智能電能表的應(yīng)用與維護探討

馬 野

（國網(wǎng)吉林省電力有限公司長春市九臺區(qū)供電公司，吉林 長春 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，用于采集被測電流的信號；電壓采集電路，用于采集被測電壓的信號；計量芯片，用于測算電流和電壓所采集的信號，從而獲得使用者的有功功率、無功功率、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，負責(zé)收集、處理和分析計量芯片的數(shù)據(jù)；顯示電路，將已知數(shù)據(jù)實時反饋給使用者，包括整個軟件運行狀況、用戶信息和故障信息；時鐘電路，用于保障整個系統(tǒng)的運行，確保數(shù)據(jù)的準確性和同步性；存儲器，用于存儲系統(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，用于校準電能表數(shù)據(jù)；通信電路，是傳送數(shù)據(jù)的渠道，實現(xiàn)遠程數(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確測量電流和電壓，并提供豐富的電能數(shù)據(jù)信息。智能電能表通過采集和處理這些數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對電能使用情況的監(jiān)測和管理，為能源消費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

對某地區(qū)近幾年工業(yè)用戶智能電能表普及率進行調(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 年普及率達到了100%，實現(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)用智能電能表時有以下幾個特點：

提高新能源用電。當下，我國大力推廣屋頂光伏，這類發(fā)電系統(tǒng)往往會配備相應(yīng)的智能電能表，對于工業(yè)用戶而言，供電部門一般會在配電柜中配置智能電能表，通過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。供電部門實時收集用戶用電數(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。

增強電力負荷預(yù)測能力。隨著智能電能表普及率的提升，供電部門能夠通過智能電能表獲取用戶的用電去向，及時匯總整理用電預(yù)計量，提高預(yù)測的準確度，從而有效應(yīng)對高峰期的用電量，及時調(diào)整用電負荷。

提高故障處理水平。智能電能表能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)實時更新，及時發(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，有助于運維人員進行故障分析；因此，當出現(xiàn)故障時，智能電能表實時數(shù)據(jù)顯示有助于提升處理故障的水平。

實現(xiàn)智能化管理。通過智能電能表采集用戶實時用電數(shù)據(jù)，以此為基礎(chǔ)監(jiān)測用電設(shè)備的狀況和能耗情況，更加詳細地獲取電力負荷情況，為編制用電計劃提供最優(yōu)方案，實現(xiàn)自動實施、跟蹤、監(jiān)測和評估用電情況，實現(xiàn)智能化、科學(xué)化管理[2]。

2.2 在居民用戶中的應(yīng)用

對某地區(qū)近幾年的居民用戶智能電能表普及率進行調(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 年的普及率達到了100%，實現(xiàn)了全面覆蓋。

居民用戶有著用電少、電路簡單的特點，更為重視電費費率、峰谷電顯示和查看電費等功能。以2022 年數(shù)據(jù)為例，某一地區(qū)已經(jīng)實現(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，主要有下面幾個特征：

智能化用戶管理。智能電能表對數(shù)據(jù)的反饋是實時的，供電部門能夠準確掌握用電量，實現(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情況，設(shè)計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。對居民用戶用電數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測，有助于智能電能表在出現(xiàn)故障時的實時分析處理，了解具體故障內(nèi)容，將有關(guān)數(shù)據(jù)傳送給主機。在發(fā)生緊急故障時，智能電能表可以通過切斷電源的方式降低故障損失，并將不同等級的告警信息發(fā)送給主機。

建立健全智能家居。隨著技術(shù)的發(fā)展和進步，智能電能表有助于促進電力雙向溝通。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)測家居設(shè)備的信息和數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)監(jiān)測和負荷管理，提高電能使用效果。

2.3 在反竊電方面的應(yīng)用

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

停電記錄分析。大多數(shù)竊電用戶都是通過斷開電表閘，利用表計前端直接用電，這種竊電方式往往造成表計不計量，無法及時被用電系統(tǒng)收集和查看到用電信息，使得后臺不能及時分析用電情況，反竊電有著較大難度。面對這種問題，智能電能表的近期停電記錄數(shù)據(jù)是重要參考，能夠分析出竊電時間。

開表蓋記錄分析。表計的開蓋記錄往往會在出廠前被清除，一般情況下，配送、安裝和運行階段都不會將表計開蓋；因此，如果出現(xiàn)了開蓋情況，大概率是因為設(shè)備被拆開過，導(dǎo)致出現(xiàn)計量不準的情況，存在竊電嫌疑。利用智能電能表歷史數(shù)據(jù)，對近期開蓋記錄進行分析，若出現(xiàn)表計安裝后有開蓋的情況，則應(yīng)及時校對驗證設(shè)備。

記錄數(shù)據(jù)分析。在運行過程中，表計出現(xiàn)的斷相、失壓、開蓋和電流不均等異常情況都會被記成事件，這些異常情況一旦清除，就會形成記錄痕跡。所謂需量清零和電量清零，就是表計在清零過程中形成的過程記錄；而編程記錄則是記錄設(shè)置表計中有關(guān)數(shù)據(jù)的。這些記錄主要包括操作前后數(shù)據(jù)信息，有操作前表計電量和需量數(shù)據(jù)，也有操作時的相關(guān)數(shù)據(jù)，還有操作時間和代碼等信息。這些操作往往在表計出廠前完成，如果出廠后發(fā)現(xiàn)表計中有相關(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，單相表計中的相線電流相當于中性線電流，如果發(fā)現(xiàn)非中性線電流，可認定為用電異?；蛞伤聘`電。正常情況下，表計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)，具備雙向計量能力。一般用戶只能消費電量，電能表記錄其正向電量，除非出現(xiàn)進出線接反問題才能產(chǎn)生反向電量；因此，如果出現(xiàn)人為更改進出線情況，則可認定為疑似竊電?？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)，通過不同時間的用電量對比，分析進出線是否接反。

智能電能表在反竊電過程中的應(yīng)用非常廣泛，為了深入分析其應(yīng)用情況，筆者通過某一地區(qū)的竊電用戶數(shù)據(jù)，分析其竊電過程中的電氣接線和表計監(jiān)測到的數(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，意味著從這一時間開始有疑似竊電行為，須專業(yè)人員到現(xiàn)場進行查看。

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)測情況

3 智能電能表的運行維護

對供電公司來說，智能電能表關(guān)系到營銷、客服、電費和計量等多個部門運作，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行。此外，電能表的維護也需要多部門通力合作，重視跨部門的工作分工和協(xié)作是保障其正常運行的重點。

3.1 建立實時高效的信息傳遞平臺

在智能電能表的維護中，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，及時將部門信息資源整理匯總到信息管理平臺上，方便運維人員收集基礎(chǔ)信息，為維護工作作參考。須將涉及到電能表維護全部環(huán)節(jié)的部門納入到平臺中，及時反饋平臺相關(guān)數(shù)據(jù)。另外，做好信息聯(lián)網(wǎng)也是非常關(guān)鍵的，將計量中心相關(guān)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)到智能平臺，有助于及時反饋故障情況和信息。

3.2 加強專業(yè)人才管理及儲備

重視專業(yè)人才隊伍建設(shè)和培養(yǎng)，通過定期考核、技能培訓(xùn)等方式強化工作人員的技術(shù)水平，為維護設(shè)備運行提供堅強的人才力量。相比傳統(tǒng)的電能表，智能電能表有著更為復(fù)雜的維護管理要求，其范圍廣、難度大、涉及內(nèi)容多，對人員的專業(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，定期開展技能培訓(xùn)，定時考核技能水平，真實掌握當前技術(shù)人員的技能情況，為后續(xù)可能出現(xiàn)的問題和不足做好基礎(chǔ)準備工作。

3.3 實施標準化作業(yè)

完善工作內(nèi)容，強化安全監(jiān)督，切實增強智能電能表工作質(zhì)量和效能。此外，強化企業(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)險和危害，真正保障企業(yè)用電安全，維護企業(yè)利益。