基于物联网的交互式可视智能电能表箱的设计

王家栋，张 鹏，杨 禛，王浩楠，郝梦飞，张运飞

（国网河南南阳供电公司，河南 南阳 473500）

关键字：智能电表箱；电力物联网；边缘计算；智能分析

1 现状分析

传统电能表箱设计理念单纯仅作为电能表的安装容器使用，设计简陋、功能单一、且在新形势用电形式下使用风险重重。通过多地市区域的现场调研不难发现，目前电能表箱所用的材料大部分是胶木、塑料、铁皮壳、不锈钢材质、玻璃钢材质等，各类型各厂家的电能表使用了不同的材质虽然具有不同的优缺点但在使用过程中仍表现出了较为一致性的诸多缺陷。如：电能表箱仅作为电能表容器使用功能单一、在用箱体普遍老化严重、安全措施较低、无地理定位查找位置困难；表箱锁型号繁杂并容易生锈、大部分处于损坏状态，且损坏后无法标识记录处于无法管控状态；箱体老旧破损无法远程判断，打开箱门无记录、无痕迹、无报警，任何人任何时间可以随意打开，对于周边群众的人身、用电，及工作人员的运维造成了较为严重安全风险。

为此，我们提出了设计基于物联网技术的交互式可视智能电能表箱的研究方向，力于发挥电能表箱的辅助功能，赋予电能表箱更多“智慧”。

2 系统组成设计及工作原理

本系统包括箱体、主控模块、温湿度烟感检测模块、语音模块、散热模块。主控模块主要由CPU、液晶显示屏、摄像头、定时器、交直流转化电路、485 蓝牙模块、按键电路、指示灯电路、传感器接入电路及外围电路组成，如图1、图2所示。

图1 智能电能表箱外观示意图

图2 智能表箱电路结构原理图

主要有功能如下。

2.1 一键可视对讲

贴近服务，供电公司与用户“面对面”，拉近最后1 m的距离。

2.2 企业形象宣传与信息发布

企业形象信息宣传推广，如网上国网App、企业形象展示、电价政策等；紧急信息发布，如停电信息发布、灾害信息发布。

2.3 商业广告发布

分屏设计，一屏显示广告信息，一屏显示设备运行状态信息。

2.4 信息查询

可查询历史月电量、当前电量、历史月交费、当前余额、欠费等信息。

2.5 欠费定向提醒催缴功能

当表箱内某一电能表出现欠费情况，屏幕上滚动显示该户的表号、户号、姓名及欠费信息，并每隔3 min语音播报提醒。

2.6 表箱定位功能

登录手机App 上可直接定位表箱位置，也可依据表号、户号查询到对应的电能表在表箱中。

2.7 现场智能管理功能

智能开锁：登录手机App，通过蓝牙加密通道连接表箱后，可控制表箱的门锁；开关、闭合自动形成记录并存储上传。

抄读箱内各表信息：登录手机App，通过蓝牙加密通道连接表箱后，结合485 接口可现场抄读箱内各表各种信息，如开盖记录、停电记录、历史月电量、当前电压、电流、电量等信息；可抄读箱内温度、湿度、烟感等信息；维修后，异常信息可消除；可实时监控供电质量，及时准确排除故障，从而提高电能质量和供电可靠性。同时，智能表箱对原始数据进行统计与分析，实现主站对异常用电进行分析，电能质量统计分析，计算分析实时低压线损，最大限度地降低低压损耗。

充分考虑了通过主站云端与电力系统营销管理网络的紧密结合。通过系统能快速准确地发现各用电故障，为快速解决故障提供了有利条件。

2.8 环境监测

表箱内安装温度、湿度、烟感等传感器，数据可实时传输至数据处理单元，结合人工智能算法，实现边缘计算，对失火、窃电、浸水等各类风险提前做出预警、预判。

2.9 低功耗设计

为了避免扰民以及降低表箱本身的功耗，表箱可设定定时（晚上22:00自动进入待机状态，6:00自动唤醒）运行功能，在待机状态时，可一键唤醒，无操作5 min再次进入待机状态。

2.10 防尘防水以及散热功能

表箱采用ABS阻燃材料设计，具备Ip64级防尘防水；箱内加装散热模块，在温度超过设定值时自动投入运行。

3 流程简要说明

系统上电运行后，进行各模块的参数初始化。首先，显示本地缓存的展示信息；通过4G 连接主站，间隔5 min，查询主站最新须要发布的信息；通过传感器电路实时感应环境参数，感知异常信息主动上报，并点亮故障告警指示灯；等待用户按下“一键对讲”键，启动摄像头，并通过主站与台区经理实现视频对讲；采集户表实时数据，检测是否有开盖记录、故障记录，异常信息通过主站发送给台区经理；监测蓝牙端口是否有手机App 接入，验证App 是否非法接入，并实现相关参数设置、门禁开闭、故障消除等指令。在系统运行过程中，实时监测设备工作温度，一旦温度超过设定值，自动投入散热模块降温，如图3所示。

图3 流程图

4 方案创新点及意义

用电监测、用电异常报警等现代信息传感技术在计量装置创新使用，可以结合人工智能算法，实现边缘计算功能，实现更加精细的用电监控。可以精确识别电能质量异常区域，方便运维人员排查。能有效监控“恶意窃电”行为，解决现阶段窃电手段越发隐蔽，办案取证非常困难的问题。

人工智能算法、边缘计算技术、信息技术在计量装置上的创新应用，可最大限度地优化营商环境，防范因“服务空白”引发的投诉和舆情风险。该功能是智能互动界面与互联网云服务平台有机结合，一方面可满足客户实时了解用电信息的需求，例如：历月电量、账户余额以及电费缴费等；还可以通过互动界面实时了解用电业务办理所需相关材料，也可以在界面上直接申请用电业务，从而达到“只跑一次”或“一次都不跑”即可办理全部用电业务；它还可以实时播报政府、供电企业的最新政策，以达到推广的实效；同时可以实时推送检修、临时停电公告，让客户第一时间了解地区用电信息，大大减少了人工成本以及客户投诉量。

互联网+ 信息技术在计量装置上的创新应用，可拓展电力营销范围与空间，将电力产品、商品和服务送到用户手上。通过互动界面向大众普及电能替代等业务，让用户对电能替代等业务有具体印象，并向客户推广节能产品；通过与互联网后台的联系，对用户进行用电能耗分析，全方位向客户展示用电损耗情况，给予专业的建议，帮助客户减少不必要的支出；在客户发生火灾、人身危险时，可以通过我们的装置报警，与公安系统“一键联动”，在保障客户生命财产安全的同时，也增加了客户对电网企业的信任、依赖与好感，这些增值服务也必然会为企业带来相应的经济收益。

创新应用，可最大限度地达到维护电力企业效益、防范安全项目成果的应用，可有效提升电力公司的服务水平，缓解当前紧张的供电关系，有助于供电企业宣传相关政策、法律法规，有助于电费收缴，有助于提升现场管理能力，降低企业运行成本。通过该智能表箱，还可以理想地解决现今电能表箱的缺陷，显著提高用电侧表箱及电能表监控力度，提高用户侧用电管理的反窃电水平与故障监测水平，保证客户和操作人员安全，对优化企业管理、降低运行风险可谓受益良多。