電能表費控后備合閘裝置的實現

王 瓊，劉 水

（國網江西省電力科學研究院，江西南昌 330096）

0 引言

根據國家智能電網建設規(guī)劃，智能電網的建設和發(fā)展分三個階段逐步進行，到2020年將全面建成，其中的智能用電環(huán)節(jié)主要包含智能電能表的推廣應用、智能采集終端的應用、用電信息采集系統(tǒng)的建設等方面，最終實現用電信息采集“全覆蓋、全采集、全費控”的目標。全覆蓋就是用電信息采集系統(tǒng)要覆蓋電力公司經營區(qū)域內的各類電力用戶。全采集就是要對用電信息采集系統(tǒng)所覆蓋的各類計量點的用電信息實現遠程自動采集。全費控就是電力用戶用電信息采集系統(tǒng)能連續(xù)采集用戶的用電情況，計算出其剩余電費的額度并顯示給用戶，在剩余電費不多時提示用戶繳費，在剩余電費低于設定額度時執(zhí)行購電跳閘控制，在用戶完成繳費后系統(tǒng)命令電能表合閘回復供電。要實現以上目標就必須全面應用智能電能表：對于新增用戶應采用具備費控功能的智能電能表；對原先使用不具備費控功能電能表的供電區(qū)域或場所必需進行智能電能表改造，將原有電能表更換為具有費控功能的智能電能表。

1 業(yè)務流程簡介

用電信息采集系統(tǒng)在邏輯上分為主站層、通信信道層、采集設備層。主站是系統(tǒng)的管理中心，管理全系統(tǒng)的數據處理、數據應用以及發(fā)出采集、費控跳合閘命令；遠程通信通道的主要方式有光纖通信、230 MHz無線通信、無線公網通信、中壓電力線載波通信等。目前大部分采用無線公網（GPRS/CDMA）方式，無線公網投資小，應用范圍廣，組網靈活、適應性好、可靠性較高。采集設備層由終端、采集器和智能電能表組成。通訊時主站通過遠程通道與終端通訊，終端再通過下行通道與智能電能表通訊。下行通道（終端與電能表的通訊通道）常用的有2種方式：第一種是采集終端通過輸電線低壓電力載波與智能電能表通訊；第二種是采集終端通過電力載波與采集器通訊，采集器再通過RS-485與電能表進行通訊。

運行時采集層按照主站設置的采集時間和時間間隔采集電能表的電量等信息，收到主站的抄表命令即將各電能表計量的用電信息發(fā)送到主站。主站層將采集到的電量則算成電費，再與電力用戶的交費情況進行比較，計算出該用戶的剩余電量。在剩余電費不多時提示用戶繳電費，在剩余電費低于設定額度時執(zhí)行購電跳閘控制，在用戶完成繳費后系統(tǒng)命令電能表合閘恢復供電。

由于抄表采集與費控對用戶的影響程度不一樣，該兩項功能的安全等級也不一樣。抄表采集采用問答式通訊，即在收到主站的抄表命令后，集中器或電能表就直接回送主站所需的數據；費控功能的安全等級高，在進行費控時需要先完成費控身份認證，身份認證成功后電能表進入許可合閘狀態(tài)，同時等待主站下發(fā)的合閘命令。

對于抄表，主站與采集層只需一個交互即可完成，若一次采集不成功可以進行第二次、第三次…第N次補抄，以提高采集成功率；費控跳閘也可通過多次命令完成；但對于費控合閘就不一樣了，若電力用戶在欠費停電后去交了電費就必須馬上恢復電力供應，否則電力用戶無法及時用上電，供電公司工作人員必需到現場通過紅外掌機遙控電能表合閘恢復供電，若由于路遠等原因延誤了供電，供電部門就要受到用戶的投訴。

2 后備合閘裝置原理

為了解決根據費控合閘存在的問題，本電能表費控后備合閘裝置的技術方案是，設計一種電能表費控后備合閘裝置置于電能表內，通過紅外接口接受遙控器的控制。在電力用戶續(xù)費成功，但電能表遠程合閘失敗的情況下，用戶可用普通家電遙控器對準自家電能表任意按下一個遙控按鈕，本實用新型一種電能表費控后備合閘裝置接收到紅外觸發(fā)信號后，即發(fā)出合閘脈沖控制電能表合閘恢復供電。具體設計如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構圖

電能表費控后備合閘裝置由開關K1、K2、K3和光電耦合器組成；開關K2的一端分別連接光電耦合器和費控繼電器，K2的另一端連接開關K3的一端；K3的另一端通過電阻接光電耦合器的VCC端，K1為費控繼電器的一個常開觸點開關，與費控繼電器勵磁回路串聯。所述裝置安裝于電能表內，通過紅外接口接受遙控器的控制。

后備合閘裝置的基本工作原理是，以用戶完成繳費智能電表處于允許合閘狀態(tài)為前提，在滿足前提的條件下，將遠程合閘命令與本地紅外控制合閘命令進行“邏輯或”，確保電能表只要收到該2個命令中的一個就能控制費控繼電器合閘恢復供電。

3 具體實施

電能表費控后備合閘裝置，在費控電能表遠程合閘失敗后，可由用戶自己通過家電遙控器控制電能表費控開關合閘恢復供電。費控后備合閘裝置共采用了3個常開開關，具體應用如下：

1）開關K1：電能表費控后備合閘裝置用費控繼電器的一個常開開關來表示智能電表是否處于允許合閘狀態(tài)，串接在費控繼電器的勵磁回路中。當用戶完成繳費智能電表處于允許合閘狀態(tài)則該開關閉合，否則處于斷開狀態(tài)。

2）開關K2：用一個常開開關來表示智能電表是否接收到遠程合閘指令的狀態(tài)，若收到則該開關閉合，否則處于斷開狀態(tài)。

3）開關K3：用一個常開開關來表示智能電表是否接收到紅外遙控器的信號，則該開關閉合，否則處于斷開狀態(tài)。家用遙控器發(fā)出的紅外信號通過本實用新型的光電耦合器轉變?yōu)殡娦盘柨刂崎_關K3。

4）將開關K2與開關K3進行“邏輯或”（并聯），再與開關K1進行“邏輯與”（串聯），即構成了本實用新型一種電能表費控后備合閘裝置，將本裝置串接在費控繼電器的勵磁回路中，在開關K1閉合后，無論開關K2與開關K3哪個閉合，即可確保以用戶在完成繳費后智能電表能合閘恢復供電。

5）電能表費控繼電器具有自保持功能，在費控繼電器合閘恢復供電后，開關K1、開關K2與開關K3自動斷開。

電能表費控后備合閘裝置的應用效果是，在電力用戶續(xù)費成功，但電能表遠程合閘失敗的情況下，用戶可用普通家電遙控器對準自家電能表任意按下一個遙控按鈕，電能表費控后備合閘裝置接收到紅外觸發(fā)信號后，即發(fā)出合閘脈沖控制電能表合閘恢復供電。

4 工作流程

電能表費控后備合閘裝置由開關K1、K2、K3和光電耦合器組成；開關K2的一端分別連接光電耦合器和費控繼電器，K2的另一端連接開關K3的一端；K3的另一端通過電阻接光電耦合器的VCC端，K1為費控繼電器的一個常開觸點開關，與費控繼電器勵磁回路串聯。使用費控后備合閘裝置在操作上需要補充業(yè)務流程為：主站與電能表進行身份相互論證，流程步驟同前。身份論證成功后，將電能表遙控合閘命令接收裝置處于允許合閘狀態(tài)，開關K1閉合。若電力用戶續(xù)交電費成功，但電能表遠程合閘失敗的情況下，開關K2斷開，這時用戶可用普通家電遙控器對電能表按進行遙控合閘恢復供電。開關K3閉合，費控繼電器的勵磁回路通電動作合閘恢復供電。具體工作流程如圖2所示。

圖2 優(yōu)化后工作流程

5 結語

電能表費控后備合閘裝置的應用大大提高了用戶供電的及時性，減少供用電人員之間的沖突，化解社會矛盾，可體現供電部門優(yōu)質服務的理念。本實施例通過對現有電能表費控流程進行補充優(yōu)化，對電能表增加了使用家電遙控器遙控合閘，恢復供電的功能。電能表費控后備合閘裝置適用于在電力用戶續(xù)交電費成功，但電能表遠程合閘失敗的情況下，用戶可用普通家電遙控器對電能表按進行遙控合閘，及時恢復供電使用。

[1]王耀.ESAM安全模塊及其在卡表上的應用[J].城市燃氣，2003，11（3）：18-21.

[2]宗建華，高津茹，楊湘江，郜波.電子式單相電能表計量芯片性能分析[J].電測與儀表，2002，39（8）：14-16.

[3]羅旭，張彥斌，胡國鵬，張亞琦.電子式電能表專用芯片CS5460及其在電測儀表中的應用[J].電子技術應用，2001，26（5）：69-71.

[4]李勤.電磁干擾對電子式電能表的影響及其抑制策略[J]；電 測與儀表，2007，44（6）：50-54.

[5]陶維青，黃俊祥，曹軍，汪芳，張孟.ESAM安全模塊在預付費電表中的應用研究[J].電測與儀表，2010，47（11）:58-63.

[6]陳栩.智能電網對智能電表的要求及產業(yè)發(fā)展建議[J].科技風，2013，15（11）:276-276.

[7]程凱，孫克怡，曹偉，金廣奇.RS-485總線理論及應用分析[J].今日電子，2003，10（6）：18-19.

[8]楊少平.智能電表特點及其應用[J].福建建設科技，2008，22（3）：91-93.

[9]鄭龍.南方電網電能表應用現狀及發(fā)展趨勢的研究[J].廣東電力，2009，21（11）：14-17.