预付费电能表智能控制开关的研制范文

完成电费回收才能确保供电企业正常经营，但现实中商业用户拖欠电费时有发生，抄表人员上门追讨电费，费时费力，效果不佳。随着智能电能表逐步进入规模化应用，将传统的先用电后付费模式转变为预付费模式，有效降低了供电企业电费回收风险。内蒙古乌兰察布电业局于2011年开始推广三相智能预付费电能表，当年安装1000块，为了解决实际运行中存在的一些问题，我们通过自主研发，对智能表结构进行了完善设计，增加了四个新功能，投入运行后，效果明显。

1三相智能预付费电能表存在的问题

三相智能预付费电能表在普通用户中应用效果良好，但是在中小型动力用户上安装存在一些问题，主要原因是当用户负荷电流大于60A（40kW）后，电能表不能再直接串接到电路中，需要通过电流互感器(TA)将大电流变换为小电流，然后再连接卡表进行计量，卡表采集到的电流是经过TA变换后的二次小电流，和用户的一次负荷电源线没有直接连接，因此卡表无法直接切断负荷电流。为了实现这一功能，通过配置脱扣器间接断电，以单相接线方式说明，如图1。脱扣器是半自动工作，欠费跳闸后不能自动合闸，用户购电后需要人工现场合闸，增加了安全隐患。同时用户在欠费停电后强行合闸，多次操作容易损坏设备。实际运行中，由于表箱侧门无法上锁，部分用户私自断开智能表与脱扣器连接线，导致欠费后跳闸失败。

2改进三相智能预付费电能表结构

通过改进三相智能预付费电能表结构消除现有脱扣器的弊端，增加漏电保护器的只能性，实现自动分、合闸功能，并且增加防破坏功能，杜绝人为损坏。

2.1主要功能通过分析现场脱扣器运行情况，将控制开关需要的功能细化、分类，确定了控制开关需要具备的功能如下：（1）通信功能：实现控制开关与卡表通信功能，使其可以根据卡表的指令进行自动操作；（2）设置功能：对智能控制开关的操作，用户和工作人员分配不同的权限，实现不同的功能，即设置操作管理权限、投退保电以及各类辅助保护的功能；（3）自动分合功能：智能控制开关能够接收现有卡表的指令，自动进行分合，无需人工参与；卡表与智能控制开关的连接线被人为断开或其它人为破坏事件发生后，可以按照预先设定的指令进行断电或继续供电；（4）保电功能：进入保电状态，控制开关不再进行任何动作，一直处于通路状态；（5）辅助保护功能：实现欠压、过压、缺相、过流、漏电等保护以及自动重合闸功能。

2.2模块设计以目前主流的数字式漏电保护器为基础，保留其全部功能实现自动分闸和部分辅助保护功能（没有重合闸功能），增加控制单元实现接受卡表的指令，同时实现人机互动功能，增加电机实现合闸功能。如果采用脉冲控制端口取代传统的无源接点实现的电路通断功能，电表处于有费状态，每隔一定的周期，向控制开关发送脉冲波，如果电表变为欠费状态，就停止发送脉冲波，控制开关在规定的周期中没有收到电表的脉冲波，则跳闸断电。采用脉冲波的方式，可以有效防止人为损坏卡表与控制开关的连接，使预付费系统正常工作。当用户缴纳电费后，电表由欠费状态变为正常状态，重新发送脉冲波，控制开关合闸送电。但是，鉴于目前现场已安装的卡表不具备发送脉冲信号的功能，进行改造又不切合实际的客观事实，小组考虑到如果研制出的控制开关无需人工干预进行操作时，完全可以采用表箱侧门上锁的办法防止人为松开连接线，同时将控制开关侧的连接线直接焊接在开关内，不留接头进一步防止了人员松开连接线接头的可能，也就避免了人为断开连接线，控制开关失去跳闸的功能。完成的设计功能示意图如图2。

2.3模拟测试设计完成后，在实验室模拟进行了各种故障和异常，均满足设定的功能要求，为了确保安全性达标，与专业生产漏电保护器（湖州久天）生产厂家，对控制开关进行了整体封装。将封装好的智能控制开关与卡表、电流互感器一起组装到电能计量箱中（见图3），并进行了功能模拟测试，测试结果完全符合要求。

3应用效果

2013年8月，乌兰察布电业局用智能控制开关替代脱扣器共计612台，截至2014年底运行效果较好，研制成功的智能控制开关完全消除了脱扣器的弊端，使用中实现了免维护的目的。612户更换为智能控制开关后，未发生欠费不停电的问题，电费回收率达到了100%。

作者：沈晶 单位：内蒙古电力（集团）有限责任公司乌兰察布电业局