基于漏电监测的单相智能电表研发分析

摘要：为了解决用户线路中频繁发生的漏电故障问题，提高漏电保护器跳闸查找效率，从加强漏电监测的角度出发，研发单相智能电表。结合智能电表的基本功能和基于漏电监测的单相智能电表特点，从接线、硬件、软件3个方面分析智能多路漏电监测仪的研发要点，围绕告警处理、参数设置等应用场景分析该单相智能电表的操作规范，以供参考。

关键词：漏电监测单相智能电表NBIoT模块GPRS网络

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

在现阶段的企业用电和家庭用电领域，虽然实现了三相智能电能表的广泛应用，但在长期性、突发性的漏电故障中，始终存在漏电异常事件排查效率低的问题。因此，应围绕漏电监测，加强对单向智能电表的研发，实现对用户表箱和更多线路运行的实时监测，当实时漏电值超出设定的阈值时，会自动记录支路号、存储数据及发生时间等信息，并在第一时间向运维人员发出告警信息，便于其通过移动端APP对线路运行状态进行随时查询，缩短故障排查时间，精准找出漏电位置。

1智能电表概述

随着各种信息化、数字化技术与设备在电力行业中的广泛应用，使智能电网的建设水平不断提升。作为智能电网中实现数据采集的基础设备，智能电表可有效采集、传输、计量原始电能数据，具备信息集成、信息呈现、分析优化等功能。与传统电能表的计量功能相比，智能电表以现代化测量技术、通信技术、计算机技术为基础，可实现防窃电、双向数据通信、用户端控制、多种费率计量等智能化功能，借助自动抄表系统与高级测量体系还能够帮助用户获取更详细的用电信息，为电力企业、电力市场等带来更多收益。

而在基于漏电监测的单相智能电表中，则应用CortexM3中央处理单元和嵌入式软件设计，可有效地提升其漏电监测的准确性和高效性，同时具备滤波功能好、抗干扰能力强等多种优势，可为电力工作人员开展电网维护与故障排查提供有力支持。在该智能多路漏电监测仪的实际应用中，可将其结构大致分为信号灯、显示屏和操作按键3个区域，以宽温、大视角LCD液晶显示屏直观呈现多条线路或用户的漏电监测结果，并采用鳄鱼夹的电源接入形式与耳机可插拔插头的传感器接入形式，降低该单相智能电表在现场安装使用的操作难度，同时开展高效、精准的测量过程。此外，技术人员在研发阶段遵循以人为本的原则，设置手持式外壳，并结合人性化设计要求对其重量与体积进行优化，便于人员在维护查障工作期间随身携带[1]。

2基于漏电监测的单相智能电表研发策略

2.1接线设计

在基于漏电监测的单相智能电表研发中，应从安全性和规范性的角度出发，高度重视漏电流互感器与电源在该设备中接线方式的规范设计。在漏电流互感器接入方式中，应严格按照先接入设备端再进行线路钳接的顺序开展接线工作。先将开口式漏电流互感器耳机插头插入设备后挡板的耳机插口上，注重每个支路与设备插口一一对应。在某智能多路漏电监测仪中则共设有12条支路，设备每组插口为上下2层，而后在互感器的另一端将待测线路火线和零线一同钳住。但如果接入线路为三相四线，则应同时钳住三条火线和零线。而在三相四线电缆的智能多路漏电监测仪线路连接时，则应将其接入支路1～6，而在电表箱的智能多路漏电监测仪线路连接中，则可任意选取支路1～12。在明确各线路连接插口的基础上，对漏电互感器嵌入线路的牢固性、严紧性进行检验。在电源的接入中应严格按照技术规范，选择相应的交流电路，将电源线带有插头的一端接入L和N插口，同时分别将红色与黑色鳄鱼夹夹到火线与零线上，禁止接入不符合技术规范的火线，避免设备被烧毁。

2.2硬件设置

合理的硬件设置，强化了单相智能电表的功能属性。TM32处理器是单相智能电表中的核心硬件，起控制作用，满足了对各专业功能模块如漏电监测、电能计量等以及传感器、电能计量芯片的控制与管理需求。此外，该设备也采用了外围电路设计，使其功能符合相关需求。

单相智能电表的时钟模块和电能计量模块内部集成采用了12路电压电流采样模块。时钟模块采用了最大频率为10MHz的12位RISC结构芯片，并利用12路电压电流采样模块实现了对输入电压的采集、转换、计算及相关数据值的传输，传输媒介是GPRS无线传输模块，传输的数据值会被供电公司后台服务器接收。电能计量模块采用了12路电压电流采样模块+NB-IoT通信方式，具有实时采集电流电压数据的功能，尤其是能够实时采集漏电电流、剩余电量等数据。相关数据最终会被传输到供电公司后台服务器，由供电方利用平台统一管理数据。综合利用通信接口、串口，满RTUVDb7d8He4dUCh5PW2BRCXgomXG3NVYujpkxNECnQ=足了供电公司后台服务器与单相智能电表间的通信需求[2]。

漏电监测模块受单片机控制，其中，NBIoT模块与单片机、监控平台对接，实现了漏电事件的及时上报。各传感器功能不同，各司其职，以保障系统正常运行。例如：红外传感器通过转换红外辐射信号、计算漏电电流值实现对漏电的有效检测；温度传感器为管理方明确被监测对象的运行状态提供所需的温度数据，采集温度数据会经由单片机计算后传输；光强传感器与监控平台对接，在监测光照强度的同时，将其转化为电信号并计算，以明确被监测对象的剩余电量值。

监控平台在接收单片机传输的数据后，进行解析、计算，以显示屏对接，将结果显示在屏幕上。用户可利用单相智能电表的界面查询功能，调取和查阅各模块中的详细数据信息。根据工作需求，工作人员可以在任意时间调取或远程方位被监测对象，以掌握其真实的运行状态、参数设置等。

单相智能电表中的单片机利用接口实现了通信，利用GPRS无线传输模块、接口等传输信息，供电公司后台服务器在接收数据信息后，将其显示在计算机屏幕上，允许工作人员操作。单片机通过与监控平台、远程监控平台对接，支持平台间的数据传输[3]。

2.3软件流程

漏电监测作为整个单相智能电表的核心功能，为获取更详细的漏电监测信息还要加强时钟、电能计量2个功能模块的设置。在软件流程中，先借助通信模块实现对漏电事件数据信息的接收，然后使其在GPRS网络的支持下向后台服务器发送，进而以时间信息为依据，对漏电事件的发生时间进行科学计算。在完成这一流程的过程中，可运用时钟模块围绕接收的数据完成对剩余电量的计算，进而向电能计量模块发送计算结果。运用GPRS网络向通信接口模块发送数据，然后通过NBIoT网络将接收的数据发送给终端，而后根据漏电时间的上报时间、剩余电量等信息内容对是否存在漏电异常事件做出准确判断，最终向电力企业的后台服务器反馈结果即可。

在完成数据采集的过程中，可在漏电检测模块中根据漏电电流的大小对剩余电量是否正常做出判断，在得出剩余电量异常这一结论后汇报给后台服务器。在获取反馈结果后，后台服务器还要向云平台传输数据并在数据库中进行集中存储。由于NBIoT网络连接中各个节点的IP地址具有唯一性，因此，从网络安全的角度出发，节点与主网应采用一对一的连接方式，当其连接成功后则可完成节点与后台服务器的数据传输；当其连接不成功时则可完成后台服务器与对应节点的数据传输[4]。

2.4信号显示

基于漏电监测的单相智能电表在信号显示部分的研发中，可根据显示内容的不同设置LCD液晶显示与指示灯显示两种类型。当智能多路漏电监测仪连通电路后，可通过LCD液晶实现所有监测线路漏电值的实时循环显示，当监测到某一线路实时漏电值超出设定范围后则可立即向后台服务器和相关工作人员发出告警信息。由此，可根据有无告警发生将LCD液晶分为正常循环显示和告警信息显示两种类型。在正常循环显示中详细呈现线路、漏电值两项关键信息，每屏显示4条线路[4]。例如：当LCD液晶显示为线路3：15mA时，则表示第3线路实时漏电值为15mA。而在告警信息显示中则应详细描述漏电告警线路号、告警时漏电数值、漏电告警产生的时间，同时告警指示灯闪烁或伴随蜂鸣器鸣叫，引起工作人员的注意。

在智能多路漏电监测仪的显示面板上，为同步呈现设备运行、漏电告警、网络状态、网络连接四种信号，则在仪器显示面板上设置4个指示灯。在单相智能电表连通电路后。其中：运行指示灯每秒闪烁1次，则表示设备处于正常运行状态；当智能电表发生漏电告警时，则告警指示灯闪烁显示；当智能电表处于网络通信工作模式时，则网络状态指示灯闪烁，根据该指示灯连续闪烁次数可对其网络状态做出准确判断；当设备与服务器网络成功建立连接后，则连接指示灯处于常亮状态[5]。

3基于漏电监测的单相智能电表操作规范

3.1告警处理

在智能多路漏电监测仪的操作中，告警信号处理主要涉及告警取消、启停蜂鸣器、查询线路漏电告警记录等内容，当告警指示灯闪烁、液晶显示告警信息则说明该仪器正处于告警状态，操作人员仅需按动一下“消警”键，即可取消告警，使其进入正常漏电实时循环显示状态。而在启停蜂鸣器的规范操作中，则可通过长按“消警”按键实现蜂鸣器功能的启用和退出。当LCD液晶显示处于正常循环显示状态时，先后按动“菜单”按键、“Tab/切换”键即可实现“告警记录查询”反显状态的切换，此时，点击“确认”按键即可查询告警记录。而循环按动“Tab/切换”键则可查看每一条线路的最大告警记录信息和近期告警记录，并在液晶显示中呈现漏电告警数值和产生告警的时间信息等详细内容。

3.2参数设置

智能多路漏电监测仪在实际运用中主要涉及电缆漏电超限阈值、表箱漏电超限阈值、电缆漏电超限动作时间、表箱漏电超限动作时间4项主要参数。在具体的参数设置中，可先按动“菜单”键，此时，液晶显示从上到下分别为实时数据查询、告警记录查询、参数设置、关于设备4个选项；而后连续按动2次“Tab/切换”键，选择第三项“参数设置”；然后按动“确认”键进入参数设置选择页面，此时页面显示“漏电参数设置、时间设置、本机地址设置、清除所有告警记录”四项内容，如果需要清除此次线路监测信息，则可在该页面选择“清除所有告警记录”，按动“Tab/切换”键可以对是、否进行切换，最终按下“确认”键清除告警记录；再次按动“确认”键即可进入漏电参数更改页面；按动“确认”键，进入漏电参数更改页面，而后根据自身需求选择相应的项目，按动“增加”或“减小”键对相应参数进行调整，调整完后按动“Tab/切换”键对其他参数进行切换，调整完后，最后按动“确认”键进行参数的更改确认。

4结论

综上所述，以三相智能电能表的广泛应用为基础，围绕漏电监测需求实现对单相智能电表的研发，可借助智能多路漏电监测仪及时发现并上报漏电异常事件，并详细记录相关信息，提高人工漏电监测的工作效率，通过规范的操作发挥使其在工作实践中得到有效应用。

参考文献

[1]陈昊，沙浩源，钱其隆，等.低通道依赖的变电站动力电缆漏电流监测方法[J].电力自动化设备，2023，43（1）：218-224.

[2]张超凡，牛峰，孙庆国，等.基于漏电流多频率特征的变频电机主绝缘状态在线监测方法[J].电机与控制学报，2023，27（8）：64-72.

[3]王宁.基于汽车电池单元的高精度电压电流采样方案的研究[D].成都：电子科技大学，2023.

[4]石继红，孙光明.辅机漏电智能监测系统研制的可行性和市场前景分析[J].铁路采购与物流，2024，19（1）：62-63.

[5]施盛耀.基于漏电流式颗粒物传感器测量原理的DPF失效诊断策略研究[D].镇江：江苏大学，2023.

[6]王国鸿，宁楠，蔡宇宁，等.基于分布式智能监测装置的配电网低压电缆故障定位方法[J].电器工业，2024（5）：30-35.