拆回电能表底数自动拍照装置的研究与应用

战麒羽

（国网吉林省电力有限公司吉林供电公司，吉林 吉林 132001）

0 引言

随着国内经济持续快速发展，居民生活水平大幅提升，民众的经济法律意识不断增强，用户对电力服务质量的要求也越来越高，电能表使用量逐年增加。国网吉林电力优化优质服务举措，“阳光业扩、一户一策”等服务方案陆续实施，同时伴随着客户服务的敏感性的提升，用户申校数量逐年递增，同时为有效监控表计装拆时体外循环等过程，根据《国家电网有限公司2019 年电力营销管理专项审计工作方案》，要求拆回电能表须进行拆回底数拍照存档，此项举措有效保留电能表拆回时刻底数，为业扩、服务等提供有效数据支撑。本文将介绍拆回电能表底数自动拍照装置的研究与应用，着重探讨以电能表装置的基本结构、性能、原理等特点，设计兼容的、轻型的一体化分拣装置，提升装置应用范围和工作效率，为减少人力和降低经济损失提供必要的支持，并且保障计量数据的准确和拆回电能表是否存在欠压、电能表示数错误等异常进行记录并存档。此外，本文还将介绍电能表底数自动拍照装置在智能电网等领域的应用前景，以及其在环境保护和可持续发展方面的作用和价值。通过本文的研究和分析，期望能够进一步推动电能表回收和处理技术的发展，为电力行业的可持续发展和环境保护做出贡献。

1 拆回电能表底数拍照留存中的问题

随着智能电能表的全面应用，最早一批使用的智能电能表随着使用时间的增长，虽不到电能表的使用年限，但也面临着不同问题的影响。预计吉林地区2023 年预计更换电能表约10.5 万只。所以拆回电能表底数拍照留存工作中，不仅要面对如此大的电能表分拣压力，还要面对员工操作水平参差、拆回电能表表底数拍照存档步骤复杂、拆回电能表品质不一等问题，这些都严重影响拆回电能表的分拣存档工作的效率。

如何缩短拆回电能表底数拍照存档时长、提升工作质效，就成为亟待解决的问题。为积极响应公司号召，尽快适应电价市场化改革步伐，合理应对大批量计量采集设备更换工作任务，缩短拆回电能表底数拍照存档用时是此研究的主要目的。

2 拆回电能表底数自动拍照装置的研究内容及设计

本方案主要为缩短拆回电能表表底数拍照存档时间的分拣装置，本项目是开发一款体积小、简易操作、兼容多类型电能表分拣装置。装置主要的功能能够按照电能表类型为电池欠压的拆回电能表提供电源功能，能够利用特制摄像头实现拆回电能表条形码识别、底数拍照等功能，能够利用软件程序将拆回电能表各项底数照片进行分类存档功能。

2.1 拆回电能表底数自动拍照装置的总体设计

为了保证设计的高效性，以达到有效提高拆回电能表效率的目的，有针对性的提高旧智能电能表的质量鉴别。整个设计分为供电模块、安全模块、支撑模块、电动推压模块、摄像头模块、软控模块、人机交互组成。如图1 所示。

图1 装置设计图

2.2 兼容多类型电能表使用及自动化的设计

整个装置需求供电有AC 220 V、AC 100 V、DC 24 V、DC 12 V。依据上述需求主要分为2 部分：第1 部分，选用隔离变压器控制输出和保护装置，AC-AC：220 V 转100 V（功率25 W），220 V 转220 V（功率25 W）；第2 部分，选用开关电源ACDC：220 V 转24 V[1-2]。

如图2 所示，推压模块、滑轨、微型电动推杆、单刀双掷开关组成电动推压装置。推压模块是依据电能表的表尾尺寸，分析各类型电能表的供电的工作原理为：100、220 V 等不同电势的交流电进入对应电能表的计量模块和开关电源后，前者用于用电计量，后者给电能表提供直流电。根据以上条件得出“只需一组中性线、火线的2 根撞针可以提供电源，唤醒电能表屏幕”。实施人员在国家电网各类电能表标准结构的差别以及电能表的工作原理的基础上，创新设计出组合式供电撞针。设计的供电撞针共3 组，无论三相三线、三相四线（直接式）、三相四线（互感式）、单相表都可供电。同时配合电机驱动设计，满足自动上电的需求。推压装置设计为20 N 的推压力，DC 12 V 用电；滑轨安装在推压装置下方减少摩擦力，并且滑轨可以使推压装置精准定位不会偏移；整个装置固定在电能表台座上进行定位。

图2 装置内部设计图

2.3 应用工业级摄像头设计

追求性能稳定可靠、易于安装，可在较差的环境下长时间使用；工业摄像头的快门时间非常短，可以高频工作；工业摄像头输出的是原始数据（raw data），其光谱范围也往往比较宽，比较适合进行高质量的图像处理算法，普通摄像头拍摄的图片，其光谱范围只适合人眼视觉，并且经过了JPEG 压缩，图像质量较差不利于分析处理[3]。

工业摄像头的选型如图3 所示。

图3 工业摄像头分析图

选型的重要参数如下：

工作距离：指的是镜头的最下端到景物之间的距离。

视野范围（FOV）：指的是镜头能看到的最大范围，也就是镜头所能覆盖的有效工作区域。

景深（DOF）：指的是纵深的范围。在最小工作距离到最大工作距离之间的范围称为景深，景深内的物体都可以清晰成像。

分辨率：摄像机每次采集图像的像素点数（Pixels）。

根据上述，选定参数如下：

工作距离为350 mm（实际测试便于摆放电能表，且可以尽量降低工业摄像头的像素要求）；

视野范围为200 mm × 150 mm（主要依据三相电能表的长 × 宽，不含表尾，规格参数为：200 mm ×160 mm）；

景深为30 mm（主要依据：摄像头的镜头到三相电能表显示屏的距离为350 ± 5 mm；摄像头的镜头到单相表显示屏的距离为370 ± 5 mm）；

分辨率为600 万像素，依据最小特征值0.3 mm ×0.3 mm 计算可知600 万像素满足使用要求。

2.4 实物展示及软件功能使用流程设计

软件部分使用步骤：首次使用，打开软件自动进行调焦距，曝光度等参数；再打开软件选择摄像头并开启（如遇无法打开，须检查硬件连接是否完好），软件自动识别条形码，点击拍照按钮即可拍照存档，如图4 所示。

图4 拆回电能表底数拍照工作流程

装置实物设计如图5 所示，考虑经济性、实用性，硬件部分实现体积小且轻型、简单操作且智能化的特性；采用隔离式的220 V 与100 V 可切换供电方式；撞针式推压设计使得装置兼容单相、三相多类型电能表；提供隔离供电、漏电保护器的多重安全用电防护措施；选用CMOS 千兆网口工业面阵相机提供高质量图像输出。软件部分通过摄像头SDK 解析获取摄像头的数据，选择目标摄像头，通过OpenCV 对图像进行预处理，经过软件算法校准条形码清晰度，再通过pyzbar 对1 个或者多个电能表上的条形码进行解析并自动选择，输出显示到label 界面，用户可以选择保存图像等数据到本地。

图5 装置实物设计图

3 实验结果

拆回电能表表底数拍照存档各步骤时长如表1所示。较之前手工分拣、拍照，节省了大量时间，提高效率。

表1 新装置实验各步骤时长min

通过拆回电能表表底数自动拍照存档装置，能够按照电能表类型为电池欠压的拆回电能表提供电源，利用特制摄像头实现拆回电能表条形码识别、底数拍照等功能，利用软件程序将拆回电能表各项底数照片进行分类存档，为优质服务、业扩报装等业务提供可靠数据支撑。

4 结束语

该成果实施后，极大提升拆回电能表表底数拍照存档工作效率及工作质量，减少现场作业中底数拍照存档环节，节约业扩报装、资产管理的人力成本与时间成本，有效防止底数拍照存档操作不当带来的安全隐患，更是做好计量资产管理最后一步，有效提升计量资产全寿命周期管理水平。