基于物聯網的交互式可視智能電能表箱的設計

王家棟，張 鵬，楊 禛，王浩楠，郝夢飛，張運飛

（國網河南南陽供電公司，河南 南陽 473500）

關鍵字：智能電表箱；電力物聯網；邊緣計算；智能分析

1 現狀分析

傳統電能表箱設計理念單純僅作為電能表的安裝容器使用，設計簡陋、功能單一、且在新形勢用電形式下使用風險重重。通過多地市區域的現場調研不難發現，目前電能表箱所用的材料大部分是膠木、塑料、鐵皮殼、不銹鋼材質、玻璃鋼材質等，各類型各廠家的電能表使用了不同的材質雖然具有不同的優缺點但在使用過程中仍表現出了較為一致性的諸多缺陷。如：電能表箱僅作為電能表容器使用功能單一、在用箱體普遍老化嚴重、安全措施較低、無地理定位查找位置困難；表箱鎖型號繁雜并容易生銹、大部分處于損壞狀態，且損壞后無法標識記錄處于無法管控狀態；箱體老舊破損無法遠程判斷，打開箱門無記錄、無痕跡、無報警，任何人任何時間可以隨意打開，對于周邊群眾的人身、用電，及工作人員的運維造成了較為嚴重安全風險。

為此，我們提出了設計基于物聯網技術的交互式可視智能電能表箱的研究方向，力于發揮電能表箱的輔助功能，賦予電能表箱更多“智慧”。

2 系統組成設計及工作原理

本系統包括箱體、主控模塊、溫濕度煙感檢測模塊、語音模塊、散熱模塊。主控模塊主要由CPU、液晶顯示屏、攝像頭、定時器、交直流轉化電路、485 藍牙模塊、按鍵電路、指示燈電路、傳感器接入電路及外圍電路組成，如圖1、圖2所示。

圖1 智能電能表箱外觀示意圖

圖2 智能表箱電路結構原理圖

主要有功能如下。

2.1 一鍵可視對講

貼近服務，供電公司與用戶“面對面”，拉近最后1 m的距離。

2.2 企業形象宣傳與信息發布

企業形象信息宣傳推廣，如網上國網App、企業形象展示、電價政策等；緊急信息發布，如停電信息發布、災害信息發布。

2.3 商業廣告發布

分屏設計，一屏顯示廣告信息，一屏顯示設備運行狀態信息。

2.4 信息查詢

可查詢歷史月電量、當前電量、歷史月交費、當前余額、欠費等信息。

2.5 欠費定向提醒催繳功能

當表箱內某一電能表出現欠費情況，屏幕上滾動顯示該戶的表號、戶號、姓名及欠費信息，并每隔3 min語音播報提醒。

2.6 表箱定位功能

登錄手機App 上可直接定位表箱位置，也可依據表號、戶號查詢到對應的電能表在表箱中。

2.7 現場智能管理功能

智能開鎖：登錄手機App，通過藍牙加密通道連接表箱后，可控制表箱的門鎖；開關、閉合自動形成記錄并存儲上傳。

抄讀箱內各表信息：登錄手機App，通過藍牙加密通道連接表箱后，結合485 接口可現場抄讀箱內各表各種信息，如開蓋記錄、停電記錄、歷史月電量、當前電壓、電流、電量等信息；可抄讀箱內溫度、濕度、煙感等信息；維修后，異常信息可消除；可實時監控供電質量，及時準確排除故障，從而提高電能質量和供電可靠性。同時，智能表箱對原始數據進行統計與分析，實現主站對異常用電進行分析，電能質量統計分析，計算分析實時低壓線損，最大限度地降低低壓損耗。

充分考慮了通過主站云端與電力系統營銷管理網絡的緊密結合。通過系統能快速準確地發現各用電故障，為快速解決故障提供了有利條件。

2.8 環境監測

表箱內安裝溫度、濕度、煙感等傳感器，數據可實時傳輸至數據處理單元，結合人工智能算法，實現邊緣計算，對失火、竊電、浸水等各類風險提前做出預警、預判。

2.9 低功耗設計

為了避免擾民以及降低表箱本身的功耗，表箱可設定定時（晚上22:00自動進入待機狀態，6:00自動喚醒）運行功能，在待機狀態時，可一鍵喚醒，無操作5 min再次進入待機狀態。

2.10 防塵防水以及散熱功能

表箱采用ABS阻燃材料設計，具備Ip64級防塵防水；箱內加裝散熱模塊，在溫度超過設定值時自動投入運行。

3 流程簡要說明

系統上電運行后，進行各模塊的參數初始化。首先，顯示本地緩存的展示信息；通過4G 連接主站，間隔5 min，查詢主站最新須要發布的信息；通過傳感器電路實時感應環境參數，感知異常信息主動上報，并點亮故障告警指示燈；等待用戶按下“一鍵對講”鍵，啟動攝像頭，并通過主站與臺區經理實現視頻對講；采集戶表實時數據，檢測是否有開蓋記錄、故障記錄，異常信息通過主站發送給臺區經理；監測藍牙端口是否有手機App 接入，驗證App 是否非法接入，并實現相關參數設置、門禁開閉、故障消除等指令。在系統運行過程中，實時監測設備工作溫度，一旦溫度超過設定值，自動投入散熱模塊降溫，如圖3所示。

圖3 流程圖

4 方案創新點及意義

用電監測、用電異常報警等現代信息傳感技術在計量裝置創新使用，可以結合人工智能算法，實現邊緣計算功能，實現更加精細的用電監控。可以精確識別電能質量異常區域，方便運維人員排查。能有效監控“惡意竊電”行為，解決現階段竊電手段越發隱蔽，辦案取證非常困難的問題。

人工智能算法、邊緣計算技術、信息技術在計量裝置上的創新應用，可最大限度地優化營商環境，防范因“服務空白”引發的投訴和輿情風險。該功能是智能互動界面與互聯網云服務平臺有機結合，一方面可滿足客戶實時了解用電信息的需求，例如：歷月電量、賬戶余額以及電費繳費等；還可以通過互動界面實時了解用電業務辦理所需相關材料，也可以在界面上直接申請用電業務，從而達到“只跑一次”或“一次都不跑”即可辦理全部用電業務；它還可以實時播報政府、供電企業的最新政策，以達到推廣的實效；同時可以實時推送檢修、臨時停電公告，讓客戶第一時間了解地區用電信息，大大減少了人工成本以及客戶投訴量。

互聯網+ 信息技術在計量裝置上的創新應用，可拓展電力營銷范圍與空間，將電力產品、商品和服務送到用戶手上。通過互動界面向大眾普及電能替代等業務，讓用戶對電能替代等業務有具體印象，并向客戶推廣節能產品；通過與互聯網后臺的聯系，對用戶進行用電能耗分析，全方位向客戶展示用電損耗情況，給予專業的建議，幫助客戶減少不必要的支出；在客戶發生火災、人身危險時，可以通過我們的裝置報警，與公安系統“一鍵聯動”，在保障客戶生命財產安全的同時，也增加了客戶對電網企業的信任、依賴與好感，這些增值服務也必然會為企業帶來相應的經濟收益。

創新應用，可最大限度地達到維護電力企業效益、防范安全項目成果的應用，可有效提升電力公司的服務水平，緩解當前緊張的供電關系，有助于供電企業宣傳相關政策、法律法規，有助于電費收繳，有助于提升現場管理能力，降低企業運行成本。通過該智能表箱，還可以理想地解決現今電能表箱的缺陷，顯著提高用電側表箱及電能表監控力度，提高用戶側用電管理的反竊電水平與故障監測水平，保證客戶和操作人員安全，對優化企業管理、降低運行風險可謂受益良多。