全感知物聯(lián)網(wǎng)計(jì)量箱在臺(tái)區(qū)管理的應(yīng)用探索

國網(wǎng)山東省電力公司企業(yè)管理部 張 軍 國網(wǎng)勝利（東營）供電有限公司 仲崇山 張 濤 山東德源電力科技股份有限公司 張洋洋 張 坤

2020年6月國家電網(wǎng)公司發(fā)布“數(shù)字新基建”十大重點(diǎn)建設(shè)任務(wù)，其中第四項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)就是建設(shè)覆蓋電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的電力物聯(lián)網(wǎng)，推動(dòng)電網(wǎng)感知測(cè)控邊界向電源側(cè)、客戶側(cè)和供應(yīng)鏈延伸，提升電網(wǎng)、設(shè)備、客戶互聯(lián)和全息感知能力，打造精準(zhǔn)感知、邊緣智能、共建共享、開放合作的智慧物聯(lián)體系和應(yīng)用生態(tài)。計(jì)量箱作為配電網(wǎng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，既是電能計(jì)量設(shè)備的“防護(hù)外殼”，承載著各類電力信息的海量數(shù)據(jù)，又是電網(wǎng)企業(yè)對(duì)億萬居民客戶和廣大小微工商業(yè)用戶提供安全可靠供電服務(wù)的最小單元，是電網(wǎng)與用戶設(shè)備間的產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)，是關(guān)系千家萬戶安全可靠用電的重要堡壘，其運(yùn)行安全性、可靠性、信息利用率尤為重要。

目前傳統(tǒng)計(jì)量箱安全封閉性能有限，防范竊電能力較差，門禁封印被破壞或缺失的情況時(shí)有發(fā)生且無法主動(dòng)上報(bào)，其運(yùn)維狀態(tài)僅能依靠人工巡檢，導(dǎo)致計(jì)量設(shè)備存在異常開啟及篡改隱患，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理；同時(shí)傳統(tǒng)門禁鉛封屬計(jì)量運(yùn)維易耗品，尤其封印在每次封鎖后只能破壞鉗斷后才可開啟，無法重復(fù)使用，日常計(jì)量封鎖運(yùn)維成本較高，因而老舊計(jì)量箱的閉鎖模式亟待改善；計(jì)量箱運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜多樣，溫濕度變化、外力破壞、非法侵入、門禁狀態(tài)等情況無法進(jìn)行遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)與控制。

計(jì)量箱內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)電力信息與外部臺(tái)區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)節(jié)點(diǎn)等關(guān)鍵信息無法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)挖掘開發(fā)價(jià)值巨大，配電網(wǎng)的智能管理缺乏計(jì)量箱關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)分析數(shù)據(jù)支撐，導(dǎo)致配網(wǎng)管理各項(xiàng)工作落實(shí)難度大、整治效率低。如：針對(duì)用戶竊電無法實(shí)時(shí)監(jiān)控分析預(yù)警，僅能依靠人工巡檢和少量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，隱蔽且點(diǎn)排查定位極其困難；對(duì)“頑固”高損臺(tái)區(qū)，線損電量追蹤困難，無法分級(jí)計(jì)算以及可靠定位異常；無法實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)區(qū)拓?fù)潢P(guān)系的自動(dòng)識(shí)別與實(shí)時(shí)更新，給運(yùn)維、搶修等工作帶來巨大不便，對(duì)主動(dòng)搶修定位、供電服務(wù)優(yōu)化等優(yōu)質(zhì)服務(wù)工作帶來一系列問題。

1 計(jì)量箱技術(shù)升級(jí)的預(yù)期目標(biāo)

目前傳統(tǒng)計(jì)量箱日常管理缺乏有效技術(shù)手段和數(shù)據(jù)支撐，急需強(qiáng)化計(jì)量箱安全承載功能，并實(shí)現(xiàn)計(jì)量箱智能感知與智慧物聯(lián)功能，實(shí)現(xiàn)表箱門禁的在線可靠管理、環(huán)境溫濕度分析，同時(shí)增加計(jì)量箱單元設(shè)備感知能力，深入挖掘計(jì)量箱的海量數(shù)據(jù)價(jià)值，用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)管理變革和轉(zhuǎn)型升級(jí)。針對(duì)以上臺(tái)區(qū)管理中各種問題，結(jié)合國網(wǎng)公司對(duì)于智能感知電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)要求，聚焦全感知物聯(lián)網(wǎng)計(jì)量箱智能化、安全性、可靠性本身功能的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化發(fā)展其多功能性，突出精益化管理提升自動(dòng)檢測(cè)全覆蓋、臺(tái)區(qū)戶變檔案準(zhǔn)確、計(jì)量閉環(huán)運(yùn)維質(zhì)量、反竊電診斷查處四個(gè)能力[1]。

新型全感知物聯(lián)網(wǎng)計(jì)量箱基于物聯(lián)感知關(guān)鍵技術(shù)，綜合智能門禁系統(tǒng)、傳感器及檢測(cè)管理模塊，實(shí)現(xiàn)表箱溫度和門禁的在線可靠管理、多道防線硬核防竊電、計(jì)量表計(jì)精度遠(yuǎn)程診斷、電表運(yùn)行數(shù)據(jù)全面感知、設(shè)備拓?fù)渥詣?dòng)識(shí)別繪制、竊電異常實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警、臺(tái)區(qū)線損分級(jí)精益管控、臺(tái)區(qū)狀態(tài)智能分析診斷、故障精準(zhǔn)定位主動(dòng)搶修、營配末端業(yè)務(wù)一體融合等多項(xiàng)功能，全方位、系統(tǒng)化的提升低壓臺(tái)區(qū)精益化管理水平，從防竊電、節(jié)能降耗、延長電能表使用壽命、減少設(shè)備投資、減少運(yùn)維工作量五方面實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的大幅提升，其推廣應(yīng)用能大幅降低臺(tái)區(qū)管理運(yùn)維人員現(xiàn)有工作量，有效提高工作效率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率，有力帶動(dòng)臺(tái)區(qū)精益化管理各項(xiàng)工作再上新臺(tái)階。

2 新型全感知物聯(lián)網(wǎng)計(jì)量箱

2.1 設(shè)備組成

對(duì)計(jì)量箱研究物聯(lián)感知關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)智能門禁系統(tǒng)、智慧傳感系統(tǒng)、檢測(cè)管理模塊、遠(yuǎn)程通訊模塊以及智能處理模塊等，組成全感知物聯(lián)網(wǎng)計(jì)量箱。作為智能配電網(wǎng)的中樞設(shè)備，通過先進(jìn)傳感技術(shù)直接感知監(jiān)測(cè)計(jì)量箱內(nèi)外節(jié)點(diǎn)設(shè)備各項(xiàng)狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)表箱門禁在線可靠管理、計(jì)量箱內(nèi)外數(shù)據(jù)全采集、全管控、精處理、計(jì)量箱環(huán)境溫濕度監(jiān)控及以數(shù)據(jù)為支撐的計(jì)量、線損、營配等多專業(yè)實(shí)用功能。數(shù)據(jù)獲取后，對(duì)上與云端或系統(tǒng)端實(shí)時(shí)交換關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù)，并通過大數(shù)據(jù)分析梳理、提示預(yù)警。

2.2 關(guān)鍵核心設(shè)備

模組化感知終端，硬件整體采用可插拔式的模組化設(shè)計(jì)，基礎(chǔ)單元為感知模組，可擴(kuò)展控制模組、防護(hù)模組，具有獨(dú)立采集和邊緣計(jì)算能力，支持電量采集、拓?fù)渥R(shí)別、線損核算、環(huán)境溫濕度、磁場(chǎng)檢測(cè)、非法開箱拍照、位置異動(dòng)檢測(cè)等功能，配合集中器、能源控制器，實(shí)現(xiàn)配電臺(tái)區(qū)運(yùn)行狀態(tài)全景感知。

感知模組是綜合高頻CPU、計(jì)量芯片、HPLC通訊芯片、安全加密芯片、臺(tái)區(qū)識(shí)別模塊等于一體的管理單元。感知模組與臺(tái)區(qū)控制器上行通信傳輸選用寬帶電力線載波（HPLC）；下行通信RS-485接口用于智能電表抄讀，支持DL/T645、DL/T698.4通訊協(xié)議；近端配置低功耗藍(lán)牙模塊，支持近距離無線及本地維護(hù)升級(jí)。通過內(nèi)置電壓互感器和外置電流互感器實(shí)現(xiàn)高精度采樣，具備全量電參量采集能力，包括三相電壓、三相電流、瞬時(shí)有功功率、瞬時(shí)無功功率、瞬時(shí)視在功率、功率因數(shù)、電壓波形失真度、電流波形失真度、電壓諧波含量、電流諧波含量等；內(nèi)置拓?fù)渥R(shí)別模塊，實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)自動(dòng)識(shí)別、相位識(shí)別、臺(tái)區(qū)拓?fù)渥詣?dòng)生成；內(nèi)置高精度溫濕度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)箱體內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)。裝載了安全芯片，對(duì)身份認(rèn)證、權(quán)限控制等進(jìn)行了周密防護(hù)，保障數(shù)據(jù)的安全性和完整性[2]。

控制模組內(nèi)置高性能的北斗定位模塊，具有高靈敏度、低功耗、小型化的特點(diǎn)，其極高追蹤靈敏度大大擴(kuò)大了其定位的覆蓋面，滿足設(shè)備高精度準(zhǔn)確定位的需求，結(jié)合感知模組自動(dòng)上報(bào)故障事件，實(shí)現(xiàn)搶修人員制定的最優(yōu)路徑和實(shí)時(shí)地圖導(dǎo)航；內(nèi)置的小尺寸、分辨率加速度傳感器，具有低功耗、耐沖擊性高及可編程的待機(jī)喚醒功能，能夠?qū)崿F(xiàn)箱體的傾斜檢測(cè)、振動(dòng)檢測(cè)、移動(dòng)檢測(cè)等功能；內(nèi)置門鎖控制模塊，具備智能鎖管理和控制功能，支持遠(yuǎn)程開鎖和本地藍(lán)牙認(rèn)證開鎖，實(shí)時(shí)反饋門鎖開關(guān)狀態(tài)。

防護(hù)模組內(nèi)置熱釋電紅外人體檢測(cè)傳感器、強(qiáng)磁感應(yīng)模塊、取證攝像裝置和SD 卡存儲(chǔ)，能夠檢測(cè)設(shè)備前方是否有人員在操作，并與智能箱鎖狀態(tài)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。當(dāng)有非法侵入時(shí)，防護(hù)模組觸發(fā)攝像裝置進(jìn)行連續(xù)拍照，存儲(chǔ)至本地留證，并通過感知模組上傳至主站，觸發(fā)預(yù)警；實(shí)際工作時(shí)還可根據(jù)是否存在強(qiáng)磁干擾計(jì)量準(zhǔn)確度，對(duì)非法開箱、竊電等異常行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.3 全息物聯(lián)感知功能實(shí)現(xiàn)

電表運(yùn)行數(shù)據(jù)全面感知。低壓臺(tái)區(qū)感知終端用來檢測(cè)表箱進(jìn)線側(cè)的電壓、電流等數(shù)據(jù)，也應(yīng)可以對(duì)表箱內(nèi)的電表數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過RS485方式進(jìn)行掛接，每路RS485可以掛接不超過32塊電表，可以通過485口自動(dòng)檢索其下掛的所有電表，并對(duì)電表狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)電能表的電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)、電能表時(shí)鐘、電能表狀態(tài)字、開蓋次數(shù)等參量實(shí)時(shí)采集，通過這些數(shù)據(jù)，分析和判斷各種狀態(tài)和事件。每塊表計(jì)輪詢需要10秒左右，可以根據(jù)安裝電表的數(shù)量計(jì)算出表箱輪詢的時(shí)間等，通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)的采集和分析實(shí)現(xiàn)對(duì)表箱內(nèi)的低壓用戶側(cè)的用電狀態(tài)進(jìn)行判斷和治理。

表箱門禁在線可靠管理。表箱內(nèi)內(nèi)置的位移控制模組，具備智能鎖管理和控制功能，同時(shí)也具備計(jì)量箱位移和形態(tài)監(jiān)測(cè)功能。電子鎖采用觸發(fā)式結(jié)構(gòu)，內(nèi)置高強(qiáng)度彈簧推桿，通電電磁鐵拉動(dòng)拉桿，啟動(dòng)扭彈簧，靠扭彈簧的力把鎖扣和門彈開；并且內(nèi)置微動(dòng)開關(guān)短路信號(hào)檢測(cè)，上鎖即導(dǎo)通，開鎖即斷開，實(shí)時(shí)反饋門鎖開關(guān)狀態(tài)。智能鎖具支持遠(yuǎn)程開鎖和本地藍(lán)牙認(rèn)證開鎖，通過應(yīng)用端協(xié)同APP，實(shí)現(xiàn)計(jì)量箱開鎖數(shù)字控制，自動(dòng)生成開、關(guān)鎖記錄，對(duì)非法開箱、竊電等異常行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，全面提升低壓臺(tái)區(qū)精益化管理水平。此外，智能門禁的設(shè)計(jì)可減少另購鎖具、表箱封印的費(fèi)用，降低現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維成本。

表箱環(huán)境監(jiān)測(cè)及位置管理。同時(shí)，位移控制模組內(nèi)置的加速度傳感器，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)量箱體的傾斜檢測(cè)、震動(dòng)監(jiān)測(cè)、暴力破壞監(jiān)測(cè)，發(fā)生異常及暴力破壞時(shí)聯(lián)動(dòng)防護(hù)模組，實(shí)現(xiàn)破壞行為的數(shù)據(jù)取證和圖像取證。同時(shí)位移控制模組還可以外接溫濕度傳感器和水浸傳感器，對(duì)箱體內(nèi)的溫度、濕度、積水等環(huán)境因素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)報(bào)警，減少事故發(fā)生的概率，降低事故造成的損失。位移控制模組內(nèi)置的北斗/GPS 數(shù)據(jù)定位，結(jié)合自動(dòng)上報(bào)故障事件，實(shí)現(xiàn)搶修人員制定的最優(yōu)路徑和實(shí)時(shí)地圖導(dǎo)航，準(zhǔn)確到達(dá)故障點(diǎn)，精準(zhǔn)開展主動(dòng)搶修。管理人員可通過后臺(tái)實(shí)時(shí)查看搶修人員進(jìn)度和軌跡，實(shí)現(xiàn)搶修全過程監(jiān)控。

表箱防護(hù)與安全聯(lián)動(dòng)管理。防護(hù)模組內(nèi)置熱釋電紅外人體檢測(cè)傳感器和取證攝像裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)箱體位置前方是否有人員在操作，并與智能箱鎖狀態(tài)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。當(dāng)計(jì)量箱通過正常手段開鎖，位移控制模組記錄開鎖人、開鎖時(shí)間和鎖體狀態(tài)，防護(hù)模組檢測(cè)是否有人員，如長時(shí)間無人操作，可能存在運(yùn)維人員忘記管箱門的行為，發(fā)出報(bào)警給相應(yīng)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核查。當(dāng)有非法侵入時(shí)，位移控制模組經(jīng)過判斷分析后，聯(lián)動(dòng)防護(hù)模組，防護(hù)模組觸發(fā)攝像頭進(jìn)行連續(xù)拍照，存儲(chǔ)至本地留證，并通過感知模組上傳至主站，觸發(fā)預(yù)警；實(shí)際工作時(shí)，還可借助根據(jù)計(jì)量箱是否被暴力破壞，開關(guān)鎖行為聯(lián)動(dòng)，對(duì)非法開箱、竊電等異常行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

計(jì)量表計(jì)誤差遠(yuǎn)程診斷。智能物聯(lián)計(jì)量箱內(nèi)置電能表計(jì)量誤差校驗(yàn)?zāi)Ｐ停▋?nèi)置標(biāo)準(zhǔn)表參數(shù)）與采集電能表實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)收集電能表歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析模塊（自學(xué)習(xí)功能），提升診斷準(zhǔn)確性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電能表計(jì)量精度在線診斷。通過遠(yuǎn)程校驗(yàn)監(jiān)測(cè)電能表計(jì)量精度功能，及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)電能表運(yùn)行準(zhǔn)確性、可靠性狀態(tài)，創(chuàng)新優(yōu)化表計(jì)輪換策略，在避免電表失準(zhǔn)帶來計(jì)量差錯(cuò)、服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，有效延長表計(jì)使用壽命、減少設(shè)備投資成本[3]。

臺(tái)區(qū)線損分級(jí)精益管控。表箱單元線損分段計(jì)算：臺(tái)區(qū)線損管理工作中，在線路損耗各流失點(diǎn)中，末端表箱內(nèi)電量損失占比較大，是臺(tái)區(qū)線損治理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。智能物聯(lián)計(jì)量箱通過內(nèi)置高精度計(jì)量芯片與外置0.5s 級(jí)卡扣式互感器，完成表箱進(jìn)線側(cè)的精準(zhǔn)計(jì)量，同時(shí)通過比對(duì)表箱內(nèi)所有表計(jì)電量和，準(zhǔn)確判定表箱內(nèi)是否存在計(jì)量故障、竊電漏電等電量流失點(diǎn)，將以往線損治理過程中的人工地毯式巡查模式，轉(zhuǎn)變?yōu)榫€損異常計(jì)量箱的精準(zhǔn)定位、快速消缺，大幅降低現(xiàn)場(chǎng)線損核查工作量。

故障精準(zhǔn)定位主動(dòng)搶修。通過智能物聯(lián)計(jì)量箱監(jiān)測(cè)用電狀態(tài)，利用停電主動(dòng)上報(bào)、線路故障預(yù)判預(yù)警等功能，并結(jié)合應(yīng)用終端APP 的應(yīng)用，在終端APP 上即時(shí)提醒工作人員故障位置、故障初判等信息，轉(zhuǎn)變“停電用戶報(bào)修”的傳統(tǒng)模式，不等客戶報(bào)修即“主動(dòng)服務(wù)、即時(shí)搶修”，全面提升客戶搶修服務(wù)優(yōu)良感知，對(duì)優(yōu)化供電營商環(huán)境，提升客戶滿意度具有重要意義。有效降低電網(wǎng)基層工作者的工作量，縮短客戶停電時(shí)間，大幅降低95598報(bào)修數(shù)量，更能避免因搶修不及時(shí)造成的不必要投訴，真正做到讓客戶“用好電”。

3 工程應(yīng)用效果

為加快“全感知新型物聯(lián)網(wǎng)計(jì)量箱”的新技術(shù)推廣，2020～2021年在山東東營合計(jì)完成新裝和改造計(jì)量箱共計(jì)46121套，實(shí)現(xiàn)了計(jì)量箱全聯(lián)網(wǎng)、全在線、全監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了采集全成功、數(shù)據(jù)全自動(dòng)、檔案全同步、關(guān)系全貫通、指標(biāo)全達(dá)標(biāo)、異常全監(jiān)控等“六全”目標(biāo)，算準(zhǔn)了設(shè)備負(fù)載率、供電可靠率、電壓合格率、同期線損率等配電網(wǎng)“四率”指標(biāo)，有力支撐了配電網(wǎng)科學(xué)規(guī)劃、智能管理、智慧運(yùn)營，促進(jìn)配電網(wǎng)與信息網(wǎng)“跨界融合”，全面提升配電網(wǎng)管理效率和發(fā)展質(zhì)量，為國家、為社會(huì)、為企業(yè)帶來顯著效益。

臺(tái)區(qū)檔案自動(dòng)梳理，深化營配貫通。實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)戶表關(guān)系精準(zhǔn)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)電能表、計(jì)量箱的運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，完成計(jì)量設(shè)備“全時(shí)態(tài)管理”及計(jì)量資產(chǎn)可視化管理。低壓居民用電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可清晰、直觀、準(zhǔn)確的在營銷系統(tǒng)中展示定位，大幅提高營銷貫通成效；監(jiān)測(cè)改善計(jì)量環(huán)境，提升精益水平；通過全感知物聯(lián)網(wǎng)計(jì)量箱的感知物聯(lián)功能，全面監(jiān)測(cè)箱內(nèi)電能表、線路、開關(guān)等各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)量采集運(yùn)行故障和異常報(bào)警，提高采集成功率，保證計(jì)量器具精度，滿足計(jì)量準(zhǔn)確可靠的各項(xiàng)要求，有效改善計(jì)量環(huán)境。同時(shí)，計(jì)量箱具備封閉性監(jiān)測(cè)功能，增強(qiáng)了計(jì)量防竊可靠性，最大程度的遏制箱內(nèi)竊電的發(fā)生。

精準(zhǔn)定位電量損失，顯著降損增效。通過表箱的感知監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)下表箱單元的線損獨(dú)立分段計(jì)算，精準(zhǔn)定位表箱計(jì)量異常、竊電漏電等電量流失點(diǎn)，快速指導(dǎo)工作人員開展高損消缺工作，及時(shí)封堵跑冒滴漏異常，有效支撐反竊查違工作；強(qiáng)化供電安全管理，確保電網(wǎng)安全。通過表箱側(cè)線路監(jiān)測(cè)、線損治理等工作，逐步排查更新淘汰老舊設(shè)備和線路，改善供電環(huán)境，提高供電可靠性和電能質(zhì)量，提升供電能力，保證安全供用電，減少用電事故，防止觸電事故的發(fā)生，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平；提高搶修運(yùn)維效率，提升客戶滿意度。將低壓臺(tái)區(qū)拓?fù)潢P(guān)系、停復(fù)電實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)與電網(wǎng)GIS 相結(jié)合，快速定位故障位置，合理安排搶修力量，使報(bào)修服務(wù)由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，有效縮短客戶停電時(shí)間，大幅度降低95598報(bào)修工單數(shù)量，避免搶修不及時(shí)引發(fā)的投訴輿情，提升客戶用電的優(yōu)良感知。