基于漏電監測的單相智能電表研發分析

摘要：為了解決用戶線路中頻繁發生的漏電故障問題，提高漏電保護器跳閘查找效率，從加強漏電監測的角度出發，研發單相智能電表。結合智能電表的基本功能和基于漏電監測的單相智能電表特點，從接線、硬件、軟件3個方面分析智能多路漏電監測儀的研發要點，圍繞告警處理、參數設置等應用場景分析該單相智能電表的操作規范，以供參考。

關鍵詞：漏電監測單相智能電表NBIoT模塊GPRS網絡

ResearchandAnalysisofSingle-PhaseIntelligentElectricityMetersBasedonLeakageMonitoring

YANGChengliangQIUYuxin

BoxingCountyPowerSupplyCompanyofShandongElectricPowerCompany，Binzhou，ShandongProvince，256500China

Abstract：Inorderto effectivelysolvetheproblemoffrequentoccurrenceofleakagefaultsinuserlinesandimprovetheefficiencyofleakageprotectortrippingdetection，single-phaseintelligentmeterisdevelopedfromtheperspectiveofenhancingleakagemonitoring.Thearticlecombinesthebasicfunctionsofintelligentmetersandthecharacteristicsofsingle-phaseintelligentmetersbasedonleakagemonitoring，analyzestheresearchanddevelopmentpointsofintelligentmulti-channelleakagemonitoringdevicesfromthreeaspects：wiring，hardware，software，andanalyzestheoperatingspecificationsofthesingle-phaseintelligentmeteraroundapplicationscenariossuchasalarmprocessingandparametersettingsforreference.

KeyWords：Leakagemonitoring;Single-phaseintelligentelectricitymeters;NBIoTmodule;GPRSnetwork

在現階段的企業用電和家庭用電領域，雖然實現了三相智能電能表的廣泛應用，但在長期性、突發性的漏電故障中，始終存在漏電異常事件排查效率低的問題。因此，應圍繞漏電監測，加強對單向智能電表的研發，實現對用戶表箱和更多線路運行的實時監測，當實時漏電值超出設定的閾值時，會自動記錄支路號、存儲數據及發生時間等信息，并在第一時間向運維人員發出告警信息，便于其通過移動端APP對線路運行狀態進行隨時查詢，縮短故障排查時間，精準找出漏電位置。

1智能電表概述

隨著各種信息化、數字化技術與設備在電力行業中的廣泛應用，使智能電網的建設水平不斷提升。作為智能電網中實現數據采集的基礎設備，智能電表可有效采集、傳輸、計量原始電能數據，具備信息集成、信息呈現、分析優化等功能。與傳統電能表的計量功能相比，智能電表以現代化測量技術、通信技術、計算機技術為基礎，可實現防竊電、雙向數據通信、用戶端控制、多種費率計量等智能化功能，借助自動抄表系統與高級測量體系還能夠幫助用戶獲取更詳細的用電信息，為電力企業、電力市場等帶來更多收益。

而在基于漏電監測的單相智能電表中，則應用CortexM3中央處理單元和嵌入式軟件設計，可有效地提升其漏電監測的準確性和高效性，同時具備濾波功能好、抗干擾能力強等多種優勢，可為電力工作人員開展電網維護與故障排查提供有力支持。在該智能多路漏電監測儀的實際應用中，可將其結構大致分為信號燈、顯示屏和操作按鍵3個區域，以寬溫、大視角LCD液晶顯示屏直觀呈現多條線路或用戶的漏電監測結果，并采用鱷魚夾的電源接入形式與耳機可插拔插頭的傳感器接入形式，降低該單相智能電表在現場安裝使用的操作難度，同時開展高效、精準的測量過程。此外，技術人員在研發階段遵循以人為本的原則，設置手持式外殼，并結合人性化設計要求對其重量與體積進行優化，便于人員在維護查障工作期間隨身攜帶[1]。

2基于漏電監測的單相智能電表研發策略

2.1接線設計

在基于漏電監測的單相智能電表研發中，應從安全性和規范性的角度出發，高度重視漏電流互感器與電源在該設備中接線方式的規范設計。在漏電流互感器接入方式中，應嚴格按照先接入設備端再進行線路鉗接的順序開展接線工作。先將開口式漏電流互感器耳機插頭插入設備后擋板的耳機插口上，注重每個支路與設備插口一一對應。在某智能多路漏電監測儀中則共設有12條支路，設備每組插口為上下2層，而后在互感器的另一端將待測線路火線和零線一同鉗住。但如果接入線路為三相四線，則應同時鉗住三條火線和零線。而在三相四線電纜的智能多路漏電監測儀線路連接時，則應將其接入支路1～6，而在電表箱的智能多路漏電監測儀線路連接中，則可任意選取支路1～12。在明確各線路連接插口的基礎上，對漏電互感器嵌入線路的牢固性、嚴緊性進行檢驗。在電源的接入中應嚴格按照技術規范，選擇相應的交流電路，將電源線帶有插頭的一端接入L和N插口，同時分別將紅色與黑色鱷魚夾夾到火線與零線上，禁止接入不符合技術規范的火線，避免設備被燒毀。

2.2硬件設置

合理的硬件設置，強化了單相智能電表的功能屬性。TM32處理器是單相智能電表中的核心硬件，起控制作用，滿足了對各專業功能模塊如漏電監測、電能計量等以及傳感器、電能計量芯片的控制與管理需求。此外，該設備也采用了外圍電路設計，使其功能符合相關需求。

單相智能電表的時鐘模塊和電能計量模塊內部集成采用了12路電壓電流采樣模塊。時鐘模塊采用了最大頻率為10MHz的12位RISC結構芯片，并利用12路電壓電流采樣模塊實現了對輸入電壓的采集、轉換、計算及相關數據值的傳輸，傳輸媒介是GPRS無線傳輸模塊，傳輸的數據值會被供電公司后臺服務器接收。電能計量模塊采用了12路電壓電流采樣模塊+NB-IoT通信方式，具有實時采集電流電壓數據的功能，尤其是能夠實時采集漏電電流、剩余電量等數據。相關數據最終會被傳輸到供電公司后臺服務器，由供電方利用平臺統一管理數據。綜合利用通信接口、串口，滿RTUVDb7d8He4dUCh5PW2BRCXgomXG3NVYujpkxNECnQ=足了供電公司后臺服務器與單相智能電表間的通信需求[2]。

漏電監測模塊受單片機控制，其中，NBIoT模塊與單片機、監控平臺對接，實現了漏電事件的及時上報。各傳感器功能不同，各司其職，以保障系統正常運行。例如：紅外傳感器通過轉換紅外輻射信號、計算漏電電流值實現對漏電的有效檢測；溫度傳感器為管理方明確被監測對象的運行狀態提供所需的溫度數據，采集溫度數據會經由單片機計算后傳輸；光強傳感器與監控平臺對接，在監測光照強度的同時，將其轉化為電信號并計算，以明確被監測對象的剩余電量值。

監控平臺在接收單片機傳輸的數據后，進行解析、計算，以顯示屏對接，將結果顯示在屏幕上。用戶可利用單相智能電表的界面查詢功能，調取和查閱各模塊中的詳細數據信息。根據工作需求，工作人員可以在任意時間調取或遠程方位被監測對象，以掌握其真實的運行狀態、參數設置等。

單相智能電表中的單片機利用接口實現了通信，利用GPRS無線傳輸模塊、接口等傳輸信息，供電公司后臺服務器在接收數據信息后，將其顯示在計算機屏幕上，允許工作人員操作。單片機通過與監控平臺、遠程監控平臺對接，支持平臺間的數據傳輸[3]。

2.3軟件流程

漏電監測作為整個單相智能電表的核心功能，為獲取更詳細的漏電監測信息還要加強時鐘、電能計量2個功能模塊的設置。在軟件流程中，先借助通信模塊實現對漏電事件數據信息的接收，然后使其在GPRS網絡的支持下向后臺服務器發送，進而以時間信息為依據，對漏電事件的發生時間進行科學計算。在完成這一流程的過程中，可運用時鐘模塊圍繞接收的數據完成對剩余電量的計算，進而向電能計量模塊發送計算結果。運用GPRS網絡向通信接口模塊發送數據，然后通過NBIoT網絡將接收的數據發送給終端，而后根據漏電時間的上報時間、剩余電量等信息內容對是否存在漏電異常事件做出準確判斷，最終向電力企業的后臺服務器反饋結果即可。

在完成數據采集的過程中，可在漏電檢測模塊中根據漏電電流的大小對剩余電量是否正常做出判斷，在得出剩余電量異常這一結論后匯報給后臺服務器。在獲取反饋結果后，后臺服務器還要向云平臺傳輸數據并在數據庫中進行集中存儲。由于NBIoT網絡連接中各個節點的IP地址具有唯一性，因此，從網絡安全的角度出發，節點與主網應采用一對一的連接方式，當其連接成功后則可完成節點與后臺服務器的數據傳輸；當其連接不成功時則可完成后臺服務器與對應節點的數據傳輸[4]。

2.4信號顯示

基于漏電監測的單相智能電表在信號顯示部分的研發中，可根據顯示內容的不同設置LCD液晶顯示與指示燈顯示兩種類型。當智能多路漏電監測儀連通電路后，可通過LCD液晶實現所有監測線路漏電值的實時循環顯示，當監測到某一線路實時漏電值超出設定范圍后則可立即向后臺服務器和相關工作人員發出告警信息。由此，可根據有無告警發生將LCD液晶分為正常循環顯示和告警信息顯示兩種類型。在正常循環顯示中詳細呈現線路、漏電值兩項關鍵信息，每屏顯示4條線路[4]。例如：當LCD液晶顯示為線路3：15mA時，則表示第3線路實時漏電值為15mA。而在告警信息顯示中則應詳細描述漏電告警線路號、告警時漏電數值、漏電告警產生的時間，同時告警指示燈閃爍或伴隨蜂鳴器鳴叫，引起工作人員的注意。

在智能多路漏電監測儀的顯示面板上，為同步呈現設備運行、漏電告警、網絡狀態、網絡連接四種信號，則在儀器顯示面板上設置4個指示燈。在單相智能電表連通電路后。其中：運行指示燈每秒閃爍1次，則表示設備處于正常運行狀態；當智能電表發生漏電告警時，則告警指示燈閃爍顯示；當智能電表處于網絡通信工作模式時，則網絡狀態指示燈閃爍，根據該指示燈連續閃爍次數可對其網絡狀態做出準確判斷；當設備與服務器網絡成功建立連接后，則連接指示燈處于常亮狀態[5]。

3基于漏電監測的單相智能電表操作規范

3.1告警處理

在智能多路漏電監測儀的操作中，告警信號處理主要涉及告警取消、啟停蜂鳴器、查詢線路漏電告警記錄等內容，當告警指示燈閃爍、液晶顯示告警信息則說明該儀器正處于告警狀態，操作人員僅需按動一下“消警”鍵，即可取消告警，使其進入正常漏電實時循環顯示狀態。而在啟停蜂鳴器的規范操作中，則可通過長按“消警”按鍵實現蜂鳴器功能的啟用和退出。當LCD液晶顯示處于正常循環顯示狀態時，先后按動“菜單”按鍵、“Tab/切換”鍵即可實現“告警記錄查詢”反顯狀態的切換，此時，點擊“確認”按鍵即可查詢告警記錄。而循環按動“Tab/切換”鍵則可查看每一條線路的最大告警記錄信息和近期告警記錄，并在液晶顯示中呈現漏電告警數值和產生告警的時間信息等詳細內容。

3.2參數設置

智能多路漏電監測儀在實際運用中主要涉及電纜漏電超限閾值、表箱漏電超限閾值、電纜漏電超限動作時間、表箱漏電超限動作時間4項主要參數。在具體的參數設置中，可先按動“菜單”鍵，此時，液晶顯示從上到下分別為實時數據查詢、告警記錄查詢、參數設置、關于設備4個選項；而后連續按動2次“Tab/切換”鍵，選擇第三項“參數設置”；然后按動“確認”鍵進入參數設置選擇頁面，此時頁面顯示“漏電參數設置、時間設置、本機地址設置、清除所有告警記錄”四項內容，如果需要清除此次線路監測信息，則可在該頁面選擇“清除所有告警記錄”，按動“Tab/切換”鍵可以對是、否進行切換，最終按下“確認”鍵清除告警記錄；再次按動“確認”鍵即可進入漏電參數更改頁面；按動“確認”鍵，進入漏電參數更改頁面，而后根據自身需求選擇相應的項目，按動“增加”或“減小”鍵對相應參數進行調整，調整完后按動“Tab/切換”鍵對其他參數進行切換，調整完后，最后按動“確認”鍵進行參數的更改確認。

4結論

綜上所述，以三相智能電能表的廣泛應用為基礎，圍繞漏電監測需求實現對單相智能電表的研發，可借助智能多路漏電監測儀及時發現并上報漏電異常事件，并詳細記錄相關信息，提高人工漏電監測的工作效率，通過規范的操作發揮使其在工作實踐中得到有效應用。

參考文獻

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