4.1辅助电源接头氧化

故障现象：A、B、C三相中的某一相或两相短路。

故障分析：检定装置辅助电源的接头在高湿度的环境中产生氧化，造成绝缘性能下降，形成短路。

解决方案：采用细砂纸打磨氧化部分，使接触部分绝缘性能良好[7]。

3.4.2保险开关烧坏

故障现象：A、B、C三相均短路。

故障分析：短接保险开关，从主板中引出两条线，将白炽灯串联在主板线路中。启动检定装置，手动加载电流。若灯泡正常发光，则证明存在短路，且短路现象因保险开关烧坏而起。若微亮或不亮，则检定装置中保险开关未损坏。

解决方案：对保险开关进行查验并用万用表检测，若存在明显烧坏痕迹或阻值为0，则更换保险开关。

3.4.3风扇烧坏

故障现象：检定装置线圈过热，A、B、C三相均短路。

故障分析：检定装置内设有散热风扇，通常其仅在检定装置内部温度过高时高速工作，其是否完好无法第一时间察觉，但其故障或烧坏将会造成检定装置出现短路报警。

解决方案：将辅助电源的L线(火线)脱离，按照3.4.2方法串联白炽灯进行测试，若灯泡正常发光，则说明散热风扇已烧坏，立即更换。若微亮或不亮，则风扇可正常工作。

3.5 电流输出异常

3.5.1检定装置内部A相、B相、C相接线松动

故障现象：检定装置电流加载过程中，A、B、C三相电流中的一相或几相电流突变为0，无法实现持续加载，并产生峰鸣报警的现象。

故障分析：检定装置内部线路存在开路。

解决方案：打开检定装置后盖板，检查检定装置内部A相、B相、C相每一相的接线情况，旋紧可能松动的接口旋钮，关注每条内部线路是否存在开裂、老化，及时更换受损线路。

3.5.2标准电能表端子烧坏

故障现象：同3.5.1。

故障分析：短接检定装置中对应电流为0的相线，加载100A电流，观察是否报警及标准电能表示值。以C相电流为0为例，短接C相后，标准电能表示值为A相：100.077 9A，B相100.053 1A，C相：0.000 0A，且检定装置不报警，则判断检定装置无故障，为标准电能表端子烧坏。

解决方案：检查标准电能表电流为0的相线接线端子，对其进行维修或更换。

3.5.3继电器烧坏

故障现象：加载过程前期正常，随着电流的加大，出现某一相电流值为0，检定装置报警。

故障分析：检定装置的电流加载范围可达(0～100)A，检定装置通常配备不同规格的继电器来切换电流档位，以满足不同电流负载点的加载，继电器的功能散丧失将会造成相应电流档位无法加载。将检定装置A、B、C三相全部短接，用手动控制板进行加载电流操作,选择220V，5.000A(额定电流)，P3-3(三相四线电子式)。其次按I键，输入电流百分比，100代表100%额定电流，电流百分比从100%逐渐升到2000%，记录标准电能表中的A、B、C三相电流值，电流值见表1。

表1 不同额定电流下的A，B，C三相电流值

当加载电流达到50A后，C相无电流，电流值为0。可初步判断检定装置中对应100A档位的继电器烧坏。

解决方案：将检定装置通电，用万用表对工作中的继电器进行导通测试，“通”说明继电器正常，“断”说明继电器损坏[8]。检测结果验证了本例中的继电器损坏，将继电器更换成合格的10A、125VAC规格的继电器，故障即可消除。

3.5.4标准电能表接线端子松动

故障现象：标准电能表中小电流值异常波动。

故障分析：标准电能表的接线端子松动将会造成接触不良，进而产生小电流异常跳动现象。按3.5.3的测试方法进行持续加载电流，重点关注存在异常的C相电流短时间内的变化，发现在500%，即25A时，小电流呈异常跳动，电流值见表2。

表2 额定电流(25A)下的A，B，C三相电流值

功能正常的检定装置，其电流短时间内的变化应在小数点第三位后正常波动，表2的C相电流在个位数出现异常跳动，可判断为接线端子存在松动。通过检查标准电能表后的接线端子，发现标准电能表C相接口、C相接线端子存在因大电流过热造成橡胶融化变形现象，导致连接松动。

解决方案：将标准电能表和对应接线端子原有烧坏的部分打磨平整，令其紧密接触，或直接成套更换接口与接线端子。

3.5.5辅助电源烧坏

故障现象：标准电能表无电流通过，检定装置无法运行。

故障分析：辅助电源可为检定装置的每一相线路进行低压供电，辅助电源烧坏会引起保险烧坏，致使整个检定装置无法运行的故障。

解决方案：更换辅助电源。

3.5.6多组电源变压器烧坏

故障现象：检定装置加载过程中，标准电能表始终无电压、无电流。

故障分析：多组电源变压器为检定装置进行辅助供电，多组电源变压器烧坏将无法对检定装置内部辅助系统进行供电，造成整个检定装置无法正常进行检定。

解决方案：通过串联灯泡检查，白炽灯灯泡微亮或不亮，说明多组电源变压器正常。若高亮度发光，则证明多组电源变压器烧坏，更换多组电源变压器即可解决。

4 结束语

本文分析的故障在实际检定过程中可同时出现一个或数个，基于开机异常、过载、开路、短路、电流输出故障等异常状态的三相电能表检定装置异常状态分析系统性地提出了科学实用的解决方案，可帮助计量检定人员第一时间找准切入点，及时解决故障，保障高效检定。对于三相电能表检定装置生产企业，可借鉴此研究成果，针对易发故障的元器件进行重新设计或优化，最大程度降低检定装置运行期间的故障率，可有效提高产品质量[9]。