潘智豪　翁軍美　楊俊飛　李斌　蔡會(huì)會(huì)

摘 要：本文采用電量比較法研發(fā)設(shè)計(jì)了一種新型智能化電表箱，該智能化電表箱分為單相智能電表箱和三相智能電表箱兩種，其核心為一個(gè)集成電能比對(duì)、漏電監(jiān)測(cè)、表箱門狀態(tài)監(jiān)測(cè)、重要節(jié)點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)、GPS定位等功能的智能控制模塊，該模塊與主站系統(tǒng)通信模塊通信，將用電異常事件記錄及智能化電表箱運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳至集抄中心及運(yùn)維掌機(jī)，方便運(yùn)維人員有效監(jiān)測(cè)居民和工商業(yè)用電，達(dá)到保障用電安全及防竊電的目的。

關(guān)鍵詞：電量比較法；智能化電表箱；智能控制模塊；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，家庭電器設(shè)備不斷增加，各種用電負(fù)荷加大了電路的承載量，造成用電事故時(shí)有發(fā)生，成為困擾供電企業(yè)的難題之一。另外，困擾供電企業(yè)的又一難題是用戶竊電現(xiàn)象屢禁不止，并且隨著科技的進(jìn)步，竊電手法逐漸高明，包括通過隱蔽性極強(qiáng)的強(qiáng)磁及高頻信號(hào)干擾，及偽造鉛封改變流入電表的電壓、電流等手段進(jìn)行竊電的新手法層出不窮。

因此，有必要采用更為先進(jìn)的技術(shù)手段研發(fā)一種新型智能化電表箱，使其不但能夠進(jìn)行電量監(jiān)控，對(duì)用電過載情況進(jìn)行預(yù)先報(bào)警，而且具有防竊電功能，切實(shí)起到保障用電安全及防竊電的作用。

1.電量比較法的基本原理

電量比較法是指在相同時(shí)間段進(jìn)線總電量與各分電能表電度值二者之間的差值的比值。

計(jì)算公式如下：

電量比較值=總電量2-總電量1/（表1電量2-表1電量1+表2電量2-表2電量1+表3電量2-表3電量1）。

其中電量1是在參考時(shí)間點(diǎn)（正常無竊電情況下）分別讀取專用計(jì)量芯片的電度值、各分電表的電度值，電量2為檢測(cè)時(shí)間點(diǎn)（待檢測(cè)有無竊電情況下）的電度值。

正常下電量比較值接近于1；在竊電情況下出現(xiàn)電量比較值大于1，具體越線值可以通過掌機(jī)設(shè)定，比如設(shè)定為1.1。

電量比較法將線損精細(xì)化管理由臺(tái)區(qū)延伸到了表箱。試驗(yàn)表明，該方法是目前能解決目前各類竊電的最佳方法，可100%自動(dòng)發(fā)現(xiàn)各類違規(guī)用電情況。

2.智能電表箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能化電表箱的設(shè)計(jì)要滿足監(jiān)控用電安全和防竊電的需求。電表箱在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用用戶接線部分與電能計(jì)量部分分離，設(shè)計(jì)成上下兩箱體的結(jié)構(gòu)（如圖1所示），上箱體為計(jì)量部分，用戶和物業(yè)無法開啟，只有供電部門的相關(guān)人員才能開啟。下箱體為用戶接線部分，用戶可以開啟。

為了使抄表人員在不開啟上箱體的情況下，能夠方便快捷地觀察電能表外觀和接線狀況，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上放大了視窗的尺寸（如圖1視窗位所示），80mm×170mm。

以三表位為例，上表箱的分布，1號(hào)位置是進(jìn)線接線端子，2號(hào)位置是保險(xiǎn)絲，3號(hào)位置是電能表安裝處，下表箱的分布是3個(gè)空氣開關(guān)，用戶出線側(cè)。

為了實(shí)現(xiàn)智能化電表箱的模塊化設(shè)計(jì)，同時(shí)方便原有非智能化表箱的智能化改造，本文將對(duì)1號(hào)位置的進(jìn)線端子進(jìn)行智能化改造，使其具備進(jìn)線端子作用的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)計(jì)量、通信、箱門開關(guān)監(jiān)測(cè)和溫度監(jiān)測(cè)等功能。在電表箱4號(hào)位置制作開口，方便不開箱檢查接線端子情況的同時(shí)，使通信紅外收發(fā)器和報(bào)警LED從外部可見。將表箱門狀態(tài)監(jiān)測(cè)器安裝在5號(hào)位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)箱門開關(guān)的監(jiān)控。

當(dāng)電表箱產(chǎn)生異?；虬l(fā)生竊電行為時(shí)，運(yùn)維人員可以通過主站系統(tǒng)查看到異常報(bào)警情況，并通過GPS定位系統(tǒng)，鎖定異常電表箱的位置，抄表人員可知直接透過透明窗體發(fā)現(xiàn)報(bào)警LED閃爍。

3.智能電表箱硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能化電表箱系統(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu)上主要由智能控制模塊、電流互感模塊、系統(tǒng)電源、表箱門事件記錄模塊、溫度測(cè)量模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊、GPS定位數(shù)據(jù)傳輸、掌機(jī)、RS485通信接口和紅外接口等部分組成，系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

（1）智能控制模塊

本文設(shè)計(jì)的智能化電表箱采用的智能控制模塊是在STM32F1XX系列Cortex-M3微控制器的基礎(chǔ)上開發(fā)的，具有高度集成和低功耗的優(yōu)點(diǎn)。該智能控制模塊集成了電能比對(duì)、漏電監(jiān)測(cè)、表箱門狀態(tài)監(jiān)測(cè)、重要節(jié)點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)、GPS定位數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。另外，該控制模塊本身含有蜂鳴器，可設(shè)置箱門開啟時(shí)蜂鳴，用以震懾非法開啟箱門人員。

（2）電流互感模塊

電流互感模塊主要為監(jiān)控電表箱的日常運(yùn)行狀態(tài)，考慮使用兩種電流互感器，一種普通的電流互感器，一種零序電流互感器。普通的電流互感器主要監(jiān)控電表箱入口電流，用于和計(jì)量裝置所監(jiān)測(cè)到的電流相比較；零序電流互感器，主要監(jiān)測(cè)非計(jì)量回路的電流與漏電情況。

（3）系統(tǒng)電源

單相智能化電表箱電源由線上交流220V經(jīng)過變壓器整流電路得到系統(tǒng)所需的直流電壓，三相則由380V變壓器整流獲得工作電源。變壓器基本上沒有高頻干擾，不易壞，可靠性比較高，對(duì)周圍設(shè)備干擾小。

（4）表箱門事件記錄裝置

在智能化電表箱中的表箱門處安裝表箱門狀態(tài)監(jiān)測(cè)器，用于監(jiān)測(cè)表箱門的開關(guān)狀態(tài)并記錄事件。當(dāng)表箱被非法打開則記錄事件，并發(fā)出本地報(bào)警震懾竊電人員；如抄表人員進(jìn)行表箱門開啟動(dòng)作可先通過手持機(jī)終端掌機(jī)進(jìn)行密鑰認(rèn)證，進(jìn)行合法開啟。

（5）溫度測(cè)量模塊

溫度測(cè)量模塊主要用于測(cè)量表箱出口零線等敏感設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，一旦溫度過高則發(fā)出告警信號(hào)，提醒運(yùn)維人員處理，預(yù)防斷零現(xiàn)象。

（6）語(yǔ)音報(bào)警模塊

語(yǔ)音報(bào)警模塊是根據(jù)YF1600系列開發(fā)的錄音IC系列產(chǎn)品，共錄音采樣頻率高，音質(zhì)好，音量大，PWM直推喇叭，外圍元件少，成本低，便于生產(chǎn)，應(yīng)用靈活。

（7）GPS定位模塊

GPS定位模塊采用帶有GPS定位功能的DTU。該模塊的主要作用是將智能控制器所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到主站系統(tǒng)，同時(shí)帶有GPS定位功能。方便運(yùn)維、專工了解表箱安裝位置，為及時(shí)處理事故提供方便。

（8）掌機(jī)

掌機(jī)使用目前現(xiàn)場(chǎng)抄表掌機(jī)進(jìn)行開發(fā)，在原有平臺(tái)上應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目所需求的功能，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

（9）通信接口部分

智能化電表箱主要完成與集中抄表系統(tǒng)、單相電表和掌機(jī)之間的通信。

智能化電表箱與外部集抄系統(tǒng)和單相電表之間的通信使用RS-485通信方式。智能化電表箱與掌機(jī)的通信使用紅外線通信方式，兼容DL645協(xié)議。

結(jié)語(yǔ)

基于電量比較法的智能化電表箱的設(shè)計(jì)研究，成功地將線損精細(xì)化管理由臺(tái)區(qū)延伸到了表箱，不僅有效解決了用戶的竊電問題，還兼顧了安全用電管理的功能。通過研制該智能化電表箱，達(dá)到減員增效的目的，為今后的智能電網(wǎng)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，具有重要的推廣使用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]張帆，王輝東，韓西鋒.一種新型防竊電計(jì)量箱的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)村電工，2010，18（1）：40-40.