摘要：文章首先对智能电能表进行概述，分析智能电能表的常见故障及其原因，最后提出智能电能表故障的处理措施和方法，保证智能电能表计量的准确性。
关键词：智能电能表；计量故障；原因；措施
引言
随着智能电能表大量推广和使用，其电网地位日趋重要。准确计量是智能表的基本要求，而且智能电能表的应用过程中，计量故障类型繁多，危害极大。为此本文针对智能电能表进行概述，并对智能电能表常见的故障以及原因进行总结和分析，最后提出预控智能电能表故障的方法措施。
1 智能电能表概述
智能电能表是一种由多个单元组合而成的新型全能电子式电能表，与传统的电能表相比，智能电能表能够对数据信息进行实时的监控和处理，并在信息记录、上传以及存储等方面具有明显的优势，智能电能表功能强大，不仅能够对用电负荷的曲线进行记录，还能根据不同的时期和季节自动进行费率和计价的调整，使得供配电的方案设计不断优化，随着电力系统的技术进步，智能电能表的功能也越来越多样化，甚至一些电能表还具备电价查询功能，这些智能电能表的技术进步有效地促进了供电服务的改善和优化，保证了电力系统的良好运行。
2 智能电能表的常见故障及其原因分析
2.1 器件自身缺陷诱发失效
2.1.1主要缺陷计量芯片作为普通的半导体器件，其本身质量问题也不容忽视，主要存在以下缺陷：
（1）芯片晶圆缺陷：包括芯片合金层过厚穿刺，PN结缺陷，氧化层杂质、钠离子污染，金属化通孔、台阶缺陷，以及钝化层针孔、分层缺陷等。这些缺陷可能诱发漏电、参数漂移甚至功能失效。
（2）晶圆划片损伤，如崩边、开裂等；
（3）芯片粘接不良：芯片与其基板粘接空洞、粘接材料爬至芯片表面（“爬肩”）；
（4）键合缺陷：键合损伤（键合“弹坑”）、键合虚焊、键合界面脏污、金铝金属合金出现柯肯达尔空洞现象等；
（5）引线弯曲不当、引线冲丝断裂；
（6）模塑化合物含有杂质或腐蚀性成分；
（7）塑封成型缺陷：塑封料中气泡、界面分层、引线键合丝冲丝，石英砂颗粒刺伤等。
2.1.2典型分析案例
某型号批电能表在现场使用一段时间后出现计量功能故障，为批次性故障。经过拆卸、更换定位为计量芯片失效，进一步定位到失效样品部分端口的反向导通电压变小，存在异常漏电通道。化学方法开封后键合区观察到明显半圆形裂纹损伤，下层介质层在扫描电子显微镜下观察到明显裂纹。因此，判断样品存在芯片键合点处的介质层破裂的工艺缺陷，导致芯片层间漏电，进而诱发器件出现计量功能故障。
2.2 电应力损伤失效
2.2.1 过电应力损伤
过电应力（electrical over stress，EOS）是指元器件承受的电流或电压应力超过其允许的最大范围。EOS来源于对器件引脚施加持续的较大电压或电流应力，时间长短和电流大小决定着施加能量的高低。通常情况下使EOS发生的电应力要持续1 ms以上，但μs量级的电应力也能造成过电现象。EOS造成的损伤主要表现为元器件功能失效或性能退化。
2.2.2电应力来源分析
对于已安装好的电能表，现场导致计量芯片损坏的重要原因是外部异常电应力导致芯片
EOS损伤、闩锁等。异常电应力来源通道包括计量电路的供电电源、接口电路以及板面潜在通道，异常电应力包括雷击浪涌、电源电压尖峰以及板面爬电等。
2.2.3典型分析案例
某型号批电能表在现场使用一段时间后出现不计量故障，故障比例约为0.3%。对计量芯片进行端口I/V测试观察到电源引脚对地呈电阻特性，显示电源端口已经被击穿。对失效器件进行开封，观察到芯片电源端口键合区存在明显烧毁，呈现过压击穿特征。通过对同型号批产品进行测试，观察到上电瞬间计量电路电源存在+5.6V~+7.2尖峰（持续时间为几十μs）。而该计量芯片的额定电压为+6.5 V。因此，可以判断电能表在现场应用过程中，持续的短时电压尖峰导致电源端口保护管烧毁。
2.3 电能表黑屏
电能表黑屏即在上电之后电能表没有显示，这种故障在电能表运行中最为常见，在电能表出现黑屏之后对电能表进行拆除检查，就会发现检测表DCDC小板上的C2处的电容可能出现已经烧坏的情形，火炸电源班上的稳压芯片出现损坏，除此之外，还有可能是UN零线脱落造成的烧毁。造成黑屏故障的根源可能是在进行智能电能表的安装过程不规范不科学，导致零线脱落或者焊点虚接的现象，或者电压的不稳定导致稳压芯片被击穿。
2.4 电能表乱码
电能表乱码指的是电能表的液晶屏中显示的数字出现混乱的现象。导致数字显示混乱的原因主要有两个：一种是智能电能表安装在户外，受到高温的影响，导致显示的错误；另一种是智能电能表的液晶管脚出现虚焊的情况。
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2.5 电能表的电池故障
智能电能表一般采用的是锂电池，锂电池实际运行过程中存在一旦电量用尽或发生故障，已经设定的程序或者已经记录的数据就会丢失，因此，锂电池的质量对智能电能表的运行有重要的影响。电能表出现最常见的电池故障就是锂电池电量用尽，导致锂电池电量消耗殆尽的主要原因有两个：一个是锂电池的质量不过关、不合格；另一个原因是锂电池的电路板存在漏电的现象。
除此之外，只能电能表常见的故障时电池欠压，在三相以及单项智能电能表中，一般会设置时钟电池，这种电池的主要作用是给智能电能表的时钟芯片提供电能，如果智能电能表中出现电池欠压的现象，电能表的表计报警灯就会常亮，并且在液晶屏上显示出相应的符号，说明电压已经低于额定的标准值，不能对电量进行准确的计量。
2.6电能表的烧表故障
烧表故障是电能表故障中发生几率最高的，烧表会引起电能表的损坏，使电能表无法正常工作。造成智能电能表的原因较多，主要包括以下几个方面：智能电能表内的供电电源烧毁；接线端子存在接线不良的问题；强电直接连接在脉冲的输出端，使得光耦出现故障进而烧毁；电线线路中过负荷使用，使得电流取样的线路或者内置的机电设备被烧坏；或者安装电能表的操作不当导致继电器的输出端子零线短接错，使得智能电能表内出现短路的现象；或者电表内的初级电压线圈被烧坏。
2.7 电能表的费控故障
智能电能表一般都具有费用计算和控制的功能，因此，费控的部分也会发生一些故障，其中最主要的故障有：远程费控与实际不符合；对身份认证存在问题。导致远程费控存在问题的主要原因有控制电路出现故障，或者继电器出现了故障。而身份认证有问题的原因主要是芯片存在故障，芯片发生插反、插错或者折角，都会导致电能表的身份验证出现错误。
3 智能电能表故障的处理措施和方法
3.1 电池故障的预控措施
为避免智能电能表的电池出现故障，应在购买电池之前对电池进行检测，检测的方法是使用万用表对电能表两端的电压进行测量，如果电压结果在3.67±0.01的范围内说明电能表电池的电压是合格的，如果超出这个范围说明电池的质量存在问题。除了电池本身的质量问题，还需要针对电池接头接触不良的问题进行预防，因此，要对电池的工作状况进行定期的检查，才能有效规避电池引发的电能表故障。
3.2 电能表显示问题的处理方法
针对智能电能表存在的数字显示混乱等问题，应采用万用表对电池进行测量，排除是否处于缺压的状态中，如果电能表显示问题并非缺压造成，则针对液晶显示屏的质量进行检查，对存在问题的液晶屏进行更换，而对液晶屏故障进行预防，需要提供良好的工作环境，避免高温和潮湿对液晶屏中偏光片和电极的损坏。
3.3 电能表烧表故障的处理措施
为避免电能表出现烧表的故障，应对电能表的造型进行严格的控制，其中计量装置的设计中接线必须规范，以此避免电能表出现少烧表的故障。
3.4 电能表费控故障的处理方法
对于远程费控不合格的问题，可以采取的处理方法是先对电路进行检查，利用一个完好的继电器进行电路故障的检测，缩小故障检查的范围。因继电器的温度和接触不良造成的问题应予以重点的关注。对于身份认证不过关存在的问题，应首先对芯片进行检查，如果出现插反插错应进行调整，如果在密钥下装时发生中间中断的现象，应注意密钥与电能表的状态，保证密钥与电能表保持在对应的状态中，这样才能使电能表的运行稳定，减少故障的发生。
3.5 保证电能表内各软硬件合计的可靠度
在电能表的具体设计过程中，应该充分考虑到各软硬件与原件之间的相互协调，这要求设计方案中需要对电压、接线等问题进行有效控制，保持元器件接触的灵敏，并加强电能表的检测和检查，对电能表进行定期维修，保证智能电能表的正常运行。
3.6开展设计可靠性测试与验证试验
设计可靠性测试与验证试验是以失效物理为基础，结合主要失效机理及各类诱发应力，对所设计制造的产品开展高风险点的测试和缺陷暴露试验。
对于计量模块而已，其可靠性风险点在于：不同环境条件的参数漂移、供电电源与计量芯片自身性能的稳定性、PCB板面漏电以及元器件质量缺陷等。
4 结束语
电力技术的不断升级使得电能表的功能也不断增多，智能电能表应用于电力系统的电量计量，具有计量准确、自动化较强的优点，但也常常出现电能表的故障，其中主要常见的故障包括电子屏黑屏、数字显示混乱、锂电池质量不合格或者漏电、电能表烧表、电能表远程费控不合理、身份认证存在问题等故障，进行这些问题的预控，应选取质量合格的电能表和电器元件，保证电能表各软硬件设计的可靠性，降低智能电能表发生故障的概率和造成的损失。
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论文作者:刘德亮
论文发表刊物:《河南电力》2018年14期
论文发表时间:2018/12/28
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