馬 野

（國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司長(zhǎng)春市九臺(tái)區(qū)供電公司，吉林 長(zhǎng)春 130500）

1 智能電能表結(jié)構(gòu)原理

智能電能表系統(tǒng)主要由以下部分組成：電流采集電路，用于采集被測(cè)電流的信號(hào)；電壓采集電路，用于采集被測(cè)電壓的信號(hào)；計(jì)量芯片，用于測(cè)算電流和電壓所采集的信號(hào)，從而獲得使用者的有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、諧波畸變等數(shù)據(jù)信息；電源，為智能電能表提供電源；主控電路，負(fù)責(zé)收集、處理和分析計(jì)量芯片的數(shù)據(jù)；顯示電路，將已知數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋給使用者，包括整個(gè)軟件運(yùn)行狀況、用戶信息和故障信息；時(shí)鐘電路，用于保障整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和同步性；存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)中的重要數(shù)據(jù)，以便后續(xù)數(shù)據(jù)查閱；脈沖輸出信號(hào)，用于校準(zhǔn)電能表數(shù)據(jù)；通信電路，是傳送數(shù)據(jù)的渠道，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和傳輸。

這些部分協(xié)同工作，使智能電能表能夠準(zhǔn)確測(cè)量電流和電壓，并提供豐富的電能數(shù)據(jù)信息。智能電能表通過(guò)采集和處理這些數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能使用情況的監(jiān)測(cè)和管理，為能源消費(fèi)者提供更加智能和高效的用電服務(wù)[1]。

2 智能電能表的應(yīng)用分析

2.1 在工業(yè)用戶中的應(yīng)用

對(duì)某地區(qū)近幾年工業(yè)用戶智能電能表普及率進(jìn)行調(diào)查，具體數(shù)據(jù)如圖1 所示。

圖1 2012—2022 年某地區(qū)工業(yè)用戶智能電能表普及率

由圖1 可知，該地區(qū)2012 年工業(yè)用戶智能電能表的普及率為83%，2014 年上升至85%，2016 年為88%，2018 年為91%，2020 年為96%，2022 年普及率達(dá)到了100%，實(shí)現(xiàn)了全面覆蓋。

在工業(yè)領(lǐng)域中，智能電能表的應(yīng)用較為成熟并領(lǐng)先于其他行業(yè)。工業(yè)用電量大且配電系統(tǒng)復(fù)雜，在應(yīng)用智能電能表時(shí)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

提高新能源用電。當(dāng)下，我國(guó)大力推廣屋頂光伏，這類發(fā)電系統(tǒng)往往會(huì)配備相應(yīng)的智能電能表，對(duì)于工業(yè)用戶而言，供電部門一般會(huì)在配電柜中配置智能電能表，通過(guò)電能表獲取用戶的用電情況，從而有效分析用戶用電需求，能夠和新能源系統(tǒng)有效聯(lián)接，及時(shí)調(diào)節(jié)用戶的新能源用電需求。

優(yōu)化分布式能源。供電部門實(shí)時(shí)收集用戶用電數(shù)據(jù)，分析用戶用電情況，從而采取科學(xué)合理、安全適用的供電方案。

增強(qiáng)電力負(fù)荷預(yù)測(cè)能力。隨著智能電能表普及率的提升，供電部門能夠通過(guò)智能電能表獲取用戶的用電去向，及時(shí)匯總整理用電預(yù)計(jì)量，提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度，從而有效應(yīng)對(duì)高峰期的用電量，及時(shí)調(diào)整用電負(fù)荷。

提高故障處理水平。智能電能表能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，及時(shí)發(fā)現(xiàn)用電故障和異常情況，將相關(guān)信息傳輸至供電部門，有助于運(yùn)維人員進(jìn)行故障分析；因此，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，智能電能表實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示有助于提升處理故障的水平。

實(shí)現(xiàn)智能化管理。通過(guò)智能電能表采集用戶實(shí)時(shí)用電數(shù)據(jù)，以此為基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)用電設(shè)備的狀況和能耗情況，更加詳細(xì)地獲取電力負(fù)荷情況，為編制用電計(jì)劃提供最優(yōu)方案，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)實(shí)施、跟蹤、監(jiān)測(cè)和評(píng)估用電情況，實(shí)現(xiàn)智能化、科學(xué)化管理[2]。

2.2 在居民用戶中的應(yīng)用

對(duì)某地區(qū)近幾年的居民用戶智能電能表普及率進(jìn)行調(diào)查，具體數(shù)據(jù)如圖2 所示。

圖2 2012—2022 年某地區(qū)個(gè)體用戶智能電能表普及率

由圖2 可知，該地區(qū)2012 年居民用戶智能電能表的普及率為62%，2014 年上升至71%，2016 年為76%，2018 年為85%，2020 年為93%，2022 年的普及率達(dá)到了100%，實(shí)現(xiàn)了全面覆蓋。

居民用戶有著用電少、電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，更為重視電費(fèi)費(fèi)率、峰谷電顯示和查看電費(fèi)等功能。以2022 年數(shù)據(jù)為例，某一地區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)智能電能表全覆蓋應(yīng)用，大大提高了抄表數(shù)據(jù)正確率和效率，主要有下面幾個(gè)特征：

智能化用戶管理。智能電能表對(duì)數(shù)據(jù)的反饋是實(shí)時(shí)的，供電部門能夠準(zhǔn)確掌握用電量，實(shí)現(xiàn)用戶用電信息的高效反饋。利用反饋信息分析用戶的用電需求，獲取用戶主要用電模型，分析電力損耗和電費(fèi)情況，設(shè)計(jì)符合用戶需求的用電方案。智能電能表也能夠幫助用戶了解個(gè)人用電情況，從而改善自身用電習(xí)慣[3]。

重視用戶用電質(zhì)量。對(duì)居民用戶用電數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有助于智能電能表在出現(xiàn)故障時(shí)的實(shí)時(shí)分析處理，了解具體故障內(nèi)容，將有關(guān)數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)。在發(fā)生緊急故障時(shí)，智能電能表可以通過(guò)切斷電源的方式降低故障損失，并將不同等級(jí)的告警信息發(fā)送給主機(jī)。

建立健全智能家居。隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，智能電能表有助于促進(jìn)電力雙向溝通。在智能家居中，雙向通信是電器設(shè)備共享數(shù)據(jù)和信息的基礎(chǔ)，能夠有效監(jiān)測(cè)家居設(shè)備的信息和數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和負(fù)荷管理，提高電能使用效果。

2.3 在反竊電方面的應(yīng)用

對(duì)比其他的防竊電方式，智能電能表有著高準(zhǔn)確度、寬頻帶、低能耗和高性能的特征，有著極為明顯的優(yōu)勢(shì)，成為當(dāng)前主流的防竊電方式。智能電能表存儲(chǔ)、傳輸和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)都具備防竊電功能，這有助于分析過(guò)去運(yùn)行數(shù)據(jù)和事件記錄情況[4]。

停電記錄分析。大多數(shù)竊電用戶都是通過(guò)斷開(kāi)電表閘，利用表計(jì)前端直接用電，這種竊電方式往往造成表計(jì)不計(jì)量，無(wú)法及時(shí)被用電系統(tǒng)收集和查看到用電信息，使得后臺(tái)不能及時(shí)分析用電情況，反竊電有著較大難度。面對(duì)這種問(wèn)題，智能電能表的近期停電記錄數(shù)據(jù)是重要參考，能夠分析出竊電時(shí)間。

開(kāi)表蓋記錄分析。表計(jì)的開(kāi)蓋記錄往往會(huì)在出廠前被清除，一般情況下，配送、安裝和運(yùn)行階段都不會(huì)將表計(jì)開(kāi)蓋；因此，如果出現(xiàn)了開(kāi)蓋情況，大概率是因?yàn)樵O(shè)備被拆開(kāi)過(guò)，導(dǎo)致出現(xiàn)計(jì)量不準(zhǔn)的情況，存在竊電嫌疑。利用智能電能表歷史數(shù)據(jù)，對(duì)近期開(kāi)蓋記錄進(jìn)行分析，若出現(xiàn)表計(jì)安裝后有開(kāi)蓋的情況，則應(yīng)及時(shí)校對(duì)驗(yàn)證設(shè)備。

記錄數(shù)據(jù)分析。在運(yùn)行過(guò)程中，表計(jì)出現(xiàn)的斷相、失壓、開(kāi)蓋和電流不均等異常情況都會(huì)被記成事件，這些異常情況一旦清除，就會(huì)形成記錄痕跡。所謂需量清零和電量清零，就是表計(jì)在清零過(guò)程中形成的過(guò)程記錄；而編程記錄則是記錄設(shè)置表計(jì)中有關(guān)數(shù)據(jù)的。這些記錄主要包括操作前后數(shù)據(jù)信息，有操作前表計(jì)電量和需量數(shù)據(jù)，也有操作時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)，還有操作時(shí)間和代碼等信息。這些操作往往在表計(jì)出廠前完成，如果出廠后發(fā)現(xiàn)表計(jì)中有相關(guān)記錄，則有竊電嫌疑。

電流分析。大部分單相智能電能表具備中性線電流記錄功能，單相表計(jì)中的相線電流相當(dāng)于中性線電流，如果發(fā)現(xiàn)非中性線電流，可認(rèn)定為用電異?；蛞伤聘`電。正常情況下，表計(jì)中性線電流和相線電流是相等的，如果二者不等則存在異常。

電量異常分析。智能電能表能夠讀取正向和反向電量數(shù)據(jù)，具備雙向計(jì)量能力。一般用戶只能消費(fèi)電量，電能表記錄其正向電量，除非出現(xiàn)進(jìn)出線接反問(wèn)題才能產(chǎn)生反向電量；因此，如果出現(xiàn)人為更改進(jìn)出線情況，則可認(rèn)定為疑似竊電?？勺x取智能電能表記錄的近10 日凍結(jié)正反向電量數(shù)據(jù)，通過(guò)不同時(shí)間的用電量對(duì)比，分析進(jìn)出線是否接反。

智能電能表在反竊電過(guò)程中的應(yīng)用非常廣泛，為了深入分析其應(yīng)用情況，筆者通過(guò)某一地區(qū)的竊電用戶數(shù)據(jù)，分析其竊電過(guò)程中的電氣接線和表計(jì)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)情況，可從圖3 可知，該用戶主要是利用切斷中性線，從其他設(shè)備中獲得中性線，而將相線接入耗電設(shè)備來(lái)竊取電量。從圖4 中可看到12 h 內(nèi)這一用戶電能表數(shù)據(jù)，其中中性線電流數(shù)據(jù)和相線電流數(shù)據(jù)非常清晰。從10:00 開(kāi)始，出現(xiàn)中性線數(shù)據(jù)和相線數(shù)據(jù)不相等的情況，意味著從這一時(shí)間開(kāi)始有疑似竊電行為，須專業(yè)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行查看。

圖3 中性線方式竊電

圖4 中性線電流與相線電流數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)情況

3 智能電能表的運(yùn)行維護(hù)

對(duì)供電公司來(lái)說(shuō)，智能電能表關(guān)系到營(yíng)銷、客服、電費(fèi)和計(jì)量等多個(gè)部門運(yùn)作，需要各部門之間相互配合，明確任務(wù)，這樣才能保障智能電能表的正常運(yùn)行。此外，電能表的維護(hù)也需要多部門通力合作，重視跨部門的工作分工和協(xié)作是保障其正常運(yùn)行的重點(diǎn)。

3.1 建立實(shí)時(shí)高效的信息傳遞平臺(tái)

在智能電能表的維護(hù)中，建立健全信息管理制度是非常關(guān)鍵的，這就需要供電單位做好部門協(xié)調(diào)和分工，及時(shí)將部門信息資源整理匯總到信息管理平臺(tái)上，方便運(yùn)維人員收集基礎(chǔ)信息，為維護(hù)工作作參考。須將涉及到電能表維護(hù)全部環(huán)節(jié)的部門納入到平臺(tái)中，及時(shí)反饋平臺(tái)相關(guān)數(shù)據(jù)。另外，做好信息聯(lián)網(wǎng)也是非常關(guān)鍵的，將計(jì)量中心相關(guān)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)到智能平臺(tái)，有助于及時(shí)反饋故障情況和信息。

3.2 加強(qiáng)專業(yè)人才管理及儲(chǔ)備

重視專業(yè)人才隊(duì)伍建設(shè)和培養(yǎng)，通過(guò)定期考核、技能培訓(xùn)等方式強(qiáng)化工作人員的技術(shù)水平，為維護(hù)設(shè)備運(yùn)行提供堅(jiān)強(qiáng)的人才力量。相比傳統(tǒng)的電能表，智能電能表有著更為復(fù)雜的維護(hù)管理要求，其范圍廣、難度大、涉及內(nèi)容多，對(duì)人員的專業(yè)性有著更高要求。為了做好人才管理和培訓(xùn)，管理單位須做好人員的日常管理，定期開(kāi)展技能培訓(xùn)，定時(shí)考核技能水平，真實(shí)掌握當(dāng)前技術(shù)人員的技能情況，為后續(xù)可能出現(xiàn)的問(wèn)題和不足做好基礎(chǔ)準(zhǔn)備工作。

3.3 實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)

完善工作內(nèi)容，強(qiáng)化安全監(jiān)督，切實(shí)增強(qiáng)智能電能表工作質(zhì)量和效能。此外，強(qiáng)化企業(yè)管理，提高應(yīng)急處置能力，避免突發(fā)情況導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)和危害，真正保障企業(yè)用電安全，維護(hù)企業(yè)利益。