热带环境智能电能表环境技术及标准分析_黄廷城.pdf

176环境技术/Environmental Technology标准应用与解读tandard Application&InterpretationS摘要：智能电能表是电力系统智能用电的关键基础设备。在热带环境条件下，高温高湿高辐照环境对智能电能表的服役寿命和运行可靠性影响极大。本文首先分析了智能电能表在热带环境下的典型环境失效及影响机理；然后统计了电能表相关的国家及行业标准，重点分析了不同标准中各类环境试验的严酷度指标要求，包括高温试验、低温试验、交变湿热试验、盐雾试验以及太阳辐照试验；最后提出了针对热带环境的智能电能表环境适应性相关的结论和建议。关键词：热带环境；智能电能表；环境适应性；环境试验中图分类号：TM764.1 文献标识码：A 文章编号：1004-7204(2023)02-0176-05热带环境智能电能表环境技术及标准分析Environmental Technology and Standard Analysis of Intelligent Electric Energy Meter in Tropical Environment黄廷城，陈川，王俊（中国电器科学研究院股份有限公司 工业产品环境适应性国家重点实验室，广州 510663）HUANG Ting-cheng,CHEN Chuan,WANG Jun(State Key Laboratory of Environmental Adaptability for Industrial Products,China National Electric Apparatus Research Institute Co.,Ltd,Guangzhou 510663)A b s t r a c t：The smart energy meter is the key basic equipment for the smart power consumption of the power system.In the tropical environment,the high temperature,high humidity and high radiation environment have a great impact on the service life and operational reliability of smart energy meters.Firstly,the paper analyzes the typical environmental failure and impact mechanism of smart energy meters in tropical environments.Then,the relevant national and industrial standards for electric energy meters are counted,and the severity index requirements of various environmental tests in different standards are analyzed,including high temperature test,low temperature test,alternating damp heat test,salt spray test and solar irradiation test.Finally,the conclusions and suggestions related to the environmental adaptability of smart electric energy meters for tropical environments are put forward.K e y w o r d s：tropical environment;smart energy meter;environmental adaptability;environmental testing引言智能电能表是电力系统智能用电环节的关键基础设备，对于电网实现智能化和数字化具有重要支撑作用。智能电能表应用范围广、数量多，其环境适应性和运行可靠性直接影响电网的精准化计量和高效运维管理。热带地区具有温度高、湿度高、太阳辐照强等环境特点 1，尤其热带海岛地区还具有盐雾浓度高的环境特征。长期服役在热带环境下，智能电能表的防护材料和电器部件都非常容易发生腐蚀、老化、过热等缺陷，导致电表计量精度下降或性能失效，严重影响电表的服役寿命。为提升智能电能表在热带环境下的环境适应性和耐久性，有必要对智能电能表的热带环境适应性及环境试验标准进行分析，为热带环境下计量装置环境试验技术、防护设计及标准提供参考。1772023 年 2 月/February 2023tandard Application&InterpretationS标准应用与解读为此，本文分析了智能电能表在热带环境下的典型环境失效及其影响机理；然后收集统计了电能表环境试验相关的国家及行业标准，分析了不同标准中各类环境试验的严酷度指标要求，包括高温试验、低温试验、交变湿热试验、盐雾试验以及太阳辐照试验；最后提出了针对热带环境的智能电能表环境适应性相关的结论和建议。1智能电能表热带环境失效分析智能电能表包括单相智能电表和三相智能电表，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 个部分组成。电能计量单元主要由电流采样电路、电压采样电路、计量集成电路构成；数据处理单元主要由微控制器、数据存储单元、掉电检测电路、日历时钟、继电器单元等构成；供电系统包括电源、电池、稳压电路等环节；输入输出系统包括 L C D显示屏、校验表端口、按键以及辅助端子构成。电能表一般单个或多个集中安装于电能计量箱内，电能计量箱的外壳材料主要包括 P C+A B S 工程塑料以及热镀锌钢板等。电能计量箱服役于户外无遮蔽、户外有遮蔽以及户内等多种环境。随着我国电网逐步向智能化和数字化发展，电能表的智能化程度也在不断提升，其元器件种类越来越多、制作工艺也越来越复杂，这些电气电子元器件的性能参数劣化与其服役环境严酷度及服役时间密切相关。1）高温智能电能表中电路部分受温度的影响较大，包括电阻、可编译运算放大器的放大电路、A/D转换器的基准参考电压以及时钟单元等。热带环境下，这些元器件在长年累月的高温环境作用累积下，其本身的电气性能逐渐发生变化，最终导致电能表计量精度产生不同程度的变化。2）高湿智能电能表在运输和存储的过程中，在热带湿热较大的环境下，会逐渐吸收环境中的水汽。水蒸气会削弱包装材料与电能表之间的粘附力，导致包封层之间的裂缝和表面金属材料的腐蚀，影响外壳材料的防护性能。在电能表运行过程中，较高的湿度环境还会改变电表内部电路板和电子器件的腐蚀老化特性，也会影响表内的分布电容，进而改变电能表的计量准确度。电能表加速老化试验表明 2，在热带高湿环境下，电阻和电压的腐蚀老化特性会发生较大的变化。电阻在 8 5 的环境温度下，随着环境相对湿度的不断增加，电阻值在加速老化试验后的相对变化量越大，在 9 0%的环境相对湿度调节下，电阻值在 1 0 0 0 h 的加速老化试验后的改变量可达0.0 5%。3）高辐照热带高辐照环境条件下，服役于户外环境的电能表及计量表箱表面的高分子材料部件非常容易发生老化，包括塑料外壳老化变脆，密封材料老化硬度上升、进而导致密封和防护性能下降，L C D液晶显示屏在紫外辐照作用下老化故障等。4）高盐雾热带海岛地区的高盐雾环境会极大地加速金属材料的腐蚀速率，同时在热带高温、高湿等环境因素的共同作用下，智能电能表的金属外壳、印刷电路板、继电器、端子排等的金属部分都会发生氧化腐蚀，进而导致接触不良、性能下降等，可能到时电能表发生接地不良、接线部位异常发热等故障。总体而言，随着智能电能表的元器件种类增多，环境因素对电能表功能的影响机理越来越复杂。其中，温度、湿度、辐照以及盐雾等环境因素，一方面会影响电路元件，随时间累积使得电表的计量精度逐渐下降；另一方面也会加速元器件老化，导致电表性能退化，进而导致设备故障失效。2环境试验标准分析环境适应性是智能电能表的重要性能。本章重点对智能电能表环境试验相关的国家和行业标准进行统计分析，如表 1 所示。178环境技术/Environmental Technology标准应用与解读tandard Application&InterpretationS序号标准类型标准号标准名称1国家标准GB/T 17215.211-20213电测量设备（交流）通用要求、试验和试验条件 第 11 部分：测量设备2GB/T 32856-20164高压电能表通用技术要求3电力行业标准DL/T 1486-20155单相静止式多费率电能表技术规范4DL/T 1487-20156单相智能电能表技术规范无论是国家标准还是行业标准，均对电能表的环境适应性能提出了具体的技术要求，可以看出，环境适应性是电能表非常重要的性能指标，本章重点分析电能表相关标准中涉及的气候环境试验，包括高温试验、低温试验、交变湿热试验、盐雾试验、太阳辐射试验等。2.1 高温试验目前电能表的高温试验要求和试验方法都是按照国序号标准号严酷度要求1GB/T 17215.211-2021非工作状态上限温度为+55 的仪表：试验温度+70、持续 72 h上限温度极限为+70 的仪表：试验温度+85、持续 2 h2GB/T 32856-2016非工作状态、+70、持续 72 h3DL/T 1486-2015高温试验：非工作状态、+70、72 h极限工作环境试验：+70、电压 115%Un、电流 Imax、持续 4 h4DL/T 1487-2015高温试验：非工作状态、+70、72 h极限工作环境试验：+70、电压 115%Un、电流 Imax、持续 4 h序号标准号严酷度要求1GB/T 17215.211-2021非工作状态下限温度为-10 的仪表：试验温度-25、持续 72 h下限温度为-25 的仪表：试验温度-40、持续 72 h下限温度为-40、-55 的仪表：试验温度-55、持续 2 h2GB/T 32856-2016非工作状态一般户内-15、低温户内或一般户外-25、低温户外-40 户内 72 h、户外 16 h3DL/T 1486-2015非工作状态、持续 72 h户内-25、户外-40 4DL/T 1487-2015非工作状态、持续 72 h户内-25、户外-40 表 1 智能电能表的相关标准表 2 不同电能表的高温试验要求表 3 不同电能表的低温试验要求家标准 G B/T 2 4 2 3.2-2 0 0 8 电工电子产品环境试验 第 2部分：试验方法 试验 B：高温的规定，区别在于电力行业标准在国家标准要求的高温试验的基础上新增了极限工作环境试验，如表 2 所示。2.2 低温试验目前电能表的低温试验要求和试验方法都是按照国标 G B T 2 4 2 3.1-2 0 0 8 电工电子产品环境试验 第 2 部分试验方法 试验 A 低温的规定，如表 3 所示。1792023 年 2 月/February 2023tandard Application&InterpretationS标准应用与解读序号标准号严酷度要求1GB/T 17215.211-2021通电压、无电流户内+40、户外+55 6 个周期2GB/T 32856-2016非工作状态户内+40、户外+55 6 个周期3DL/T 1486-2015同标准 14DL/T 1487-2015同标准 1序号标准号严酷度要求1GB/T 17215.211-20212GB/T 32856-2016非工作状态盐液浓度（51）%试验箱温度（352）96 h3DL/T 1486-20154DL/T 1487-2015序号标准号严酷度要求1GB/T 17215.21