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摘 要：国家电网已开始试点实施智能电网工程，改造配电网、开发自动抄表系统、发展和实施用于负荷管理的需求侧管理技术，依赖先进的通信技术，实现对电力运行状态的掌控和相关参数的测量、交互。本文研究探讨开发一款新型智能化电表箱，实现低压电表箱柜门开关在线监测、漏电、窃电在线监测报警、配变-表箱-电能表隶属关系检测、抄表员及巡视员到户率检测等功能，达到对电表箱的运行过程智能化在线监控及管理的目的。
关键词：国家电网；电能表箱
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1009-0118（2012）-01-0-02
一、绪论
国家电网已开始试点实施智能电网工程，改造配电网、开发自动抄表系统、发展和实施用于负荷管理的需求侧管理技术，依赖先进的通信技术，实现对电力运行状态的掌控和相关参数的测量、交互。在这个过程中，电力系统常重视电能表管理，忽略对表箱的在线监测与管理工作的重要性。随着国家电网“全采集、全费控、全覆盖”工作的开展，智能电表的规模推广应用势在必行，而现有表箱无法满足需要，表箱将彻底更换，更新换代表箱已是迫在眉睫，设计合理、实用、先进的表箱是全采集工作的基础。本研究探讨开发一款新型智能化电表箱，实现低压电表箱柜门开关在线监测、漏电、窃电在线监测报警、配变-表箱-电能表隶属关系检测、抄表员及巡视员到户率检测等功能，达到对电表箱的运行过程智能化在线监控及管理的目的。
二、研究内容
研究开发一款新型智能化电能表箱，可实现以下内容功能：
（一）“智能化电能表箱”可通过RS485总线，采用多端口广播表号抄表的方法，获得并自动建立表箱与电能表的隶属关系。“智能化电能表箱”通过“iSPLC低压电力载波点对点通讯技术”自动建立表箱与配变的隶属。
通过该功能建立健全配变与表箱及表的关系管理，提高线损管理及表箱管理力度和管理效率。
（二）“智能化电能表箱”可通过RS485总线，对该表箱安装的带RS485电子式电能表的实时电量进行采集，自动保存其每日零点底数，并定时上传到集中器，集中器按主站的采集任务要求将数据库传给主站后台管理软件。电能表实时抄表数据与每日零点抄表数据，配合实时录属关系数据进行线损计算，从源头保证了线损统计结果的真实准确性，避免多环节取数过程中的人为差错。
通过该功能建立健全配变与表箱及表的关系管理，提高线损管理及表箱管理力度和管理效率。
（三）“智能化电能表箱”可采集各电能表出线开关处的电压状态，无论是内置开关还是外置开关，当开关状态变化时，“智能化电能表箱”将其出线带电状态数据通过“iSPLC低压电力载波点对点通讯技术”主动实时传输到集中器，并通过集中器传回主站，实现对各电表出线开关的运行状态进行在监测，识别费控电能表的“已断电、已复电”状态。
该功能可配合费控电能表，对费控电能表的费控分闸的正确动作情况进行实时跟踪反馈。同时对用户非法合闸与授权合闸的动作进行实时跟踪反馈，提高电表运行可靠性。
（四）由于智能电网的推广及远程抄表的普及应用，提高了对现场日常巡视工作的要求。“智能化电能表箱”带有射频卡读卡器，抄表巡视员通过到表箱现场用专用射频卡刷卡，进行现场“签到”，“智能化电能表箱”将签到数据通过“iSPLC低压电力载波点对点通讯技术”实时将签到信息通过集中器传回主站。
“智能化电能表箱”通过对巡视到位率的检测，确保抄表巡视到位率，一定程度提高了现场故障及时发现力度，减少了因实现远程抄表后长期对用户现场失去巡视检查而导致的窃电或用电异常的问题，降低客户投诉率。
（五）在表箱内装设“类行程开关”，“智能化电能表箱”采集行程开关的状态，当状态变化时，“智能化电能表箱”将其开关状态通过“iSPLC低压电力载波点对点通讯技术”主动实时传输到集中器，并通过集中器传回主站。
通过对表箱开关状态的实时采集，对非授权打开表箱的事件进行实时监控，一定程度上提高了用电侧的反窃电水平。
（六）在表箱内装设四极（带零序电流互感器）的进线断路器，“智能化电能表箱”采集设其输出的零序电流，当零序电流达到漏电电流范围内时发出漏电报警，“智能化电能表箱”将报警数据通过“iSPLC低压电力载波点对点通讯技术”主动实时传输到集中器，并通过集中器立即上报主站，实现表箱漏电、窃电实时在线监测，提高了安全用电水平及反窃电监测的水平。
三、关键技术
项目的关键技术包括五个方面：
（一）系统自动建立“配变-表箱-电能表”的隶属关系技术，该技术基于低压电力载波通讯技术与RS485多端口采集技术，能实现表箱内各电子式电能表的表号自动采集，“智能化电能表箱”能自动向该表箱所隶属配变台区的集中器进行注册，将上报其下属的各电能表编号。当“智能化电能表箱”有需要上报的事件发生时，可实时上报给集中器。在电力线运行方式与拓朴方式发生变化时，系统能自动适应，并重新生成配变-表箱-电能表的隶属关系。
技术关键点在于低压电力载波的点对点通讯技术与动态路由技术。
（二）“智能化电能表箱”通过对巡视到位率的检测，采用射频卡技术，射频卡具有操作时无需与设备发生接触的特点。读卡器装设在表箱智能管理模块内，在10cm的有效距离内进行刷卡即可。如果金属表箱，则应在读卡器的位置开窗，以防止金属箱体对射频信号的屏蔽。
该技术是已经在各行业广泛应用，但该项目上的技术点在于：如何减少射频卡读写模块的成本，降低“表箱智能管理模块”推广成本。
（三）对各智能电表出线开关的运行状态进行在监测，采用光电隔离采样的技術方案，端口应作防抖动的抗干扰处理。保证采样电路的运行安全与可靠性与降低采样电路的功耗是本项要重点解决的问题。
（四）柜门开关状态采集的可选方案有如下几种：1、机械式行程开关采集；2、磁控开关采集（霍尔器件）；3、光电开关采集等。通过工程样机的可靠性、实用性、性能、成本等综合分析，我们选用了简单可靠的机械式行程开关进行开关门的状态采集，采集电路设计上采用防抖动、抗干扰措施。该方案具有简单可靠，成本低、性能稳定，适合大规模使用。
（五）零序电流的采集方法有两种：1、装设在进线开关（三相四极开关）内部的零序电流互感器；2、在表箱内单独装设一个低压零序电流互感器。我们推荐2方案，因为1方案中的带漏电保护（带零序电流互感器）的开关，其内部的零序电流互感器输出电流及负载能力小、无精度，而且三相四极开关成本较高。低压零序电流互感器在负载能力与精度上均符合要求，但施工工艺流程有所增加，因此该方案不适用于现场表箱改造的应用。
“智能化电能表箱”对零序电流的采集通过A/D采样的方式。由于现场设备与参数均可能不同，判断漏电的门限值范围应可在后台系统中在线设置调整。
四、效益分析
开发、推广该“智能化电能表箱”后，可以主动、准确、连续动态地对低压电表箱的表箱开关状态、表箱漏电、窃电情况进行在线监测报警，自动核对配变-表箱-电能表关系，自动抄表、对抄表员及巡视员到户率检测等功能，协助电力企业提高低压表箱的在线管理能力与效率。
（一）社会效益
本系统的开发应用，为电力企业的线损和分析线损提供了真实准确的基础数据，通过对表箱的全方位实时监控，使用电侧管理人员能够更方便的掌握现场表箱与电能表的工作状态，对巡视到位率的检测考核，提高了电力企业对用户现场用电异常及时发现与防窃电的工作水平。
（二）工作效益
本系统的开发应用，能有效提升电力企业的线损管理的工作效率。从源头保证了线损数据的真实性与有效性，统计结果的准确性，避免因电力线路运行方式变化与业扩业务增加而带来的数据差错。
（三）经济效益
本系统的开发应用，能提高电力企业线损管理与用电侧管理的工作效率和工作质量，节约了人力资源成本；同时系统的应用，有利于分析找出不合理的线损，有利于降损工作的开展，有利于及时发现用电侧的设备异常及窃电行为，存在巨大的隐性经济效益。
五、结论
以上六方面的功能整合实现，本系统在国内没有同类先例，具有很强的创新性与实际应用性。
实际试验证明：“‘电表箱智能化管理的研究’应用覆盖了电能量采集、线损管理、表箱监控管理、巡视到位率考核等功能。系统能适应各种复杂的线路电源点与拓朴关系变化；可为电力企业线损的统计、分析提供真实准确的基础数据；有利于分析找出不合理的线损及用电侧现场异常；为进行全局性的降损、增效、反窃电提供可靠的依据；加强了线损统计与用电侧管理的现代化管理水平，有效提高了工作效率；显著提高用电侧表箱及电能表监控力度；提高了用户侧用电管理的反窃电水平与故障监测水平，取得良好的社会效益与经济效益。
关键词：国家电网；电能表箱
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1009-0118（2012）-01-0-02
一、绪论
国家电网已开始试点实施智能电网工程，改造配电网、开发自动抄表系统、发展和实施用于负荷管理的需求侧管理技术，依赖先进的通信技术，实现对电力运行状态的掌控和相关参数的测量、交互。在这个过程中，电力系统常重视电能表管理，忽略对表箱的在线监测与管理工作的重要性。随着国家电网“全采集、全费控、全覆盖”工作的开展，智能电表的规模推广应用势在必行，而现有表箱无法满足需要，表箱将彻底更换，更新换代表箱已是迫在眉睫，设计合理、实用、先进的表箱是全采集工作的基础。本研究探讨开发一款新型智能化电表箱，实现低压电表箱柜门开关在线监测、漏电、窃电在线监测报警、配变-表箱-电能表隶属关系检测、抄表员及巡视员到户率检测等功能，达到对电表箱的运行过程智能化在线监控及管理的目的。
二、研究内容
研究开发一款新型智能化电能表箱，可实现以下内容功能：
（一）“智能化电能表箱”可通过RS485总线，采用多端口广播表号抄表的方法，获得并自动建立表箱与电能表的隶属关系。“智能化电能表箱”通过“iSPLC低压电力载波点对点通讯技术”自动建立表箱与配变的隶属。
通过该功能建立健全配变与表箱及表的关系管理，提高线损管理及表箱管理力度和管理效率。
（二）“智能化电能表箱”可通过RS485总线，对该表箱安装的带RS485电子式电能表的实时电量进行采集，自动保存其每日零点底数，并定时上传到集中器，集中器按主站的采集任务要求将数据库传给主站后台管理软件。电能表实时抄表数据与每日零点抄表数据，配合实时录属关系数据进行线损计算，从源头保证了线损统计结果的真实准确性，避免多环节取数过程中的人为差错。
通过该功能建立健全配变与表箱及表的关系管理，提高线损管理及表箱管理力度和管理效率。
（三）“智能化电能表箱”可采集各电能表出线开关处的电压状态，无论是内置开关还是外置开关，当开关状态变化时，“智能化电能表箱”将其出线带电状态数据通过“iSPLC低压电力载波点对点通讯技术”主动实时传输到集中器，并通过集中器传回主站，实现对各电表出线开关的运行状态进行在监测，识别费控电能表的“已断电、已复电”状态。
该功能可配合费控电能表，对费控电能表的费控分闸的正确动作情况进行实时跟踪反馈。同时对用户非法合闸与授权合闸的动作进行实时跟踪反馈，提高电表运行可靠性。
（四）由于智能电网的推广及远程抄表的普及应用，提高了对现场日常巡视工作的要求。“智能化电能表箱”带有射频卡读卡器，抄表巡视员通过到表箱现场用专用射频卡刷卡，进行现场“签到”，“智能化电能表箱”将签到数据通过“iSPLC低压电力载波点对点通讯技术”实时将签到信息通过集中器传回主站。
“智能化电能表箱”通过对巡视到位率的检测，确保抄表巡视到位率，一定程度提高了现场故障及时发现力度，减少了因实现远程抄表后长期对用户现场失去巡视检查而导致的窃电或用电异常的问题，降低客户投诉率。
（五）在表箱内装设“类行程开关”，“智能化电能表箱”采集行程开关的状态，当状态变化时，“智能化电能表箱”将其开关状态通过“iSPLC低压电力载波点对点通讯技术”主动实时传输到集中器，并通过集中器传回主站。
通过对表箱开关状态的实时采集，对非授权打开表箱的事件进行实时监控，一定程度上提高了用电侧的反窃电水平。
（六）在表箱内装设四极（带零序电流互感器）的进线断路器，“智能化电能表箱”采集设其输出的零序电流，当零序电流达到漏电电流范围内时发出漏电报警，“智能化电能表箱”将报警数据通过“iSPLC低压电力载波点对点通讯技术”主动实时传输到集中器，并通过集中器立即上报主站，实现表箱漏电、窃电实时在线监测，提高了安全用电水平及反窃电监测的水平。
三、关键技术
项目的关键技术包括五个方面：
（一）系统自动建立“配变-表箱-电能表”的隶属关系技术，该技术基于低压电力载波通讯技术与RS485多端口采集技术，能实现表箱内各电子式电能表的表号自动采集，“智能化电能表箱”能自动向该表箱所隶属配变台区的集中器进行注册，将上报其下属的各电能表编号。当“智能化电能表箱”有需要上报的事件发生时，可实时上报给集中器。在电力线运行方式与拓朴方式发生变化时，系统能自动适应，并重新生成配变-表箱-电能表的隶属关系。
技术关键点在于低压电力载波的点对点通讯技术与动态路由技术。
（二）“智能化电能表箱”通过对巡视到位率的检测，采用射频卡技术，射频卡具有操作时无需与设备发生接触的特点。读卡器装设在表箱智能管理模块内，在10cm的有效距离内进行刷卡即可。如果金属表箱，则应在读卡器的位置开窗，以防止金属箱体对射频信号的屏蔽。
该技术是已经在各行业广泛应用，但该项目上的技术点在于：如何减少射频卡读写模块的成本，降低“表箱智能管理模块”推广成本。
（三）对各智能电表出线开关的运行状态进行在监测，采用光电隔离采样的技術方案，端口应作防抖动的抗干扰处理。保证采样电路的运行安全与可靠性与降低采样电路的功耗是本项要重点解决的问题。
（四）柜门开关状态采集的可选方案有如下几种：1、机械式行程开关采集；2、磁控开关采集（霍尔器件）；3、光电开关采集等。通过工程样机的可靠性、实用性、性能、成本等综合分析，我们选用了简单可靠的机械式行程开关进行开关门的状态采集，采集电路设计上采用防抖动、抗干扰措施。该方案具有简单可靠，成本低、性能稳定，适合大规模使用。
（五）零序电流的采集方法有两种：1、装设在进线开关（三相四极开关）内部的零序电流互感器；2、在表箱内单独装设一个低压零序电流互感器。我们推荐2方案，因为1方案中的带漏电保护（带零序电流互感器）的开关，其内部的零序电流互感器输出电流及负载能力小、无精度，而且三相四极开关成本较高。低压零序电流互感器在负载能力与精度上均符合要求，但施工工艺流程有所增加，因此该方案不适用于现场表箱改造的应用。
“智能化电能表箱”对零序电流的采集通过A/D采样的方式。由于现场设备与参数均可能不同，判断漏电的门限值范围应可在后台系统中在线设置调整。
四、效益分析
开发、推广该“智能化电能表箱”后，可以主动、准确、连续动态地对低压电表箱的表箱开关状态、表箱漏电、窃电情况进行在线监测报警，自动核对配变-表箱-电能表关系，自动抄表、对抄表员及巡视员到户率检测等功能，协助电力企业提高低压表箱的在线管理能力与效率。
（一）社会效益
本系统的开发应用，为电力企业的线损和分析线损提供了真实准确的基础数据，通过对表箱的全方位实时监控，使用电侧管理人员能够更方便的掌握现场表箱与电能表的工作状态，对巡视到位率的检测考核，提高了电力企业对用户现场用电异常及时发现与防窃电的工作水平。
（二）工作效益
本系统的开发应用，能有效提升电力企业的线损管理的工作效率。从源头保证了线损数据的真实性与有效性，统计结果的准确性，避免因电力线路运行方式变化与业扩业务增加而带来的数据差错。
（三）经济效益
本系统的开发应用，能提高电力企业线损管理与用电侧管理的工作效率和工作质量，节约了人力资源成本；同时系统的应用，有利于分析找出不合理的线损，有利于降损工作的开展，有利于及时发现用电侧的设备异常及窃电行为，存在巨大的隐性经济效益。
五、结论
以上六方面的功能整合实现，本系统在国内没有同类先例，具有很强的创新性与实际应用性。
实际试验证明：“‘电表箱智能化管理的研究’应用覆盖了电能量采集、线损管理、表箱监控管理、巡视到位率考核等功能。系统能适应各种复杂的线路电源点与拓朴关系变化；可为电力企业线损的统计、分析提供真实准确的基础数据；有利于分析找出不合理的线损及用电侧现场异常；为进行全局性的降损、增效、反窃电提供可靠的依据；加强了线损统计与用电侧管理的现代化管理水平，有效提高了工作效率；显著提高用电侧表箱及电能表监控力度；提高了用户侧用电管理的反窃电水平与故障监测水平，取得良好的社会效益与经济效益。